C OMMENT AMÉLIORER LE FONCTIONNEMENT D ’ UNE STATION DE TRAITEMENT POUR

TRAITEMENT POUR TENDRE VERS LE REJET ZÉRO POLLUTION

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La filière TS, comme d’ailleurs les autres secteurs industriels, doit trouver des solutions pour tendre vers le rejet zéro pollution et/ou pour diminuer les volumes d’eau. Ainsi, les industriels doivent réaliser de nouveaux efforts pour atteindre ces objectifs et réduire leur impact environnemental. En matière de protection de l’environnement, plusieurs types d’actions complémentaires peuvent être envisagés, selon que celles-ci se placent en amont de la pollution, on parle d’actions préventives, ou en aval, on parle alors d’actions curatives. Trois pistes sont possibles : la dépollution à la source, l’optimisation physico-chimique des stations existantes et l’adjonction de procédés tertiaire ou de finition aux installations existantes.

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4.1.AVANT DE DÉCONTAMINER : DÉPOLLUER À LA SOURCE

La conception d’un système d’épuration le plus efficace possible, c’est-à-dire constitué d’une filière de traitement soigneusement adaptée et avec un dimensionnement adéquat des ouvrages de la station (dimensions des cuves, temps de contact respectés...) et un suivi rigoureux des réactions chimiques, impose de connaître certaines données en amont et en aval de l’étape d’épuration. En effet, pour envisager une épuration rigoureuse et rationnelle des rejets, il est incontournable de maitriser la pollution et les flux. La connaissance exacte de la pollution produite par l’atelier tant sur le plan qualitatif et quantitatif est ainsi une donnée nécessaire avant d’entreprendre des mesures complémentaires de dépollution.

Une des pistes à envisager concerne la dépollution à la source. Plusieurs actions peuvent être menées. La première concerne la diminution des volumes des rejets pour éviter le gaspillage de l’eau. Ceci peut se faire en gérANT son utilisation au plus juste et en définissant de fait des mesures pour mieux utiliser cette ressource. C’est ainsi que de simples mesures comme l’optimisation des rinçages cascade ou encore la mise en place de compteurs et vannes de réglage pour réduire les débits peuvent permettre de favoriser le recyclage et la réutilisation de l’eau. D’autres techniques plus coûteuses comme la mise en place de résines échangeuses d’ions permettent également de diminuer fortement les volumes d’eau consommés.

Une seconde action consiste à séparer au maximum les effluents afin de garantir au maximum l’efficacité de l’épuration postérieure. Par exemple, une collecte et une évacuation sensées de certains rejets peut éviter de diluer les rejets avec des eaux non polluées. Enfin, une dernière action concerne la collecte et l’élimination spécifique de certains bains comme les bains fortement acides (démétallisations, égouttures) et les bains de dégraissages qui posent de nombreux problèmes. Le choix peut alors se porter soit vers un prétraitement interne (cassage chimique des bains, utilisation de systèmes de déshuilage ou de centrifugation, etc.) soit vers une élimination externe. Par exemple, l’envoi des bains fortement concentrés en centre collectif de traitement de déchets est un moyen, certes coûteux mais efficace pour résoudre les problèmes de DCO élevées.

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Toutes ces actions en amont permettent de diminuer les volumes d’eau, de recycler des quantités d’eau, et d’améliorer également le fonctionnement de la station d’épuration et notamment ses coûts d’exploitation (réduction des quantités de réactifs et des boues produites). En effet, tout ce qui peut être éliminé en amont aura une influence positive sur le fonctionnement de la station. L’exemple le plus connu est celui de l’effet de la DCO sur l’étape de floculation : plus la DCO est élevée, plus l’efficacité de la floculation diminue. Enfin, la prévention des pollutions accidentelles doit être également prise en compte.

4.2.OPTIMISATION PHYSICO-CHIMIQUE

Les traitements physico-chimiques dans une station de décontamination sont difficiles à maîtriser car les débits et les flux polluants sont fortement variables à la fois en qualité et en quantité. Les stations en traitement continu sont, en général, figées c’est-à-dire que les conditions de réaction utilisées dans chaque étage de traitement n’évoluent pas en fonction de la concentration des polluants entrants. Or, dans toute étape de traitement, les conditions de réaction comme le pH optimal, les volumes de réactifs utilisés, le temps de contact ou de séjour minimal, ou encore l’ordre des étapes doivent être optimisés. En effet, différentes études publiées dans la littérature (Charles et al., 2010 ; Trunfio et Crini, 2010 ; Boeglin, 2002) montrent qu’il est nécessaire est indispensable d’optimiser les différentes étapes présentes dans une station physico-chimique pour non seulement réduire davantage les flux de polluants rejetés mais également avant d’envisager l’ajout d’un traitement de finition comme l’adsorption ou l’osmose inverse. Par exemple, Trunfio et Crini (2010) ont récemment montré que l’optimisation de l’étape de déchromatation permet non seulement d’éliminer plus efficacement les Cr(VI) mais également d’économiser des quantités importantes de réactifs. Un autre exemple concerne l’optimisation de l’insolubilisation afin de diminuer les excès de réactifs de détoxication utilisés et donc de diminuer la présence d’ions sodium ou des surplus de floculant issus de la précipitation.

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4.3.QUELLE ÉTAPE DE FINITION CHOISIR ?

De plus en plus, les industriels s’orientent vers des méthodes tertiaires de finition pour compléter leur station de décontamination. Cependant, le problème qui se pose est le choix de cette étape de finition (Figure 22). Parmi les méthodes utilisées, l’adsorption liquide-solide occupe une place de choix comme nous allons le décrire dans la prochaine partie.

Figure 22. Schéma de principe d’une station de traitement physico-chimique sans (à gauche) et avec (à droite) une étape de finition.

Stockages des effluents Prétraitement Insolubilisation chimique Étape de séparation Rejet dans le milieu Stockages des effluents Prétraitement Insolubilisation chimique Étape de séparation Rejet dans le milieu Étape de finition ?

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Le principe du traitement par adsorption est de fixer les polluants sur un matériau adsorbant. L’adsorption est un procédé de séparation c’est-à-dire un simple transfert de masse à partir de la phase liquide vers la surface du solide qui repose sur la propriété qu’ont les solides en général de fixer sur leur surface certaines molécules, macromolécules et ions, ou certains gaz.

L’adsorption liquide-solide est un processus de partage du ou des polluants, que l’on appelle adsorbat, entre la solution aqueuse (dans notre cas, l’effluent industriel) et un matériau appelé adsorbant ou bio-adsorbant. Le terme bio-adsorbant est réservé à des solides issus du monde du vivant comme des biopolymères ou de la biomasse.

L’adsorption est une technique de décontamination non destructive basée sur une adsorption sélective (thermodynamique et/ou cinétique) des substances polluantes par l’adsorbant grâce à des interactions spécifiques entre la surface du matériau adsorbant et les polluants adsorbés. Les interactions entre adsorbant et polluant(s) peuvent être de nature électrostatique, et donc les interactions sont faibles et réversibles : on parle alors de physisorption par opposition à la chimisorption, phénomène généralement irréversible qui fixe, par liaison covalente, le(s) polluant(s) à l’adsorbant. Les charbons sont les adsorbants conventionnels les plus utilisés industriellement car ils possèdent d’excellentes propriétés texturales et physico-chimiques qui permettent d’expliquer leur excellent pouvoir d’adsorption.

Dans cette partie, nous allons décrire le phénomène de l’adsorption liquide-solide (chapitre 1), les propriétés des charbons et des autres adsorbants non-conventionnels comme l’amidon (chapitre 2 et 3). De nombreux exemples tirés de la littérature illustrent l’intérêt de la bio-adsorption dans le traitement des eaux, et en particulier celui des biopolymères (chapitre 4).

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