Élimination des détergents et autres agents de surface dans les eaux usées

• 1. déversement de détergents et d'autres substances savonneuses
• 2. les types d'agents de surface
• 3. Présence d'agents de surface dans les eaux usées
• 4. Élimination des agents de surface des eaux usées
• 5. Résumé

1. Déversement de détergents et autres substances savonneuses

Certaines eaux usées générées par des processus industriels contiennent des substances savonneuses et des détergents. Le rejet de ces eaux produit des effets négatifs sur l'environnement naturel, comme l'eutrophisation, qui génère un écosystème caractérisé par la présence anormalement élevée de nutriments tels que les phosphates.

En cas de fuite de détergent, un film se forme à la surface de l'eau, ce qui diminue l'absorption de l'oxygène de l'atmosphère et sa dilution ultérieure, affectant tous les types d'organismes aquatiques.

Les rejets d'eau contaminée par des détergents et d'autres agents tensioactifs sont souvent lessivés dans le sol, laissant une partie des contaminants sur place. Dans d'autres cas, ces polluants pénètrent dans les eaux souterraines.

2. les types d'agents de surface

Les surfactants, également appelés agents de surface, sont des molécules d'origine organique qui ont la capacité de modifier l'équilibre des forces d'attraction entre les molécules proches de la surface d'un liquide. En d'autres termes, ce sont des substances qui peuvent diminuer la tension superficielle d'un liquide. 

Ces composés sont largement utilisés dans diverses applications industrielles, car ils dissolvent ou émulsifient des substances insolubles dans l'eau telles que les huiles, les graisses et d'autres éléments.

Les tensioactifs sont utilisés dans la production de produits tels que :

• Détergents: Les surfactants sont essentiels à la fabrication des détergents et des produits de nettoyage, car ils aident à séparer ou à dissoudre les substances insolubles, facilitant ainsi le processus de nettoyage.
• Industrie du nettoyageLes tensioactifs jouent un rôle essentiel dans la production de shampooings, de produits de lavage de la vaisselle, de détergents textiles et de produits de dépoussiérage des surfaces.
• Émulsifiants et solubilisants: Ils sont également utilisés comme émulsifiants et solubilisants dans diverses applications industrielles.

En fonction de leur structure, les agents de surface peuvent être divisés en plusieurs catégories :

• Non ioniques: ils sont caractérisés par le fait qu'ils contiennent des groupes fonctionnels ionisables, qui ne se dissocient pas avec l'eau. Ils sont principalement constitués d'une face polaire avec les éthers et les alcools, et d'une face apolaire contenant la chaîne aliphatique, bien qu'ils puissent également être anioniques non aliphatiques.
• Ioniques : ils se caractérisent par une forte affinité pour l'eau due à l'attraction électrostatique par rapport à leurs dipôles, ce qui leur confère la capacité d'entraîner des chaînes d'hydrocarbures.

Les tensioactifs ioniques sont subdivisés en plusieurs catégories :

• Agents de surface anioniques : ce sont les agents de surface les plus courants dans l'industrie et ils sont produits à grande échelle parce qu'ils sont efficaces et peu coûteux. Ils se caractérisent par leur côté hydrophile, qui contient une charge négative due aux groupes phosphate, sulfate, carboxylate et sulfonate.
• Agents de surface cationiques : ils contiennent une charge positive qui leur confère une plus grande adhérence aux substrats et une grande persistance. Ils peuvent modifier les propriétés de la surface, en transformant l'hydrophile en hydrophobe et vice versa. En outre, des composés tels que les amines et leurs sels dérivés ont des effets bactéricides qui éliminent certains micro-organismes ou réduisent leur développement.
• Agents de surface amphotères : caractérisés par la présence de groupes anioniques et cationiques, dont la molécule varie en fonction du pH.

3. Présence d'agents de surface dans les eaux usées

Comme nous l'avons vu, il est courant de trouver des traces de détergents dans les eaux usées, tant domestiques qu'industrielles.

Les effets les plus négatifs des agents de surface dans les eaux usées sont les suivants :

• Ils augmentent le pH des eaux usées, ce qui a un impact sur le cycle de vie des espèces aquatiques.
• Ils provoquent une augmentation des nutriments dans les eaux où ils sont déversés, produisant une augmentation importante des algues et des mauvaises odeurs en raison de l'apport de grandes quantités de phosphore.
• Les phosphates sont remplacés par des substances telles que l'acide nitrilotriacétique (NTA) ou l'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA), qui contiennent des ions lourds qui se dissolvent dans l'eau et peuvent être ingérés par la population.
• Le mercure, le plomb et le chrome sont des métaux lourds qui peuvent se dissoudre dans l'eau et perturber la chaîne alimentaire ou causer des dommages génétiques chez de nombreuses espèces.
• Le chlore et les composés organochlorés peuvent augmenter en concentration dans les eaux usées et devenir une menace en raison de leurs effets mutagènes et cancérigènes.
• Pour décomposer les composés organiques produits par les détergents, une grande quantité d'oxygène est consommée, ce qui entraîne des conditions anoxiques et la mort de la flore et de la faune aquatiques.
• Ils ont un impact direct sur les processus de sédimentation, de floculation et de coagulation dans les stations d'épuration.
• Ils polluent les eaux souterraines.
• Ils génèrent de grandes quantités de mousse, qui flotte sur l'eau et provoque des changements dans la dilution de l'oxygène, tout en affectant l'environnement.

Les tensioactifs présents dans les eaux usées posent de gros problèmes lorsqu'ils atteignent les stations d'épuration. Sous l'influence de l'aération, ils produisent des quantités massives d'écume flottante qui, en plus d'être inesthétiques, causent des problèmes de transfert d'oxygène et des problèmes opérationnels dans la station.

Les agents tensioactifs modifient la qualité de l'eau, car ils interviennent dans divers processus, tels que l'échange d'oxygène, ce qui réduit sa disponibilité et affecte le processus biologique.

Formation de micelles

Lorsque les agents de surface se dissolvent dans un liquide, ils forment de petites structures sphériques (10 à 30 nm) appelées"micelles". Celles-ci sont essentielles pour diverses applications, telles que le nettoyage et l'émulsification. Les micelles se forment en fonction des caractéristiques suivantes :

• Les surfactants ont une partie polaire (hydrophile) et une partie non polaire (hydrophobe).
• Dans un liquide, les molécules de surfactant s'agglutinent spontanément pour minimiser l'énergie de surface.
• Les parties hydrophiles sont orientées vers l'eau, tandis que les parties hydrophobes sont regroupées à l'intérieur, formant une structure sphérique appelée micelle.
• Les micelles gonflent et donnent lieu à des microémulsions et facilitent la dissolution d'huiles, de graisses, d'hydrocarbures ou de chaînes aromatiques comme le benzène et ses dérivés, etc.

Propriétés des micelles

• Solubilisation: Les micelles peuvent encapsuler des substances non solubles dans l'eau telles que les graisses et les huiles, augmentant ainsi leur solubilité.
• Détergence: les micelles aident à éliminer la saleté et la graisse des surfaces solides.
• Émulsion: dans les produits tels que les crèmes et les lotions, les micelles émulsifient les ingrédients insolubles dans l'eau.
• Stabilité colloïdale: les micelles maintiennent les particules dispersées dans les suspensions colloïdales.

En résumé, les micelles sont des structures clés dans la chimie des agents de surface. Elles sont essentielles à l'efficacité des tensioactifs dans une variété d'applications industrielles et de soins personnels, mais sont également capables d'augmenter la solubilité des polluants indésirables dans les eaux usées.

4. Élimination des agents de surface des eaux usées

En raison de la présence de micelles dans les effluents contenant des agents de surface, le processus de traitement de ces eaux usées nécessite la déstabilisation des micelles par une coagulation appropriée dans un milieu au pH adéquat.

D'autre part, la présence associée d'huiles, de graisses ou d'hydrocarbures est fréquente, qui doivent être séparés avec le reste des polluants présents dans l'eau par la formation de floculats, avec l'ajout d'un polyélectrolyte approprié.  

Le procédé de séparation par flottation à l'air dissous (DAF), dans lequel SIGMADAF est spécialisé, est le plus approprié.Le procédé DAF, dont SIGMADAF est spécialiste, est le plus approprié car, outre sa haute performance de séparation, il permet d'obtenir une concentration de boues flottantes plus élevée que les autres procédés de traitement.

Il existe des industries qui, en raison de leur activité liée aux agents tensioactifs, peuvent rejeter des eaux usées contenant des concentrations élevées de polluants. Voici un exemple d'analyse d'une eau usée présentant une forte présence d'agents tensioactifs et d'autres polluants. 

• Tensioactifs (≥10 mg/l)
• DBO (≥3000 mg/l O2)
• DCO (≥9000mg/l O2)
• Huiles et graisses (≥950 mg/l)
• Aromatiques sous forme de phénols (≥ 1 mg/l)
• Détergents (≥10 mg/l)

Une station d'épuration à haut rendement pour le traitement des eaux usées contenant des détergents et d'autres savons comprend les étapes suivantes :

• Homogénéisation et ajustement du pH
• Coagulation / Floculation
• Flottation à l'air dissous (DAF)
• Traitement biologique aérobie
• Traitement tertiaire avec MBR pour la récupération ou le rejet
• Déshydratation des boues séparées en vue de leur mise en décharge.

Dans la plupart des cas, un système DAF n'est pas suffisant pour atteindre les limites de rejet ou de réutilisation appropriées. Par conséquent, un traitement secondaire composé d'un réacteur biologique aérobie et d'un DAF avec recirculation des boues activées dans la zone d'oxydation est nécessaire. Si une partie ou la totalité de l'effluent traité doit être récupérée, il convient d'installer un système d'ultrafiltration à base de membranes (MBR). système d'ultrafiltration à membrane (MBR)..

Dans une usine de fabrication d'agents tensioactifs, les charges de contaminants et la présence de glycérides peuvent être élevées, de sorte qu'il est nécessaire de casser l'émulsion en milieu acide, puis de procéder à la coagulation, à la floculation et à la flottation DAF, comme le montre le schéma suivant :

5. Résumé

Les surfactants ou agents de surface sont des molécules polyvalentes qui jouent un rôle crucial dans le nettoyage, l'émulsification et la solubilisation des substances, dans le monde industriel et domestique.

Les eaux usées contenant des agents de surface ont un fort potentiel d'impact négatif sur l'environnement, en raison de la présence de polluants qui augmentent la solubilité des produits toxiques tels que les hydrocarbures, les métaux, les huiles et les graisses, entre autres. En outre, les concentrations élevées de nutriments (en particulier de phosphates) qu'elles contiennent favorisent l'apparition du phénomène d'eutrophisation, décompensant la distribution de l'oxygène dans l'eau et menaçant la vie aquatique aux points de déversement.

Les chaînes de traitement des eaux usées utilisées pour traiter ces effluents consistent généralement en un processus de coagulation-floculation destiné à déstabiliser les micelles qui forment les émulsions, suivi d'un système de flottation à l'air dissous DAF dans lequel la plupart des MES et une grande partie des polluants organiques (huiles, graisses et résidus de détergents) sont séparés.

Ces systèmes de flottation DAF sont également utilisés comme décanteurs secondaires, après le traitement biologique aérobie utilisé pour oxyder la matière organique de ces rejets. Dans le cas de la réutilisation d'une partie ou de la totalité de l'effluent traité, un système membranaire d'ultrafiltration (MBR) est appliqué, ce qui permet d'atteindre des niveaux élevés de réduction des polluants et une simplification significative de l'installation.

Consultations et bibliographie

• TENSIOACTIFS - EMULSIONS : PROPRIETES ET METHODES DE PREPARATION (1library.co)
• S302.pdf (firp-ula.org)
• Comment lutter contre les tensioactifs dans les flux d'eaux usées avec Bac-asili Hipo SS5600 ?
•  Rejets industriels. Savons et détergents. | PDF | Savon | Détergent (scribd.com)