trait poll hydrique

8/18/2019 Trait Poll Hydrique

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CITET 11 - 14 Décembre 2006 Pollution hydrique industrielle: lestechniques de traitement

Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 1

1

Pollution Hydrique

Industrielle: les techniques

de traitement

2

UTILISATIONS DE L’EAU

Applications

Utilisations Applications Activités Industrielles

Production de vapeur Chaudières Toutes

Thermique Echangeurs de chaleur Chauffage - Refroidissement

Toutes

Echange liquide-gaz Lavage de gaz Incinération - Traitements de surfacesRégénération de catalyseur Centrales électriques thermiques

Lavage Minerais - BâtimentVéhiculesMétauxTextile

Mines – BTP - Centre d'entretien routier TransportsMécanique, métallurgieTeinturerie, ennoblissement, laveries

Rinçage MétauxTextilesProduits alimentaires

Mécanique, métallurgieTeinturerie, ennoblissement, laveriesAgro-alimentaire

Solvant MétauxRéactifs/produits organiques etminéraux

Mécanique, métallurgieTeinturerie, ennoblissement, laveriesChimie, Pharmacie

Support PigmentsMinérauxEmulsions huileusesProduits organiques etminéraux

Fabrication colles, encres, peintures, vernis,résineMécanique, traitements de surfacesChimie, pharmacie


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CARACTERISATION DES EFFLUENTS

Le diagnostic de la production

ÉnergieFluidesAdditifs

OutilOutildede

ProductionProduction

Produit finiou

semi-fini

RejetsRejetsliquidesliquides

SousproduitsPertes

MatiMatièèresrespremipremièèresres

6

LES OBJECTIFS

Mise en conformité – Valorisation - Recyclage

Energie, Fluides, Additifs

OutilOutildede

ProductionProduction

Produit finiou

semi-fini

MatiMatièèresrespremipremièèresres

RejetsRejetsliquidesliquides

AménagementsGestion des flux

Mise enconformité

RecyclageRécupérationConcentrationValorisation

Milieurécepteur

Déchetsultimes

Sous produitsPertes


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Analyse type

8


Analyse type


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9


Analyse type

10


Analyse type


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Analyse type

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Que le traitement d'épuration des eaux résiduaires soit de nature

physico-chimique ou biologique, il est souvent nécessaire d'effectuer

des opérations préliminaires sur les eaux brutes: il s'agit du pré-traitement.

Celui-ci a pour but:

- soit d'éliminer de l'eau brute, les éléments dont la nature ou lesdimensions constitueraient une gêne pour le traitement

proprement dit,

- soit de modifier les caractéristique physico-chimiques de l’effluentafin de rendre possible ou d'améliorer son traitement, enparticulier si celui-ci fait appel à des techniques biologiques

LeLe pr pr éé--traitementtraitement et les Traitements primaireset les Traitements primaires


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Le dégrillage ou criblage

14

Grille de

retenue

Chariot

Le dégrillage à nettoyage automatisé


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On rencontre différents

types d'appareillages:

* dilacération à tambour

* pompes dilacératrices

* dilacérateurs à hé1ice

* broyeurs

La dilacération

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Le Tamisage - micotamisage

Le tamisage est une filtration sur support mince, destiné à

retenir les matières en suspension de petites dimensions.

Suivant la dimension des orifices de passage du support, on

distingue deux variantes:

- en macrotamisage (une tôle perforée ou treillis métallique

avec passage supérieur à 0,300 mm) est destiné à retenir

certaines matières en suspension, flottantes ou semi-flottantes,

débris végétaux ou animaux, insectes, brindilles, algues,

herbes, etc...

- le microtamisage (sur toile métallique ou plastique à maille

inférieure à 100 µm) est destiné à retenir les particules de

petites dimensions contenues dans l’eau.


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Le dessablage

Le dessablage a pour but de séparer les matières denses

facilement décantables qui pourraient se déposer dans les

canalisations de l’installation et risqueraient d'endommager les

pompes et autres appareils contre l’abrasion. La séparation

repose sur la différence de densité existant entre les solides à

séparer et les matières organiques plus légères qui doivent

rester en suspension pour être traitées chimiquement ou

biologiquement.

Le domaine usuel du dessablage porte sur les particules de

granulométrie supérieure à 200 µm. Une granulométrie

inférieure sera du ressort de la décantation.

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Dégraissage - déshuilage

Ces opérations concernent beaucoup de cas d'eaux résiduaires

issues des divers secteurs industriels: charcuterie, conserves de

viandes, abattoirs, margarineries, huileries, divers vidanges

et les eaux résiduaires urbaines.

On peut distinguer deux cas:

- Cas où les matières huileuses forment une émulsion stable,

entretenue par le brassage de l’eau.- Cas où les matières grasses forment une phase indépendante

non émulsionnée.

20


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21

Dégraisseur - déshuileur

22

Elimination des matières grasses non émulsionnées

Souvent, ces matières sont moins denses que l’eau et la

séparation en est possible par voie gravitaire.

En général, pour améliorer la séparation et donc le volume du bassin, on fait une injection d'air en fond de bac qui a pour

effet de faire flotter les huiles et graisses en surface. II suffit

ensuite de racler le dessus du bassin et d'é1iminer ainsi les

matières grasses. On effectue un nettoyage de la surface soit par pont racleur ou par pompe suceuse.On peut dans certains cas, combiner le dessablage et le

déshuilage dans un seul appareil muni d’un pont roulant

servant simultanément à racler le fond en aspirant les

sédiments (sables) et à écrémer la surface.


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25

Égalisation

Objectifs amortir les fluctuationsdans le temps :

• du débit de l'effluent

• et/ou de ses caractéristiques

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L'égalisation va permettre:• d'amortir les fluctuations (débit,COT,

composé toxique) préjudiciable au bonfonctionnement d'un procédé biologiquebiologique

• de faciliter le contrôle du pH (par

mélange de courants d'acide et debase)

• d'amortir les fluctuations de débit dansun procédé physico-chimique (avec unecapacité nominalenominale d'ajout de réactifschimiques)


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égalisation (suite)• d’assurer le fonctionnement continu du

procédé de traitement lorsque l'effluent estdisponible de façon discontinue

• de régulariser les rejets dans un réseaumunicipal d'égout alimentant une stationd'épuration

28

Utilisation d'un bassind'égalisation qui fonctionne:

• à niveau constant (mais le débit peutvarier - régulateurs de concentration):

ce qui rentre=ce qui sort

• à niveau variable (pour assurer un débitconstant en sortie - régulateurs de débit)


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Le bassin doit être:• suffisamment bien mélangé pour éviter

les dépôts des matières solidesdécantables et permettre le mélange siplusieurs effluents sont introduits

• suffisamment volumineux pour

permettre de délivrer un débit constant

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• L’agitation et l’aération vont permettreen outre:

- l’oxydation des produits réducteurs

- une réduction de la DBO parstrippage des composés volatiles.

• Le brassage peut être réalisé par:- 1 - admission distribuée de l’eau et

cloisonnement du bassin

- 2 - turbine

- 3 - diffuseurs d’air

- 4 - aération mécanique


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31

C0 C1

C0

t

C1

t

Egalisation des concentrations

32

Exemple de variation de débits:


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33

Courbe du débit cumulatif(volume cumulé)

34

Égalisation de débit• Tracer la courbe des débits cumulatifs

entrants (E)

• Tracer la droite du volume cumulatifsortant (débit constant) (S)

• Identifier les écarts(E-S) maxi V1 et miniV2

• volume nécessaire=V1+V2- v1 pour stocker temporairement lesforts débits

- v2 pour compenser temporairementles faibles débits d'entrée


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Destruction Oxydative / Réductive des contaminants

Réactions d’oxydo-réduction

Réduction (Gain d’électron)

Oxydation (Perte d’électron)

Les traitements physico-chimiques

36

Traitement nécessitantl’oxydation des polluants


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37

Traitement nécessitant

l’oxydation des polluants (suite)

38

Traitement nécessitant laréduction des polluants

• Chrome VI

+−

−

++↓

→++

2H3SO2Cr(OH)

O4H3SOCrO2

2

43

224

• Métaux lourds: Cd, Hg, Pb, Se(VI), etc...


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Exemples de réaction d’oxydo-réduction

Réduction

Oxydation

40

Potentiel d’oxydation


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41

TRAITEMENTS PHYSICO CHIMIQUES

Destruction des cyanures - NaClO

42




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43



44

Chloration des cyanures


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Les traitements de neutralisation des eaux résiduaires

consistent à neutraliser l’acidité ou la basicité des effluents et

constituent selon les cas une fin en soi ou un préalable

indispensable à d'autres traitements.L'objet des traitements de neutralisation ou d'ajustement du pH

est le plus souvent l’un des suivants :

- Obtention d'un effluent dont le pH correspond aux

prescriptions en matière de rejet dans le milieu naturel.

- Obtention d'un effluent admissible dans une installation

d'épuration biologique aérobie ou anaérobie: les micro-

organismes épurateurs requièrent des conditions de milieu proche de la neutralité (6 < pH < 8).

Neutralisation

46

Neutralisation des effluentsacides avec

• carbonate de calcium CaCO3 (pierre àchaux, lait de chaux si en suspension)

• hydroxyde de calcium Ca(OH)2 (chauxhydratée ou éteinte)

• carbonate de sodium, Na2CO3• soude NaOH


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Neutralisation - pH

Dans l'eau pure on a :Dans l'eau pure on a :[H[H++]x [OH]x [OH--] = Produit ionique de H] = Produit ionique de H22O = 10O = 10

--1414 avec [Havec [H++] = [OH] = [OH--] = 10] = 10--77

Le pH ou potentiel d'hydrogLe pH ou potentiel d'hydrogèène est dne est dééfini par :fini par :pHpH == -- loglog1010 [H[H+

+]]ououpHpH == -- loglog1010 (10(10-

-1414 /[OH/[OH--]) = 14 + log]) = 14 + log1010[OH[OH--]]

Inversement :Inversement :[H+] = 10[H+] = 10--pHpH

EtEt[OH[OH--] = 10] = 10--1414 / [H+] soit [OH/ [H+] soit [OH--] = 10] = 10--1414 / 10/ 10--pHpH = 10= 10(pH(pH--14)14)

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Neutralisation - Réactions

HCl + NaOHHCl + NaOH NaCl + HNaCl + H22OO

HH22SOSO44 + 2 NaOH+ 2 NaOH NaNa22SOSO44 + 2 H+ 2 H22OO

2 HNO2 HNO33 + Ca(OH)+ Ca(OH)22 Ca(NOCa(NO33))22 + 2 H+ 2 H22OO

HH22SOSO44 + Ca(OH)+ Ca(OH)22 CaSOCaSO44 + 2 H+ 2 H22OO


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Neutralisation sur lit de pierre à

chaux

Pompe de

recyclage

recyclage Influent: courant acide

Réservoir

d’alimentation

50

Colonne de laboratoire pourtest de neutralisation:

Pierre àchaux granulé

Effluent

neutraliséEffluent

acide

pompe


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53

Précipitation des métaux

lourds:• effluents :-des industries de traitement de surface- des lixiviats d'hydrométallurgie-gaz de combustion charbon ou orduresménagères

• précipitation sous forme- d'hydroxyde, carbonate

- sulfure (très peu soluble)(importance du pH ⇒ voir courbes)

On appelle en général métaux lourds leséléments métalliques naturels, métaux ou danscertains cas métalloïdes, les métauxcaractérisés par une masse volumique élevée,supérieure à 5 grammes par cm3

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Précipitation des métaux par ajustement du pH

Les insolubles obtenus sont des hydroxydes mLes insolubles obtenus sont des hydroxydes méétalliques selon latalliques selon lar r ééaction :action :MeMezz++ + z OH+ z OH-- Me(OH)Me(OH)zz

La concentration (en mole/l) des espLa concentration (en mole/l) des espèèces en solution est donnces en solution est donnéée par lee par leproduit de solubilitproduit de solubilitéé Ps.Ps.Ps = [Ps = [MeMezz++]x[OH]x[OH--]]zz

La solubilitLa solubilitéé du mdu méétal est effectivement fonction du pH.tal est effectivement fonction du pH.On a :On a :[[MeMezz++] = Ps / [OH] = Ps / [OH--]]zz avec [OHavec [OH--] = 10] = 10(pH(pH--14)14)

d'od'oùù[[MeMezz++] = Ps / (10] = Ps / (10(pH(pH--14)14)))ZZ

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Solubilité des métaux en fonction du pH


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57

pH de

précipitation des

métaux (d'après L.

Hartinger cité

dans le " guide

d'analyse

des eaux de rejets

de traitements de

surface ", CETIM,

1990)

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COAGULATION - FLOCULATION

Présentation

particules colloparticules colloïïdales stabilisdales stabiliséées et maintenues en suspensiones et maintenues en suspension

par des forcespar des forces éélectrostatiqueslectrostatiques

interaction entre les particules = potentielinteraction entre les particules = potentiel ZZéétata

pour dpour déécanter les collocanter les colloïïdesdes

procprocééddéé dit dedit de «« floculationfloculation »»

coagulationcoagulation

floculationfloculation

Type de paramType de paramèètre concerntre concernéé ::

Coagulation - Floculation


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Coagulation

Neutralisation des chargesNeutralisation des charges éélectrostatiqueslectrostatiques

ActionAction

Ajout dAjout d’’unun éélectrolytelectrolyte – – Cation trivalentCation trivalent

MoyenMoyen

Transformation des colloTransformation des colloïïdes endes en «« micromicro--flocsflocs »»

60

Les réactifs chimiques:• sulfate d'aluminium hydraté (alun)

Al2(SO4)3 ⇒ Al(OH)3 précipite

• chlorure ferrique:

FeCl3⇒ Fe(OH)3 précipite

• sulfate ferrique Fe2(SO4)3 ⇒ Fe(OH)3

• co-précipitation avec chaux ou carbonatede calcium pour compenser l'acidification


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Coagulation - Réactions

RRééaction daction d’’hydrolysehydrolyse

MeMezz++ + z H+ z H22OO Me(OH)Me(OH)zz + z H+ z H++

Le cation mLe cation méétallique est hydrolystallique est hydrolyséé

Le pH de lLe pH de l’’effluent est modifieffluent est modifiéé

NeutralisationNeutralisation

LL’’effluent coaguleffluent coaguléé doit être neutralisdoit être neutraliséé

pH = pH dpH = pH d’’insolubilisationinsolubilisation de Mede Me

62


Floculation

AgglomAggloméération des colloration des colloïïdes ddes dééstabilisstabilisééss

enen «« macromacro--flocsflocs »»

ActionAction

MoyenMoyen

Obtention dObtention d’’une phaseune phase ddéécantablecantable et filtrableet filtrable

«« PontagePontage »» par polympar polymèères (floculant)res (floculant)


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Floculants:

• polymères de haut poids moléculaire àstructures linéaires et solubles dansl'eau

• polymères non-ioniques, anioniques(-)ou cationiques(+)

• les flocs vont se rassembler sur le longdu polymère (croissance des flocs)

64


Floculation – Les floculants

polyacrylamide, oxyde de polyéthylènenon-ionique

polyéthylèneimine, polymère d’amine quaternairescationique

polyacrylate, polyméthylacrylateanionique

type chaîne organique


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67


t=0 t=12 mint=2 min

témoin témoin

68

Tests en laboratoire: jar test = test en bécher

• phénomènes complexes

• dosage déterminé par essai au labo-ajout de réactifs

-agitation-décantation

• effet des quantités de réactifs et du pHsur la turbidité de l'effluent aprèsdécantation.


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70

Décanteur recirculation contact de boues


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72


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73

74


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75

Décantation

• sédimentation ou décantation: procédéd'enlèvement des matières solidesdécantables en suspension dans l'eau(sédimentation boue concentrée

décantation liquide clarifié)

• on met à profit les différences dedensité entre les phases liquide etsolide

• 4 types de décantation

76

DECANTATION

Principe

Méthode simple de séparation liquide-solide par différence dedensité

Vitesse de sédimentation (équation de Stokes)

V = g/18 η (ρs - ρl) . d2 . Fsavec

V (cm.s-1); g (981 cm.s-2); η viscosité dynamique (g.cm-1s-1)

ρs masse volumique du solide (g.cm-3);

ρl masse volumique du liquide (gcm-3)

d diamètre de la particule (cm); Fs constante de la particule


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Courbe Fs vs Re

0,1

1

10

100

1000

10000

0,01 0,1 1 10 100 1000 10000

Re

F s

Stokes NewtonVan Allen

Fs =24/Re Fs =0,4Fs =24/Re+3/Re0,5+0,34

78

Type I: sédimentation departicules isolées

• en milieu dilué, pour des particules nonfloculantes

• les particules décantent

indépendamment les unes des autres• la vitesse de chute des particules est

constante: vitesse terminale de chute

• pas de perturbations thermiques ettrajectoire rectiligne: bassin idéal deHazen,


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Type II: sédimentation de

particules floculantes• dans un milieu encore dilué (50


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83

Type III: sédimentation enzone

• pour des particules floculantes dans unmilieu assez concentré (MES>500 mg/l)

• les flocs ne décantent pas de façonindépendante mais en bloc

• décantation d'ensemble freinée

• caractéristique des suspensions de

boues activées et agents chimiquesfloculés (décanteurs secondaires -courbe de kynch)

84

Décantation en zone• dans un milieu concentré MES>500mg/L

zone clarifiée

décantation de particules

isolées Vs constante

zone de transition

zone d’épaississement

a


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DECANTATION

Vitesses de sédimentation

Quelques valeursQuelques valeurs

25 - 130sable (0,1 – 0,3 mm)

0,5 m/hAl(OH)3

1 m/hBaSO4

particules vitesse (m/h)

88

DECANTATION

Types de décanteurs


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DECANTATION

Schéma de principe

DDéécanteur canteur

Floculateur Floculateur

EffluentEffluentpr pr éé-- traittraitéé

pHpHddéétoxiqutoxiquéé

BouesBouesConditionnementConditionnement

EffluentEffluentclarificlarifiéé

90


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FLOTTATION

Principe

ProcProcééddéé de sde sééparation entre une phase liquide et une phaseparation entre une phase liquide et une phasesolide ou deux phases liquides.solide ou deux phases liquides.

Flottation naturelleFlottation naturelle

Diff Diff éérence de densitrence de densitéé entre les phasesentre les phases

SSééparation naturelle de phases liquidesparation naturelle de phases liquides

Flottation forcFlottation forcééee

RRééduction de la masse volumique de la phaseduction de la masse volumique de la phase àà ssééparer parer

Association particulesAssociation particules -- gaz (air)gaz (air)

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Flottation à air dissous

• L'effluent est mis sous pression (de 3.4à 4.8 atm) en présence d'air qui sesolubilise. Par détente, l'air dissous est

relargué sous forme de petites bulles degaz auxquelles certaines MES peuvents'attacher et être ainsi entraînées dansl'ascension.


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Flottation à air dissous (suite)• Le système peut fonctionner avec ou

sans recyclage. (voir figure)Le recyclage évite de soumettrel'effluent aux conditions depressurisation qui peuvent endommagerla qualité de certains flocs.

• L'effluent clarifié est récupéré en piedde l'unité de flottation.

94

effluent

Air

Vanne de

détente

dispositif d’écumage

(pompe pressurisante)Cuve tampon

sansrecyclage:


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95

avec recyclage:

Injection

d’air

effluent

Q

R

Vanne de

détente dispositif d’écumage

Cuve

tampon

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FLOTTATION

Flottation forcée

L'L'ééquation dequation de StokeStoke s'applique aux bulles de gazs'applique aux bulles de gaz

VitesseVitesse ascentionnelleascentionnelle des bulles de gazdes bulles de gaz

V = g/18V = g/18 ηη ((ρρll -- ρρgg) . d) . d22

avecavec

V (cm.sV (cm.s--11); g (981 cm.s); g (981 cm.s--22);); ηη viscositviscositéé dynamique (g.cmdynamique (g.cm--11ss--11))

ρρll masse volumique du liquide (g.cmmasse volumique du liquide (g.cm--33););

ρρgg masse volumique du gaz (gcmmasse volumique du gaz (gcm--33))

d diamd diamèètre de la bulle de gaztre de la bulle de gaz


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FLOTTATION

Schéma de principe

Flottateur Flottateur

Floculateur Floculateur

EffluentEffluentpr pr éé-- traittraitéé

pHpHddéétoxiqutoxiquéé

ConditionnementConditionnement

EffluentEffluentclarificlarifiéé

air air

PressurisationPressurisation

BouesBoues

98

FILTRATION

Principe

Filtration


50/100



99

FILTRATION

Type de filtration

100

FILTRATION

Filtration frontale et volumique

Filtration continueDéshydratation des boues

Filtre rotatif sous videFiltres à bougies

Surprécouche

Filtre double couche

Filtre à bande

Filtre à bande sous vide

Filtre à bande pressante

Filtre-presse

Procédés

Filtration finale ou de protection

Pré-concentration des bouesFiltration finale ou de protection

Déshydratation de matièresminérales valoridables

Déshydratation des bouesbilogiques

Déshydratation des bouesminérales et biologiques

Application

Sur gâteau

Surgarnissage

Sur média

Type defiltration


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52/100



103

FILTRATION

Filtre à bandes

104

FILTRATION

Filtre à bandes


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105

FILTRATION

Filtre à vide

106

TRAITEMENT BIOLOGIQUE

Traitement aérobie - Principe

OO22MO +MO + BiomasseBiomasse COCO22 + H+ H22O +O + BiomasseBiomasse


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107

Les procédés biologiques detraitement des eaux usées

Anaérobies

Aérobies

Anoxiques

CH4, CO2, Norganique, NH4+

… boues

CO2, H2O, NO3- (nitrification)

… boues

CO2, H2O, N2 (dénitrification)

… boues

108

Les procédés biologiques detraitement des eaux usées

Procédés à cultures fixées

Procédés à cultures libres

Reproduction en réacteur de l’effet auto-épurateur des sols (lits bactériens, biodisques, lits fluidisés, filtres biologiques …)

Reproduction en réacteur de l’effet auto-épurateur des rivières

(boues activées, lagunages, méthaniseurs …)


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109

Procédés biologiquesd’épuration des eaux usées

Boues

en excès

Réacteur

Biologique

Décanteur

secondaire

Eaux

usées

Eaux

épurées

Recyclage de la biomasse

(air, agitation)

Schéma de principe

Décanteur

primaire

B o u e s

110


Conditions d’application des traitements biologiques

temptempéératurerature

≈≈5 < pH


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Sensibilités des traitements biologiques

mméétaux lourds :taux lourds : CuCu,, Cr Cr , Ni,, Ni, ZnZn, Hg, Pb, Hg, Pb

CNCN--, CrO, CrO44==, Cr , Cr 22OO77=

=, F, F--

organoorgano--haloghalogéénnééss

aromatiques cycliques (toluaromatiques cycliques (toluèène, benzne, benzèène)ne)

112


Boues activées – schéma de principe

Bassin dBassin d’’aaéérationration

DDéécanteur canteur

EffluentEffluentàà traiter traiter

Air Air

RecirculationRecirculation des bouesdes boues

conditionnementconditionnement

boues enboues enexcexcèèss

eau traiteau traitééee


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113

Qualité des flocs bactériens

Bulking filamenteux Boues saines Bulking non-filamenteux

1 - Organismes filamenteux prédominants.2 - Floc solide et large.3 - Interférence des filamentsavec la décantation.4 - Surnageant clair.5 - IM élevé.

1 - Organismes filamenteuxet zoogléals en équilibre.2 - Floc solide et large.3 -Pas d'interférence desfilaments avec la décantation4 - Surnageant clair.5 - IM faible.

1 - Pas d'organismes filamenteux2 - Floc fragile et petit.3 - Pas d'interférence desfilaments avec la dé cantation4 - Surnageant turbide.5 - IM faible.

114

Problèmes Causes

Boues noircissantes faible teneur en O2

Mousses blanches Faible teneur en boues

Mousses brunes Age de boues élevé

Bactéries filamenteuses,manque d'O2carence nutriments,toxiques

Boues flottantes noire Age élevé de boues(au niveau du clarificateur)

Gonflement de boues

Problèmes fréquents !!!


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115


Boues activées – Conditions opératoires

production de m.s.production de m.s. ≈≈ 0,8 kg m.s. / kg DBO0,8 kg m.s. / kg DBO55

consommation Oconsommation O22 ≈≈ 0,8 kg O0,8 kg O22 / kg DBO/ kg DBO55

charge appliqucharge appliquéée : 0,2e : 0,2 àà 1,5 kg DBO1,5 kg DBO55 / kg MES . j/ kg MES . j

[MES] = 3[MES] = 3 àà 6 g / l6 g / l

116

RBS - Réacteur Biologique Séquentiel

Phases typiques


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117


Cultures fixées - Biofiltration

118


Cultures fixées - Lit à ruissellement


60/100



119


Cultures fixées - Biofiltration

120

Lit bactérien


61/100



121

122


Biofiltration - Conditions opératoires - Résultats


62/100



123


Comparatif Lit à ruissellement - Boues activéesCharge - Rendement

124


Comparatif Lit à ruissellement - Boues activées

Avantages - Inconvénients


63/100



125

PRINCIPE GENERAL

J P 6 8 . d e s i g n e r - 4 - 3 0 / 0 7 / 1 9 9

8 - C N F M E

Moto-réducteur

Eaudécantée

ou tamisée

Eauépurée

Biofilm

Biodisques

Principe Général

126

Disques biologiques - RBC


64/100



127

Aérateurs amarrés - Lagunage aéré

128


Boues activées – Bioréacteur à membrane

Bassin dBassin d’’aaéérationration

EffluentEffluentàà traiter traiter

Air Air MembraneMembrane

RecirculationRecirculation des bouesdes boues

boues enboues enexcexcèèssconditionnementconditionnement

eau traiteau traitééee


65/100


66/100



131

BioréacteurModule

membranaire

Eau filtrée

Eau brute

Boue en excès

Recirculation

Bioréacteur avec boucle externeLes 2 procédés unitaires

sont séparés

Turbulence parrecirculation dela liqueur mixte

2 montages possibles- 1er montage -

Aération

Filtration sur support crée un dépôt en surface qui génère une chute de perméabilité

⇒ Économique pour le procédé industriel

Le dépôt est contrôlé par la turbulence au voisinage de la membrane

132

Bioréacteur

Modulemembranaire

Eau filtrée

Eau brute

Boue en excès

Bioréacteur avec module intégréLe procédé membranaire est

à l’intérieur du milieu

réactionnel

Turbulence parcirculation d’air au

voisinage des membranes

- 2ème

montage -

Aération


67/100



133

134

Application: Biostyr.


68/100



135


Traitement anaérobie - Principe

Milieu r Milieu r ééducteurducteurMO +MO + BiomasseBiomasse COCO22 + CH+ CH44 ++ BiomasseBiomasse

applicationapplication àà la digestion des boues de stationla digestion des boues de station

dd’é’épuration urbainespuration urbaines

traitement des effluentstraitement des effluents àà forte concentration en MOforte concentration en MO

136


Méthanisation


69/100



137


138


Méthanisation - Conditions opératoires - Résultats


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Comparatif Méthanisation - Traitement anaérobieAvantages - Inconvénients

140

Oxydation Avancée

• élimination totale, transformation encomposés plus biodégradables

• ozone, chlore, l’air, permanganate K

dépendance du pH - présence catalyseur • ozonation: élimination de la couleur et

des composés organiques réfractaires etde l ammoniaque


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141

PROCEDES D’OXYDATION AVANCEE

Présentation – Oxydants et combinaisons

Applications dApplications dééveloppveloppéées pour la destruction des espes pour la destruction des espèècescesr r ééfractaires aux traitements conventionnelsfractaires aux traitements conventionnels

OO33 et Het H22OO22

Oxydants de baseOxydants de base

CombinaisonCombinaison

OO33 + UV+ UV

HH22OO22 + UV+ UV

OO33 + H+ H22OO22 radical OHradical OH••

142


Potentiels d’oxydation

2,87F2Fluor

1,49HOClAcide

hypochloreux

2,42OOxygène atomique

1,23O2Oxygène

1,78H2O2Peroxyde

d’hydrogène

O3

OH•

Symbole

2,08

Potentiel (V)

2,80Radical hydroxyl

Oxydant

Ozone


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143

PROCEDES D’OXYDATION AVANCE

Temps de réaction et Réduction de la DCO

Réduction DCO % = f(t)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 30 60 90 120 150 180 210 240Temps de traitement (min)

D C

O (

m g O 2 / l )

O3 + H2O2

O3

144


Applications

DCODCO duredure

pr pr éé--traitement : amtraitement : améélioration biodlioration biodéégradabilitgradabilitéé

AOXAOX

postpost--traitement : r traitement : r ééduction faibleduction faible ∆∆ / norme/ norme

RRééductionduction dudu rapport DCO/DBOrapport DCO/DBO55

conversion DCO en DBOconversion DCO en DBO55


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145


Avantages et inconvénients

procprocééddééss éécologiquescologiques

niveau dniveau d’’investissementinvestissement

≈≈ 1,21,2 MioFFMioFF pour 2,5 kg Opour 2,5 kg O33 / h/ h

≈≈ 3,53,5 MioFFMioFF pour 30 kg kg Opour 30 kg kg O33 / h/ h

AvantagesAvantages

InconvInconvéénientsnients

cocoûût dt d’’exploitationexploitation

absence de transfert de pollutionabsence de transfert de pollution

pas dpas d’’apport de salinitapport de salinitéé

► niveau de technicité assez élevé

146

Dans ce procédé de traitement d'eaux on oxyde lesimpuretés organiques et minérales contenues ensolution dans l'eau à l'aide de l'oxygène de l'air ; suivantla nature des polluants présents, on travaille à destempératures comprises entre 150 et 300°C à despressions pouvant atteindre 200 bars. Dans ces

conditions opératoires, le carbone des polluantsorganiques est entièrement oxydé en CO2 ; le soufre, lephosphore et le chlore sont respectivement transformésen acide sulfurique,

phosphorique et chlorhydrique, l'azote présent sous formed'amines conduit à de l'ammoniac. Les cationsmétalliques lourds (Cu2+) catalysent l'oxydation.

Procédé CIBA - GEIGY oxydation à chaud deseaux usées


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147

Les eaux usées sont injectées dans le réacteur à l'aide d'une pompehaute pression ; elles sont réchauffées dans un échangeur à contrecourant. Le réacteur est alimenté en air par un compresseur; ledébit d'air est calculé de sorte qu'il y ait 10% d'excès d'oxygène parrapport à la demande chimique en oxygène de l'eau considérée. Leréacteur est une colonne à bulles à plateaux; dès le premier étage,on observe une conversion de 80% ; trois

autres étages sont cependant nécessaires pour oxyder les polluantsplus résistants. On obtient avec un temps de passage d'une heureune diminution de la DCO de 97%.

La chaleur de réaction est suffisante pour compenser les pertes dechaleur et pour réchauffer les eaux usées jusqu'à la température deréaction.

Une installation fonctionne depuis 1980 à Brunsbüttel (RFA) pour letraitement des effluents d'une unité de production de colorants.

Procédé CIBA - GEIGY( suite)

148


75/100



149

Oxydation par voie humide

(OVH)

150

Description du procédéPréparation: préchauffage et pressurisation de l’effluent

Réaction: oxydation des polluants dans le réacteur

Post-traitement: séparation des gaz de l’effluent chaud oxydé


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153

PROCEDES MEMBRANAIRES

Principe

Membranes permMembranes perm--sséélectiveslectivesApplication dApplication d’’une pression transune pression trans--membranairemembranaire

Filtration tangentielleFiltration tangentielle

ProcProcééddééss

MicrofiltrationMicrofiltrationUltrafiltrationUltrafiltrationNanofiltrationNanofiltration

Osmose inverseOsmose inverse

Autres procAutres procééddéés utilisateurs de membraness utilisateurs de membranes

DialyseDialyse -- ÉÉlectrodialyselectrodialyse

154


Procédés de séparation / taille des particules

1 mm100,10,010,001

µm1001010,10,01

A100101

OsmoseOsmose

NanofiltrationNanofiltrationUltrafiltrationUltrafiltration

MicrofiltrationMicrofiltration

FiltrationFiltrationsur msur méédiadia

DDéégrillagegrillage


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155


Mise en œuvre - principe

SolutionSolutionàà

traiter traiter

ConcentrâtConcentrât

PermPermééatat

156


Flux perméation MF - UF en fonction du temps


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Schéma de principe

Cuve deCuve detravailtravail

ConcentrâtConcentrât

PermPermééatat

EffluentEffluent àà traiter traiter

Pompe dePompe degavagegavage

Pompe dePompe derecirculationrecirculation

Cuve deCuve delavagelavage

MembranesMembranes

158


Osmose inverse - Principe

SolvantSolvantSolutionSolution

membranemembranesemisemi--permpermééableable


PressionPressionosmotiqueosmotique

Direction du flux jusquDirection du flux jusqu’à’àll’é’équilibre osmotiquequilibre osmotique


P > Pression osmotiqueP > Pression osmotique

Direction du fluxDirection du fluxInversInverséé par une pressionpar une pressionextextéérieure > p osmotiquerieure > p osmotique


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Osmose inverse - Pression osmotique

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Osmose inverse – Conversion - Réjection

ConcentratConcentrat(rejet(rejet

saumure)saumure)

PermPermééatat (produit)(produit)CC

AlimentationAlimentation

CC00

Taux de Conversion (%) = 100 (VTaux de Conversion (%) = 100 (V permpermééatat / V/ V alimentationalimentation))

Taux de RTaux de Réé jection (%) = 100 (C jection (%) = 100 (C00 – – C )/ CC )/ C00

MembraneMembrane


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161


MF - UF - Nanofiltration - Osmose inverse

162


Les membranes


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Conditions opératoires

164

Echange d’ions

Principe


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84/100



167

Echange d’ions

Résines anioniques

168

Echange d’ions

Adoucissement


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Echange d’ions

Décarbonatation

170

Echange d’ions

Déminéralisation partielle


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171

Echange d’ions

Déminéralisation totale - Cation fort - Anion fort

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Echange d’ions

Purification d’acides


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PROCEDES ELECTROLYTIQUES

Les procédés

cathodiques pour la r cathodiques pour la r éécupcupéération des mration des méétauxtaux

anodiques pour la r anodiques pour la r ééggéénnéération des oxydants usration des oxydants usééss

l'l'éélectrodialyse pour la r lectrodialyse pour la r éécupcupéération de produitsration de produits

chimiques dans les effluents ou la dchimiques dans les effluents ou la déésalinisationsalinisation

174


Principe

++--

AnodeAnodeCathodeCathodeII

ee--ee--

CC++

AA-- AA-- A + eA + e--

CC++ + e+ e-- CC

RRééductionductionOxydationOxydation


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Electrolyse - les électrodes

176


Electrolyse - Dépôt cathodique - Métaux précieux


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Electrolyse - Dépôt cathodique - Métaux non ferreux

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Electrolyse - Avantages

Comparatif Electrolyse - Echange d’ions


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Electrolyse - Couplage avec l’échange d’ions - Principe

180


Oxydation anodique


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Electrolyse - Couplage avec l’échange d’ions - Avantages

182


Electrodialyse


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Application à l’électrodialyse

184


Limites de l’électrodialyse


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PROCEDES THERMIQUES

Champ d’application en traitement d’effluents industrielPROCEDES THERMIQUES

Décomposition thermique – Récupération d’acide

ssééparation et la r paration et la r éécupcupéération du solvant d'une solutionration du solvant d'une solution

et la concentration du solutet la concentration du solutéé ou du polluant.ou du polluant.

la conversion de sels avec r la conversion de sels avec r éécupcupéération de l'aciditration de l'aciditéé liliééee

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PROCEDES THERMIQUES

Décomposition thermique - Récupération d’acides


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PROCEDES THERMIQUES

Evaporation - Energie

éénergie totale pour la vaporisationnergie totale pour la vaporisation

≈≈ 2600 kJ/kg2600 kJ/kg àà 1 bar soit 0,720 kWh/kg1 bar soit 0,720 kWh/kg

Porter une solution de sonPorter une solution de son éétat liquidetat liquide àà l'l'éétat vapeur tat vapeur

base rendement = 90%base rendement = 90%

2900 kJ/kg soit 0,800 kWh/kg ou 800 kWh/t2900 kJ/kg soit 0,800 kWh/kg ou 800 kWh/t

192

PROCEDES THERMIQUES

Evaporation - Schéma de principe


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193

PROCEDES THERMIQUES

Evaporation - Types d’évaporateur

194

PROCEDES THERMIQUES

Evaporateurs à effets multiples


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PROCEDES THERMIQUES

Evaporation avec pompe à chaleur

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PROCEDES THERMIQUES

Evaporation seule – Conditions

effluents sans contrainte / concentrationeffluents sans contrainte / concentration

pas de contrainte de qualitpas de contrainte de qualitéé dudu concentratconcentrat / recyclage/ recyclage

qualitqualitéé dede condensatcondensat conforme / objectifs de rejetconforme / objectifs de rejet

ou de recyclageou de recyclage


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100/100


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PROCEDES THERMIQUES

Couplage avec les techniques membranaires - Principe

PROCEDES THERMIQUES

Couplage avec l’échange d’ions - Principe

trait poll hydrique

Documents