Le traitement biologique des rejets des industries de l'ennoblissement textile

Ils n'apparaissent pas a priori comme étant des solutions de traitement bien adaptées pour assurer la dépollution des rejets des Industries Textiles, dont la grande diversité se répercute évidemment sur la nature et la quantité de la pollution rejetée, mais aussi sur la variabilité des polluants (dont certains peuvent présenter un caractère toxique), leur concentration et enfin leur biodégradabilité, qui doit être considérée comme moyenne, si l'on se réfère au rapport DCO/DBO, qui fluctue en général entre 2,5 et 4.

Les expériences françaises et étrangères dans le domaine de l'épuration biologique des effluents considérés étaient rares, et il faut bien le dire, au départ peu concluantes. En effet, les performances épuratoires étaient relativement médiocres :

• * rendements d'élimination de la DCO et DBO, limités à 60-70 %;
• * teneur élevée en MES de l'eau traitée par suite de l'entraînement de fines de boues biologiques ;
• * décoloration insuffisante des effluents.

On peut les expliquer par :

• — la présence de composés toxiques (sulfures, chromates...) dans les effluents qu'il convenait impérativement de détoxiquer,
• — mais surtout certaines difficultés d'exploitation liées à la médiocre décantabilité des boues biologiques dues à leur tendance à la défloculation que l'on peut attribuer aux teneurs élevées en tensio-actifs des effluents à traiter, par ailleurs généralement carencés en nutriments (azote et phosphore).

La tendance était donc d'abandonner ces procédés d'épuration rustiques au profit des traitements physiques (adsorption sur charbon actif, évaporation, oxydation catalytique...) ou physico-chimiques (coagulation, floculation, décantation) considérés a priori comme étant plus fiables, voire plus efficaces.

Les essais pilote de traitement conduits dans l'Est sous l'égide de l'Agence de Bassin « Rhin-Meuse » et du C.R.T.M. sur les effluents textiles des deux usines de Saint-Amarin et Wesserling, ont conduit à lever bien des réserves techniques et les résultats obtenus ont même abouti à écarter certaines filières de traitement que l'on croyait très prometteuses. Il est apparu en particulier que sur le plan technico-économique, le traitement biologique gardait tout son intérêt, à condition de l'adapter aux effluents textiles à traiter,

• — en limitant les fluctuations importantes de débit, de charge et de pH (nécessité d'une homogénéisation et d'une neutralisation des effluents) ;
• — en procédant au prétraitement des rejets susceptibles de contenir des produits toxiques susceptibles de perturber l'épuration biologique (oxydation catalytique des sulfures, réduction des chromates, etc.) ;
• — enfin, en maîtrisant mieux la conduite de l'épuration biologique dont les performances pourront être améliorées, en fonction des objectifs fixés pour le rejet, par un post-traitement d'affinage.

* Institut de Recherches Hydrologiques.

permettant de pousser plus loin l'élimination de la coloration et de la DCO résiduelle de l'eau traitée.

Nous allons procéder, dans le cadre de cet article, à la description de deux stations d'épuration française qui peuvent être considérées comme des références en la matière :

• la station des Établissements BARBRY CAMBRON (Pas-de-Calais), réalisée par la Société DEGREMONT, en fonctionnement depuis fin 1975,
• et la station des Établissements STEINHEIL-DIETERLEN (Bas-Rhin), dont le schéma de traitement a été défini courant 1979 par les Bureaux d'Études associés de l'I.R.H. NANCY et du B.E.F.S., et dont la réalisation a été confiée, après concours, à la Société DEGREMONT.

STATION DES ÉTABLISSEMENTSBARBRY CAMBRON

1. Activité de l'usine.

Cette usine peut être considérée comme un cas classique de l'ennoblissement textile. Elle traite environ 20 t/j de tissus en fibres naturelles (coton surtout) et synthétiques (tergal, nylon, polyester). Environ deux tiers des tonnages blanchis sont teints ou imprimés.

Les principaux ateliers sont ceux :

• de blanchiment (procédés à l'hypochlorite et au peroxyde d'hydrogène) ;
• de teinture en pièces (employant des colorants réactifs, dispersés et de cuve) ;
• d'impression sur toile (colorants pigmentaires) ;
• des apprêts.

2. La pollution.

Le débit des effluents est de 2 500 m³/j, soit environ 120 m³ par tonne de fibres traitées (5 j/semaine, 16 heures).

La moyenne des différents prélèvements réalisés sur les trois dernières années donne les résultats suivants :

• le rapport DCO/DBO₅ est de l'ordre de 2,6 (variation 2,3 à 3,2).

On notera aussi que :

• l'effluent ne contient pas de toxiques ;
• 70 % des MES sont décantables en 2 heures ;
• l'effluent contient, en outre, les rejets provenant de la station de traitement d'eaux industrielles :
  • boues du Pulsator assurant la clarification,
  • eau de lavage des filtres à sable,
  • boues de décarbonatation,
  • éluats de régénération des adoucisseurs.

3. Schéma du traitement.

La station d'épuration est constituée d'une chaîne de traitement qui comporte les principaux ouvrages suivants :

TRAITEMENT DE L'EAU

Prétraitements :

• dégrillage manuel grossier (grille à barreaux à écartement 20 mm),
• fosse de relevage,
• homogénéisation des effluents au niveau d'un bassin tampon aéré permettant un temps de séjour moyen de 12 heures.

Neutralisation des effluents :

Dans un bassin équipé d'un électro-agitateur et d'un pH-mètre régulateur à deux directions.

Traitement primaire :

Séparation des insolubles (MES T) au niveau d'un décanteur raclé dimensionné sur une charge hydraulique superficielle de 0,5 m³/m².

Traitement secondaire :

• épuration biologique par boues activées à faible charge ;
• bassin d'aération rectangulaire : Charge massique : 0,1 à 0,15 kg DBO₅/kg MS·j Charge volumique : 0,4 à 0,6 kg DBO₅/m³·j Concentration en boues : 4 g/l

Oxygénation de la masse biologique par l'intermédiaire de turbines Actirotor.

• clarification : Après coagulation de la liqueur mixte de boues activées par du sulfate d'alumine (dosage 50 à 150 ppm) dans un décanteur raclé dimensionné sur une vitesse ascensionnelle de 0,5 m³/m²·h.
• comptage de l'eau traitée.

TRAITEMENT DES BOUES

Les boues biologiques en excès sont retournées en homogénéisation en même temps que les boues de traitement des eaux industrielles de l'usine et extraites au niveau du décanteur primaire à des concentrations de l’ordre de 2 % de MS. On procède à leur stabilisation par digestion aérobie, puis à leur épaississement par voie gravitaire.

Les boues d'extraction épaissies à une concentration de 3,5 à 4 % de MS, dont 30 % de MV, représentent un volume hebdomadaire de 30 m³. Aucune déshydratation mécanique n'est réalisée à ce jour sur ces boues qui sont évacuées chaque semaine par une entreprise extérieure.

4. Résultats obtenus.

a) Performances épuratoires.

Le tableau ci-dessous donne les résultats obtenus en valeur moyenne sur les trois dernières années de fonctionnement.

PERFORMANCES

Il convient de noter les rendements d’épuration très satisfaisants obtenus en particulier sur les MeS et la DBO₅, et cela sans adjonction de nutrients, alors qu'une certaine carence en azote des effluents avait été décelée. Ces bons résultats ont pu être obtenus essentiellement grâce à un ajout de sulfate d’alumine à la sortie des bassins d'aération, de façon à corriger la tendance à la défloculation des boues activées, à l'origine des difficultés de décantation (fuite de fines à la surverse du clarificateur) voire de l'impossibilité sur certaines stations d'obtenir plus de 1 à 2 g/l de MeS dans la liqueur mixte en aération.

Sur cette installation, l'utilisation de sulfate d’alumine a permis non seulement de maintenir une bonne décantabilité de la boue biologique (indice de Mohlman IM ~ 100) mais d’obtenir une élimination satisfaisante de la coloration des effluents. Il s'avère en effet que le floc d'hydroxyde d’aluminium formé contribue à la floculation, voire à l'adsorption des colorants qui échappent à la dégradation biologique (ce qui est le cas le plus général). Les rendements de décoloration obtenus varient beaucoup avec la nature du colorant utilisé. Les mesures au platine-cobalt donnent des décolorations qui oscillent entre 70 et 95 %.

b) Frais d’exploitation.

Nous récapitulons les coûts d'exploitation annuels 1980 dans le tableau ci-après.

ce qui représente : 0,64 F/m³ (évacuation des boues non incluse) ou : ~0,6 F/kg DCO éliminée.

STATION DES ETABLISSEMENTS STEINHEIL - DIETERLEN

1. Fabrications de l’usine.

L'usine des Établissements STEINHEIL-DIETERLEN dite de « Manutention textile » est située à Rothau (67) sur la rive droite de la Bruche. Elle traite des tissus de fibres naturelles, artificielles et synthétiques et plus précisément :

• du coton pur et du mélange coton avec d'autres fibres artificielles et synthétiques ;
• des mélanges de viscose, polyester et des fibres artificielles et synthétiques ne contenant pas de coton.

Le tonnage journalier des matières premières traitées au cours des dernières années varie de 20 à 24 tonnes/jour. Pour le dimensionnement de la station on a tablé sur une production maximale de 28 tonnes par jour.

Les principaux traitements appliqués à l’usine sont :

• le blanchiment,
• la teinture,
• l'impression,
• les apprêts.

D'une manière générale, le traitement des tissus comprend :

• — soit blanchiment + teinture,
• — soit blanchiment + impression.

Une très faible part ne subit que le traitement « blanchiment » et une autre faible part peut subir le traitement « blanchiment + teinture + impression ».

L'usine est en activité continue du lundi matin 5 heures au samedi matin 5 heures. Pendant l'arrêt du week-end, il n'y a pas d'utilisation d’eau et par suite pas d’évacuation d'eaux résiduaires.

D'autre part, l'usine est fermée durant un mois lors des congés annuels.

2. Caractérisation des rejets.

Nature des principaux produits résiduels de fabrication.

Les rejets proviennent des activités « blanchiment ‑ teinture ‑ impression ». On y retrouve essentiellement les produits suivants :

Dans les effluents de blanchiment :

• — les produits d’encollage (colle, produits amylacés),
• — les impuretés du coton (cires, pectines saponifiées ou non),
• — les agents de blanchiment en excès (eau de javel, eau oxygénée, chlorite de sodium),
• — des stabilisants (silicate de soude), du carbonate de soude et des détergents...

Dans les effluents de teinture et d'impression :

• — les colorants en excès : dispersés, pigmentaires, réactifs (anioniques), naphtol et de cuve. Les colorants au soufre sont utilisés en très faible quantité.
• — des produits auxiliaires : épaississement (alginates), white spirit (impression pigmentaire), acides, alcalis, mouillants... sels de fer, chrome et cuivre à l'état de trace.

Composition moyenne de l'effluent global (blanchiment + teinture + impression) rejeté par l’usine.

Elle est fournie par l'analyse détaillée ci-après :

Pollution organique.

(*) Les valeurs entre parenthèses correspondent aux teneurs moyennes de la pollution du rejet global à la sortie des deux bassins de décantation.

Nutrients.

Minéralisation.

Toxiques.

— Métaux : Chrome Cr6+ (mg/l) ... 0,08  
           Chrome Cr3+ (mg/l) ... 0  
           Fer total (mg/l) ..... 1,2  
           Cuivre (mg/l) ........ 0,67  
           Plomb (mg/l) ......... 0,08  
           Zinc (mg/l) .......... 0,85  
— Détergents .................... 7  
— Toxicité Daphnies ............. 1 à 3 équitox/m³  
— Coloration (unité Co-Pt) .... 1 500 - 2 000  

D'une façon générale, l'ensemble des rejets émis par l'usine est caractérisé par sa coloration élevée, ses variations de pH (atténuées par l'homogénéisation des effluents, réalisée actuellement au niveau des deux bassins de décantation) et une minéralisation moyenne.

La pollution en insolubles est relativement faible et presque exclusivement colloïdale, ce qui explique le faible abattement en MES obtenu au niveau des bassins de décantation malgré un temps de séjour des eaux résiduaires d'environ 8 heures.

La pollution organique des effluents résiduaires est notable ; ils présentent un rapport de biodégradabilité DBO5/DCO de 0,25 à 0,3 qui est assez faible, mais sur la base des résultats d'analyse ils semblent renfermer suffisamment d’azote et de phosphore.

3. Traitement de la pollution.

Le dimensionnement des ouvrages de la station d'épuration a été basé sur une production de l'usine de 28 t/jour.

Les données techniques de base du projet sont :

• débit journalier Qj : 3 500 m³/j — soit 124 m³/tonne de tissu ;  
• charges polluantes journalières :  
  DBO5 (kg/j) ..... 1 300 — soit 46 kg/tonne de tissu  
  DCO  (kg/j) ..... 4 845 — soit 173 kg/tonne de tissu  
  MES  (kg/j) .....   476 — soit 17 kg/tonne de tissu  

L'installation de traitement se devait de réduire les flux de pollution spécifique rapportés à la tonne, conformément au contrat de branche établi pour l'industrie textile dans le bassin Rhin-Meuse, soit :

  DBO5 .......... 3 kg/t — soit 84 kg/j  
  DCO .......... 34 kg/t — soit 952 kg/j  
  Coloration ...... 120 unités Co-Pt (200 en pointe)  
  pH .............. compris entre 5,5 et 8,5  
  Teneur en MES ... ≤ 30 mg/l  

4. Schéma de la station de traitement.

Pour atteindre les objectifs visés, le traitement des rejets est réalisé en deux stades :

1re phase : épuration biologique par boues activées selon un procédé en aération prolongée qui devra permettre d'atteindre les performances suivantes :

• réduction de la DBO5 ........ > 93 %  
• réduction de la DCO ......... 80 - 85 %  
• coloration moyenne .......... 300 mg/l de Co-Pt (variable entre 150-600)  

2e phase : traitement de la couleur prévu seulement après la réalisation et le fonctionnement normal de la station biologique, moyennant la mise en œuvre d'un traitement d’affinage de l’eau traitée sur charbon actif ou ozonation.

L'installation de traitement comporte les chaînes de traitement suivantes :

TRAITEMENT DES EAUX

Prétraitements sur le site de l'usine.

— dégrillage grossier,  
— neutralisation et recyclage d'une partie des effluents pour le lavage des doublures, rouleaux d'impression et de la cuisine des couleurs,  

Arrivée effluent à traiter

INSTALLATION STEINHEIL - DIETERLEN

Usine de Rothau (67)

• Neutralisation
• Homogénéisation
• Recyclage des boues
• Épaississeur
• vers boues en excès
• homogénéisation
• eau traitée
• Filtre presse
• Ca(OH)₂
• FeCl₃
• Conditionnement chimique

— relevage et transfert des effluents résiduaires vers la station proprement dite située à 1 km.

Homogénéisation des eaux résiduaires au niveau d'un Bassin Tampon brassé et aéré de capacité 2 000 m³.

Relevage et tamisage des effluents par une grille auto-nettoyante.

Épuration biologique par Boues Activées selon un procédé en aération prolongée.

— Bassin d’aération rectangulaire.

Charge massique... 0,1 kg DBO₅/kg MS·j

Charge volumique 0,35 kg DBO₅/m³·j

Concentration en boues 3,5 g/l

Aération par 3 aérateurs de surface (puissance unitaire absorbée 30 kW) avec automatisation de leur régulation de fonctionnement.

— Dégazage et coagulation de la liqueur mixte de boues biologiques (par sulfate d’alumine au dosage de 100 à 200 ppm) afin d’améliorer leur décantabilité.

— Clarification : au niveau d’un décanteur radial muni d'un entraînement périphérique dimensionné sur une vitesse ascensionnelle de 0,3 m³/m²·h, par rapport au débit moyen horaire.

TRAITEMENT DES BOUES

Épaississement gravitaire des boues biologiques en excès dans un ouvrage cylindro-conique raclé, assurant le stockage des boues pendant 3 à 4 jours et l'obtention pour les purges d’extraction de concentrations en matières sèches de 3 %.

Déshydratation mécanique des boues sur filtre-presse après un conditionnement chimique préalable à raison de 8 à 10 % de FeCl₃ + 15 à 30 % de Ca(OH)₂ rapporté au poids sec de la boue.

Mise en décharge des boues déshydratées dont la siccité moyenne prévue est de 32 ± 2 % de MS.

5. Performances épuratoires.

Après 4 mois d’exploitation, le tableau ci-après résume les performances épuratoires moyennes qui sont obtenues par l’installation.

TRAITEMENT DE L’EAU

TRAITEMENT DES BOUES

Épaississement gravitaire. Concentration en MS des boues épaissies : 3 à 4,2 % de MS.

Déshydratation mécanique sur filtre-presse. — Conditionnement chimique appliqué :     • FeCl₃ : 8 à 12 %     • Ca(OH)₂ : 20 ‑ 25 % rapporté aux MS de la boue — Siccité des gâteaux de filtration : 23 à 27 % de MS.

La station mise en route après les congés d’été reçoit déjà une pollution de près de 75 % de sa charge nominale. Elle présente un fonctionnement très satisfaisant, la métabolisation de la pollution organique par voie bactérienne s’effectuant dans de bonnes conditions.

Il est cependant indispensable d’améliorer encore la clarification, car malgré une coagulation de la liqueur mixte de boues activées à raison de près de 200 ppm de sulfate d’alumine, on note actuellement un entraînement assez important de MES finement dispersées avec l’eau traitée qui reste turbide et encore assez fortement colorée.

CONCLUSION

Malgré la très grande diversité des produits polluants que contiennent les effluents de l’ennoblissement textile (et qui nécessiteront donc que chaque cas soit abordé après enquête et étude préalables sérieuses), nous pensons que l’épuration biologique par un procédé à boues activées fonctionnant à faible charge constitue, à condition de l’adapter à ces effluents, le seul traitement en un seul stade qui permette d’obtenir des rendements importants pour des coûts d’investissement et d’exploitation acceptables.

Notons au passage que de bons résultats peuvent également être obtenus par un traitement biologique sur lit bactérien en premier étage d’un traitement qui peut être achevé par un lagunage naturel ou aéré.

Il est bien évident que pour un effluent renfermant des composés toxiques (sulfures, chromates, éléments métalliques en dissolution), un prétraitement est indispensable avant le traitement biologique. L’oxydation catalytique à l’air permet une élimination efficace des sulfures, tandis que la précipitation des métaux sous forme d’hydrates insolubles peut être obtenue par une filière physico-chimique de floculation-décantation qui permet, lorsqu’elle est suivie d’une épuration biologique par boues activées, d’améliorer le traitement global de dépollution, et en particulier, la décoloration.

Toutefois, la DCO résiduelle de l’eau traitée peut rester élevée et parmi les composés non dégradés, on note, outre les colorants dissous, la présence de détergents (qui provoquent parfois des émissions de mousses à la sortie de l’émissaire).

Lorsque le milieu récepteur est affecté d’un objectif de qualité élevée ou que le rejet épuré par rapport au débit de l’exutoire est particulièrement important, des traitements complémentaires de finition deviennent indispensables. Ils constituent l’épuration tertiaire des effluents, dont la décoloration complète (sur charbon actif ou ozonation) et l’élimination des particules solides colloïdales (par filtration sur sable) permettent de gagner encore 5 % de rendement sur la DCO et la DBO₅, ce qui situe comme suit le rendement global pouvant être obtenu :

DCO environ ................. 85 %
DBO₅, au moins égal à ......... 95 %