Dans les ateliers de mécanique et de travail des métaux, la plupart des phases de production sont à l’origine d’effluents aqueux chargés en DCO, avec pour les cas les plus classiques :
- l’usinage de pièces conduisant à des eaux de lavage chargées en huiles de coupe et huiles de protection ;
- la préparation de surface avec, pour constituant actif des bains de dégraissage et de décapage, des solvants, tensio-actifs, acides organiques,… ;
- les dépôts métalliques, pour lesquels la DCO trouve son origine dans l’utilisation d’activateurs, de catalyseurs, de brillanteurs, de mouillants, d’agents réducteurs minéraux ;
- les dépôts non métalliques : cataphorèse, peinture avec ou sans solvant ;
- les opérations de développement et/ou de strippage dans la fabrication de circuits imprimés ;
- le contrôle final non destructif (produits de ressuage).
Aujourd’hui, la réduction des consommations d’eau imposée par la réglementation entraîne une augmentation notable des concentrations dans les effluents générés. Concernant les ateliers de traitements de surface, l’arrêté du 26 septembre 1985 limite le rejet en milieu naturel à 150 mg/l de DCO alors que certains ateliers peuvent produire des effluents contenant plus de 1000 mg/l.
Cette pollution organique, présente sous diverses formes, peut être caractérisée par :
- sa solubilité : la DCO insoluble est éliminable par simple séparation, alors que la partie soluble nécessitera un traitement plus élaboré ;
- sa biodégradabilité : la fraction biodégradable est traitable par voie biologique ou physico-chimique. Pour la fraction dite « dure », il faudra nécessairement envisager une oxydation par voie chimique.
Pour l’industriel confronté à la mise en conformité de ses rejets en matière de DCO, plusieurs solutions doivent être envisagées dans le cadre d’une étude technico-économique :
- stockage des effluents à forte concentra
tion organique pour enlèvement et destruction en centre agréé. Une concentration du flux est alors souvent nécessaire afin de limiter le volume à faire enlever, avec mise en œuvre de technologies telles que l’évapo-concentration ou l’ultrafiltration.
- - rejet d'un effluent conforme aux valeurs limites après traitement d’élimination de la DCO, réalisé sur site, par voie physico-chimique ou biologique.
Concentration du flux polluant
Évapo-concentration des effluents
L’évaporateur permet de séparer la solution en deux phases liquides : d’une part le concentrat, à diriger en centre agréé pour incinération ou traitement physico-chimique, d’autre part le distillat qui, selon les cas, peut être :
- - recyclé en tant que rinçage ;
- - rejeté directement si sa composition l’autorise ;
- - dirigé vers la filière générale d’épuration de l’usine.
Hytec Industrie développe les applications de ce procédé, notamment dans l’élimination d’hydrocarbures. La technologie d’évaporation la plus couramment utilisée en mécanique et traitement de surface, intègre une pompe à chaleur, avec des appareils présentant un bon rapport technico-économique jusqu’à une capacité maximum de l’ordre de 500 l/h.
[Photo : Évaporateur sous vide : pour une concentration maximale du flux polluant]
Le recours à des fluides thermiques produits sur site (vapeur, eau chaude, eau froide) s’avère également avantageux, qui plus est pour des débits supérieurs. Dans le cas d’effluents non corrosifs, et lorsque l’évaporation à haute température n’est pas préjudiciable à la qualité du condensat, la compression mécanique de vapeur apporte une réponse économique en termes de consommation d’énergie, notamment pour des débits importants (voir tableau ci-dessous).
Ultrafiltration
Cette technique membranaire, couramment utilisée pour déshuiler les effluents et en particulier les bains de dégraissage, permet également de séparer sélectivement les macromolécules organiques d'une solution, très souvent responsables d’une forte DCO. C’est le cas des effluents provenant des opérations de développement et de strippage de film dans l’industrie du circuit imprimé qui présentent fréquemment une DCO de plusieurs dizaines de g/l et pour lesquels Hytec Industrie installe des skids d’ultrafiltration permettant de réduire de 15 à 20 fois le volume d’effluent à traiter en centre spécialisé et d’abattre la DCO dans l’effluent rejeté jusqu’à une valeur compatible avec les normes de rejet.
[Photo : Ultrafiltration : séparer les macro-molécules d’une solution avant recyclage ou rejet]
Traitement de la DCO sur site
Traitements physico-chimiques
Séparation statique
Les déshuileurs installés sur le rejet ou les
Exemples de couplage de technologies sur effluents huileux
Effluents à traiter :
- - DCO : 50 000 mg/l
- - HCT : 15 000 mg/kg
Sortie déshuileur :
- - DCO : 30 000 mg/l
- - HCT : 7 500 mg/kg
Sortie évaporation :
- - DCO : 300 mg/l
- - HCT : 25 mg/kg
Sortie physico-chimique :
- - DCO : 80 mg/l
- - HCT : < 2 mg/kg
[Photo : Oxydation chimique : éliminer la fraction “dure” de la DCO]
Les bacs de décantation peuvent permettre la mise en conformité du rejet, dans le cas où la fraction soluble est faible par rapport à la fraction facilement relargable. Simples d’exploitation, ces appareils sont le plus souvent utilisés en pré-traitement, en amont des autres procédés.
Coagulation
La mise en œuvre d'une phase de coagulation en première étape d'une station de détoxication physico-chimique améliore notablement l’abattement de la DCO soluble.
Cette coagulation est réalisée à pH acide, par injection volumétrique d'un coagulant minéral à base de fer ou d’aluminium.
Le taux d’élimination est variable suivant les ateliers et le plus souvent compris entre 30 et 60 %.
Oxydation chimique
L’oxydation de réducteurs minéraux (type phosphites) présents dans quelques effluents de traitement de surface est obtenue par oxydation à l’eau de Javel, à pH régulé.
Pour oxyder les composés organiques responsables de DCO, l’eau oxygénée catalysée offre une réponse efficace ; le couplage le plus utilisé est le réactif de FENTON : eau oxygénée + sels de fer ferreux.
Ce procédé est mis en œuvre, le plus souvent, en traitement discontinu, par réalisation de “bachées” au cours desquelles la réaction est obtenue par injection volumétrique d'eau oxygénée et de solution de sulfate ferreux en milieu acide.
Après oxydation, les effluents sont neutralisés et floculés pour précipiter le fer. Les boues décantées seront ensuite déshydratées sur filtre presse.
Traitement sur charbon actif ou sur résine adsorbante
Cette technologie est appliquée lorsque l'on est en présence d’un effluent peu chargé en DCO. Exemples : piégeage de colorant ou de produit de ressuage, polissage d’effluents pré-traités.
L’effluent est traité par passage sur des colonnes contenant du charbon actif en grain. Après saturation, celui-ci sera soit éliminé en centre agréé, soit régénéré in situ si cette opération se révèle économiquement justifiée. Des essais préalables doivent être menés sur chaque type d'effluent afin de valider le rendement d’élimination, le type de charbon à mettre en œuvre et sa capacité d’adsorption.
Il existe également des résines adsorbantes, de type copolymère réticulé, capables de retenir les matières organiques. Des essais préliminaires sont indispensables pour déterminer les conditions opératoires et évaluer les performances de la résine.
Traitement biologique
Après élimination des toxiques, la DCO résiduelle contenue dans les effluents générés par les ateliers de mécanique ou de travail des métaux peut être en grande partie dégradée par voie biologique. Un test préalable de biodégradabilité, éventuellement suivi d’un essai pilote sur site, permet de définir les rendements épuratoires et de dimensionner l'unité industrielle. À ce stade est également déterminé le type de nutriment (accélérateur de croissance bactérienne) qu'il convient d’ajouter à l’effluent, ceci afin d’augmenter le rendement de la biomasse pour :
- obtenir un rendement maximum de dégradation ;
- mieux supporter les chocs toxiques éventuels ;
- obtenir une meilleure clarification de l'effluent traité ;
- favoriser l'apparition des protozoaires.
Les installations mises en œuvre à ce jour sont du type réacteur biologique à biomasse fixée, fonctionnant à faible ou forte charge suivant le flux entrant, le positionnement dans la filière globale d’épuration et la qualité escomptée du rejet.
Des rendements épuratoires de 80 % sont obtenus sur des effluents préalablement déshuilés, provenant d’opérations de lavage de pièces de moteurs et de carrosseries.
Nécessité d’une étude technico-économique préalable
La diversité des effluents produits dans un atelier de mécanique ou de travail des métaux nécessite de réaliser un inventaire détaillé de l'ensemble des activités à l’origine d'un rejet. À partir de cet état des lieux, chacun des procédés envisageables fera l’objet d’une validation technique et d'une approche économique, tant en termes d’investissement que d’exploitation.
La solution retenue peut avantageusement nécessiter un couplage de procédés.
Ainsi, dans plusieurs cas, un pré-traitement des effluents huileux de l'ensemble de l’usine, par évapo-concentration avec enlèvement des concentrats produits et injection du distillat dans une filière physico-chimique, a permis de satisfaire aux normes de rejet en milieu naturel.
Oxydation chimique - Exemples d’application
Activité : Tribofinition + dégraissage
DCO avant traitement en mg/l O₂ : 1 000 à 1 400
DCO en traitement en mg/l O₂ : < 100
Limite autorisée en mg/l O₂ : 150
Activité : Chimie
DCO avant traitement en mg/l O₂ : 700 à 800
DCO en traitement en mg/l O₂ : < 150
Limite autorisée en mg/l O₂ : 150
