Traitement des effluents liquides et récupération du surfactant

5.2.1. Protocole du traitement par ultrafiltration

Les effluents liquides pollués issus du lavage du sol avec le surfactant LB (P2 et P3) et du rinçage à l’eau (P4) ont été traités avec 8 membranes en PES tubulaires KOCH (2,54 cm de diamètre, 3 m de longueur) de SC égal à 100 kDa (taille de pores estimée à 7,3 nm d’après des données Orelis fournies en correspondance privée) et montées en série sur un module industriel (Figure 38). Chaque membrane offre une surface filtrante de 0,2 m2_{. Le module}

industriel utilisé est équipé de cuves de travail et de lavage, de trois pompes (travail, lavage, alimentation), d’un châssis pour supporter les membranes, d’une armoire électrique, d’un jeu de vannes pour régler la PTM, de manomètres, d’un débitmètre sur le rétentat, et d’un thermomètre. Des sondes de niveaux et une sonde thermique sont présentes pour éviter d'endommager les membranes et les pompes en cas d'anomalies de fonctionnement :

- Arrêt de la pompe en cas d'augmentation excessive de la température,

- Arrêt de la pompe en cas de niveau d'effluent trop bas dans la cuve de travail ou de lavage suivant le mode.

Le débit de recirculation est d’environ 10 m3 h-1. La filtration a été menée à une PTM égale à 2,5 bar.

Figure 38 : Module d’ultrafiltration Koch.

Les taux d’abattement des TPH et de récupération de LB dans les filtrats d’UF ont été suivis tout au long du traitement des lixiviats. De plus, un pré-traitement avec 2,6 kg de KMnO4 a été réalisé sur 1,3 m3 de concentrat d’UF. Pour effectuer ce pré-traitement, nous

avons suivi le même protocole expérimental que celui mis au point au laboratoire (c.f § 6.2.1.1). Le pH du concentrat a été réajusté à environ 2 en utilisant 1,5 l d’acide sulfurique concentré (98 %). Le permanganate a été ajouté dans le concentrat par portions de 20 g toutes les dix minutes et dissout à l’aide d’un mélangeur-malaxeur. Après environ 2 h de mélange, la suspension a été laissée au repos pendant une nuit. Les ions Mn2+ formés ont été oxydés en MnO2 (Mémento technique de l’eau, 2005) par oxydation avec un bullage à l’air comprimé

Le pouvoir calorifique interne (PCI exprimé en Thermie/tonne de solution) a été également mesuré dans les concentrats et surconcentrats afin d’évaluer leur capacité calorifique en vue de leur valorisation énergétique (cf. annexe 16).

5.2.2. Résultats et discussion

La Perméabilité (P) de la membrane à 2,5 bar et la rétention des TPH (RTPH) obtenues

au cours du traitement des lixiviats par UF sont présentées sur la Figure 39. On observe sur toute la première partie relative au traitement direct des lixiviats (notée LS) une augmentation de la perméabilité (de 1,22 à 2,3 ´ 10-5 m s-1 bar-1) qui provient du nettoyage des membranes initialement conditionnées dans un module mal lavé; le surfactant présent dans les lixiviats de sols a permis de dissoudre la graisse fixée sur les membranes. Une perméabilité moyenne d’environ 1,83 ´ 10-5 m s-1 bar-1 a été enregistrée sur cette partie. Une fois les membranes nettoyées (i.e. après la première vidange à 0,8 m3, notée PC), on observe sur cet effluent de faibles chutes de perméabilité et sa stabilisation à environ 80 % de la perméabilité maximale (2,3 ´ 10-5 m s-1 bar-1). L’UF a été utilisée pour concentrer l’ensemble des effluents produits sur le site, et un bio-réacteur avait été évalué lors des essais. Deux pertes sévères de perméabilité ont été observées durant le traitement des effluents liquides. Elles correspondent à la concentration de boues activées dopées avec du fer(III) particulaire (partie notée BS), puis à la sur-concentration des surnageants issus de l’oxydation chimique des concentrats d’UF (partie OC). Une chute rapide de 38 % de la perméabilité a été enregistrée lors de la filtration de 1,2 m3 de boue activée. Le rinçage des membranes n’a permis qu’une récupération de 20 % de la perméabilité initiale. Une seconde perte de perméabilité considérable (60 %) est observée lors de la concentration (par un facteur 6,2) des 1,3 m3 de concentrat pré-traités par oxydation; la perméabilité a chuté à 6,97 ´ 10-6 m s-1 bar-1. Une procédure complète de lavage chimique (100 l à pH 2 ajustés avec HNO3 70 % suivis de 100 l à pH 10 ajustés avec NaOH 5

M et 100 l de ClO- _{à 50 mg l}-1_{) a permis de récupérer intégralement la perméabilité}

maximale. On a observé qu’une bonne partie du colmatage (~ 58 %) a pu être éliminée par redissolution en milieu acide de constituants tels que Fe(III) et Mn. Le reste a été éliminé lors du lavage en milieu alcalin. Une rétention des TPH très élevée (99-99,9 %) et stable a été enregistrée sur l’ensemble du traitement des effluents liquides, à l’exception du traitement par boue activée où la rétention a chuté à 98,5 % suite à une forte réduction de surfactant. Pour la partie traitement des lixiviats, on observe que cette rétention chute légèrement avec l’augmentation de la concentration; elle passe de 99,8 à 99,4 % lors de la concentration du

lixiviat par un facteur 10. On observe aussi une chute de rétention de 99,9 à 98,9 % lors de la sur-concentration (par un facteur 6,2) des concentrats après OC.

Figure 39 : Variation de la perméabilité (P) (■) et de la rétention des TPH (o) au cours du traitement des effluents. PC : évacuation du concentrat et lavage avec du perméat; LS : lixiviat de sol; BS : boue activée; OC : concentrat pré-oxydé; CC : lavage chimique, Vtang =

7,1 m s-1.

L’abattement des TPH et la récupération de LB lors du traitement des concentrats d’UF (concentrés par un facteur de 6,2) sont présentées dans le Tableau 9. L’abattement global des TPH par cette filière (oxydation/décantation puis UF) est de 99,3 %. Toutefois, la concentration des TPH dans les eaux traitées reste élevée (15 mg l-1). Elle est environ 17 fois supérieure à celle dans les lixiviats ultrafiltrés. On observe que l’abattement des TPH par oxydation/décantation + UF est significativement plus faible que celui obtenu par un traitement direct d’UF (99,8 %). Ceci provient de la réduction importante de la taille des

Concentrats d’UF Après oxydation et décantation Après UF seule Après Oxydation/décantation + UF TPH (mg l-1) 2186 192 0,9 15 Taux d’Abattement (%) - 91,2 99,9 99,3 [LB] (mg l-1) 34615 10707 3081 9243 Taux de Récupération (%) - 30,9 8,9 26,7

Tableau 9 : Taux d’abattement des TPH et taux de récupération de LB lors du traitement des concentrats d’UF par oxydation/décantation, UF seule et oxydation/décantation + UF.

Au total, 3,75 m3 de lixiviats ont été traités par UF. En considérant l’ensemble des effluents produits (lixiviats, concentrats après oxydation, effluents sortant du bassin biologique, lavages), 5,32 m3 ont été traités par UF. Le volume final d’effluent obtenu a été de 330 l, soit une réduction de volume par un facteur 16. Les facteurs de concentration maximums ont été de 10 sur les lixiviats et de 6,2 sur les concentrats. On note cependant que pour le traitement direct des lixiviats, on n’a jamais observé de fortes chutes de perméabilité. On pourrait donc atteindre des facteurs de concentration de 62 avec ce seul outil. L’effluent le plus difficile à traiter est celui obtenu après oxydation par le permanganate, lequel nécessite une bonne élimination du manganèse.

Le PCI a été mesuré pour les concentrats et sur-concentrats d’UF afin d’évaluer leur intérêt en récupération énergétique par incinération en cimenterie. En effet, de plus en plus de cimenteries sont agréées pour l’incinération des effluents industriels et sont assignées à cette tâche pour réduire les quantités stockées en décharge. La conversion énergétique d’effluents industriels peut, dans le contexte actuel, constituer un véritable gain économique avec un coût estimé à 15 € tonne-1 contre 400 pour du fioul. En amont des cimenteries, on trouve des plate- formes qui préparent les combustibles liquides par formulation des effluents industriels pour atteindre les bons paramètres permettant l’incinération. C’est dans ce contexte que nous avons mesuré les valeurs de PCI pour l’effluent mélangé avec 50 % d’éthanol. Ces valeurs sont de 28, 33,7, 28,5 et 29,7 MJ kg-1 pour l’éthanol à 95 %, et les mélanges volumique 50/50 (v/v) concentrat-éthanol, concentrat pré-oxydé-éthanol et sur-concentrat d’UF-éthanol,

respectivement. On constate que ces concentrats sont donc intéressants pour une conversion énergétique.