Contraintes liées à l'origine de l'eau
Le prix de l'eau de ville ne fait qu'augmenter. La qualité des eaux de rivières impose à l'industriel de réaliser un traitement complémentaire plus ou moins poussé.
Les eaux de forage sont généralement de bonne qualité et peu taxées mais le sixième plan des Agences de l'Eau prévoit une augmentation de ces taxes.
Contraintes liées aux rejets
Pour ses effluents, l'industriel paie une taxe d’assainissement à la municipalité qui traite ses effluents et une taxe de rejet à l'Agence de l'Eau. Là encore, il faut prévoir une augmentation substantielle de cette taxe au cours du sixième plan des Agences de l'Eau.
D’autre part, la nouvelle directive européenne impose aux industriels du secteur des industries alimentaires un degré de fiabilité d’exploitation des installations très élevé pour les stations d'eaux résiduaires (de 87 à 93 % d’échantillons bons au cours de l'année).
Certains décrets préfectoraux imposent une qualité de rejet telle que l'industriel pourrait réutiliser une partie de ces effluents en usine.
Le concept de gestion globale des eaux
Face à ces contraintes, le recyclage de tout ou partie des effluents permet à l’industriel :
- - de minimiser son coût global de l'eau (appoint + rejet),
- - de s'affranchir de son environnement au sens large du terme.
Il faut donc voir le problème de l'eau sur un site industriel dans sa globalité, en incluant dès la conception de l'usine les différentes possibilités de recyclage.
Pour permettre un recyclage optimal, il faut en effet éviter de mélanger les effluents qui, une fois dilués, représentent un débit trop important pour être traités de façon économique.
La pollution est traitée au point de production et non plus au « bout du tuyau ». Néanmoins, le recyclage nécessite une très bonne connaissance des procédés de fabrication afin de répondre aux questions fondamentales :
- - où traiter ?
- - vers quel atelier recycler ?
- - quelle va être l'influence du recyclage sur la qualité finale des produits ?
Un outil fiable pour permettre le recyclage d'effluents dans le cas où ceux-ci sont biodégradables est le Bio-Réacteur à Membrane, une technologie innovante en ERI, qui met en œuvre des technologies et matériels récents et performants.
Le Bio-Réacteur à Membrane
Le Bio-Réacteur à Membrane est une installation d’épuration réalisant en continu deux fonctions dissociées physiquement en deux lieux :
- - une fonction d’épuration dans le Bio-Réacteur,
- - une fonction de séparation dans le Bloc Membrane.
Ainsi, l'élimination des pollutions dissoutes et particulaires permet d'obtenir une eau traitée d’excellente qualité pouvant être réutilisée pour un certain nombre d’applications.
Le Bio-Réacteur
Le Bio-Réacteur est le lieu de la dégradation biologique de la pollution. C’est un réacteur biologique dans lequel se développe une biomasse adaptée de micro-organismes. Ceux-ci dégraderont la pollution dissoute de l’effluent, grâce à l’apport d’oxygène par le système d’aération.
L'aération
Le Bio-Réacteur présente un meilleur transfert d’oxygène que les bassins d’aération classiques pour plusieurs raisons :
• forte hauteur d’eau augmentant le temps de contact et donc d’échange et de diffusion de l’air dans l’eau,
• l’alimentation par des réacteurs statiques immergés qui diffusent de très fines bulles, augmentant encore les surfaces d’échange air/eau,
• asservissement des surpresseurs d’air par des sondes d’oxygène dissous et de Redox qui limitent les consommations en énergie.
Les conditions de fonctionnement du Bio-Réacteur (forte charge volumique) font que celui-ci occupe un faible volume et surtout un très faible encombrement au sol.
Le système de filtration
La première étape (le Bio-Réacteur) sert à dégrader la pollution, digérée par les bactéries. La deuxième importante étape du traitement de l’effluent est la séparation de l’eau traitée de la boue.
En effet, eau et boue sont intimement mélangées sous forme de boue biologique. Leur séparation va se faire grâce aux membranes.
Le gavage
La pompe de gavage alimente le bloc membrane en liqueur mixte (effluent + boue biologique) et permet une mise en pression du système.
La recirculation du concentrat
L’effluent qui arrive dans les membranes est riche en biomasse : c’est le concentrat. Il subit une filtration tangentielle par une recirculation intense en boucle fermée. Cette recirculation va permettre la filtration du concentrat à travers la membrane, en limitant le colmatage grâce à la vitesse de balayage.
Le bloc membrane
Les membranes peuvent être minérales ou organiques et de type micro- ou ultrafiltration.
La membrane joue ici le rôle de filtration du concentrat. Elle est une barrière physique infranchissable aux particules de taille supérieure au seuil de coupure choisi (en général inférieur à 0,1 micron, dans la zone micro-filtration / ultrafiltration). Aucune particule, et notamment aucun micro-organisme (bactéries...) ne peut donc se retrouver dans le perméat.
Le poste de Nettoyage En Place
Le poste de Nettoyage En Place permet le lavage et le rinçage des membranes. Il est automatisé et alimenté par les bâches d’acide et de base.
La séquence de lavage se déclenche et se réalise automatiquement. Les réactifs acide et basique s’autoneutralisent et sont renvoyés en tête de station.
BRM et station classique « équivalente »
Pour obtenir les mêmes résultats (en MeS et DCO) que le BRM, la station classique « équivalente » multiplie les postes (bassin aéré + clarificateur + flottateur + filtre à sable + filtre à charbon...), et donc les sources de problèmes tout au long de la chaîne (surveillance, exploitation, pannes, etc.).
Les avantages du BRM sur une station classique sont essentiellement :
• la sécurité (la membrane est une barrière physique infranchissable),
• le nombre d’éléments réduit au minimum dans la séquence de traitement,
• la souplesse de fonctionnement (bioreacteur et bloc membrane peuvent être découplés très facilement),
• la souplesse d’exploitation (automatisation, tuyauteries et vannes, biologie...).
Station classique / BRM
Débit d’eau traitée : 500 m³/j / 500 m³/j
Pollution en DBO5 : 1 555 kg/j / 1 500 kg/j
Recyclage d’eau traitée : 0 m³/j / 400 m³/j
Débit consommé par l’usine : 500 m³/j / 100 m³/j
Volume d’aération : 4 300 m³ / 600 m³
Surface totale au sol de la station : 1 300 m² / 260 m²
DCO de l’eau traitée : 90 mg/l / 50 mg/l
DBO5 de l’eau traitée : 30 mg/l / 5 mg/l
MES de l’eau traitée : 30 mg/l / 0 mg/l
BRM + NF
Prélèvement de l’eau dans le milieu : 0 m³/j
Consommation d’eau potable : 40 m³/j
Rejet au milieu : 40 m³/j
DCO rejetée dans le milieu : 7 kg/j
MeS rejetées dans le milieu : 0 kg/j
acceptant mieux les à-coups de charges),
• la compacité.
Dans une station classique, le clarificateur est le facteur limitant. Pour le BRM, la gestion de la biomasse est indépendante de celle des problèmes hydrauliques.
Le clarificateur entraîne des risques de rejet de MeS, de prolifération de bactéries filamenteuses (surtout avec des effluents très biodégradables) et nécessite donc une surveillance accrue et des traitements tertiaires de sécurité (flottateur) et consommateurs de réactifs (chlorure ferrique, charbon actif, etc.).
[Photo : Le Bio-Réacteur à Membrane.]
Application avec possibilité de recyclage par nanofiltration
L’exemple d’une laiterie
Laiterie : 500 m³/j – 1 500 kg DBO5/j. Recyclage d’eau dans l’usine : 350 m³/j, soit 70 %.
Les rejets vers le milieu récepteur sont donc considérablement diminués par rapport à une station de boues activées classiques :
• en quantité : diminution de 70 % des rejets grâce aux réutilisations d’eau traitée pour premiers lavages et rinçages dans l’usine. Par conséquent, on a aussi une diminution de 70 % des prélèvements en eau sur le milieu naturel,
• en qualité : zéro MeS et diminution de 90 % des flux de DCO et DBO5 rejetés au milieu récepteur.
Le recyclage de 70 % peut passer facilement à près de 100 %, par l’ajout d’un système de nanofiltration (NF) après le BRM.
En effet, l’excellente qualité de l’eau traitée (pas de MeS) rend inutile tout prétraitement avant nanofiltration ou osmose inverse. Il suffit de réaliser une simple nanofiltration (basse pression, petit débit) sur le volume d’eau que l’on souhaite utiliser pour des usages nobles.
Ainsi, le BRM traitera 100 % du débit et la nanofiltration seulement 30 %. Bien sûr, une purge de sel sera nécessaire, mais celle-ci représente un débit négligeable.
Conclusion
Le Bio-Réacteur à Membrane est une première démarche vers l’usine propre du futur ; il amène l’industriel à une réflexion globale sur la gestion de l’eau dans l’usine, à repenser ses circuits d’eau et à modifier ses comportements.
La grande fiabilité de fonctionnement du BRM et l’excellente qualité de l’eau traitée autorisent le bouclage d’une majeure partie des circuits d’eau ; le BRM protège donc le milieu récepteur par un prélèvement d’eau et un flux polluant rejeté diminués.
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