Les polluants issus de l'industrie sont à présent analysés de façon globale : on voit apparaître de plus en plus de recyclage et de synergies de process. De plus, la tendance est à la séparation des effluents et à leur prétraitement afin de rendre les traitements biologiques plus efficaces. La motivation des industriels reste liée principalement au ratio efficacité/coût de traitement. Enfin la quantité de boues produites et leur élimination reste toujours un point sensible qui influe directement sur le choix du procédé mis en ?uvre.
, Technoscope
L'industrie chimique est depuis longtemps montrée du doigt pour ses effluents. Pourtant c'est certainement un des secteurs qui a enregistré le plus de progrès et de résultats en matière de traitement des eaux. Par exemple les analyses de la Drire ont montré, dans le cas de la Normandie, que la DCO rejetée par l'industrie chimique, pétrochimique et raffinage a baissé de 17 % en 5 ans alors que la DCO provenant de la papeterie augmentait de 20 % dans cette période.
La caractéristique des effluents industriels est d'être, dans la plupart des cas, parfaitement identifiés mais tous différents : une usine de fabrication d'additifs pour carburants n’aura pas les mêmes rejets qu'une unité de synthèse de produits actifs pharmaceutiques. “Le problème de l'industrie pharmaceutique est la multiplicité des procédés” explique Gilles
Quétin, ingénieur d’application chez Messer France. Multiplicité que l'on retrouve dans le traitement final. Dans les raffineries, les polluants, bien déterminés, sont souvent constitués d’hydrocarbures, lourds, légers, d’eaux sodées, de sulfures et de pollution azotée. Les eaux sont employées comme fluides caloporteurs. Elles sont transformées en vapeur, pour le chauffage, mais n’interviennent pas dans le schéma de fabrication. Un autre problème réside dans la grande quantité d’effluents à traiter.
Principale motivation, l’aspect économique, qui oblige à appréhender le process dans son ensemble. Les industriels sont “coincés” entre investissements d’installation, rentabilité et redevances aux agences de l’eau. Pour Hervé Paillard, directeur technique d’OTV industrie, “Le bilan global de l’opération (frais d’investissements et frais de fonctionnement) est très regardé par l’industriel. L’industriel est prêt à investir plus s’il a un retour plus rapide (zéro déchet à l’extérieur, recyclage de l’eau, etc...). Et les agences financent l’investissement, pas le fonctionnement... Faire du recyclage pour le recyclage n’est pas toujours bon. On peut toujours employer des techniques très sophistiquées. Mais il ne faut pas faire de la technologie pour la technologie. Les industriels de la chimie ont par exemple l’habitude d’innover. Une solution très novatrice les emballe tout de suite, mais il faut que le process soit industriellement exploitable et efficace”.
Par exemple, la société Lavaouest, récemment lauréate du concours eau-pure eau propre organisé par l’agence de l’eau Seine Normandie a investi 6,5 millions de francs dans son installation, investissements en partie aidés, mais rapidement compensés par la baisse de redevance. La nature de l’installation est regardée à la loupe : d’après Michel Cordier, directeur des recherches industrie chez Degrémont, l’ordre de prix pour les traitements est de 1 pour le pré-traitement, 10 pour le traitement biologique et 100 pour le traitement tertiaire.
Pourtant, l’industrie chimique est en avance du point de vue environnemental : certains en raison de la mise en place de la certification ISO 14001, et de l’Eco-Bilan. D’autres sont contraints, dans le cadre du développement de l’exportation de satisfaire aux agréments FDA, concernant l’épuration des agréments.
Les orientations actuelles visent à recycler ou trouver des sources d’eau alternatives. USF étudie actuellement un projet de pompage dans la mer, destiné à l’industrie. À présent, “On va vers le recyclage des produits et la diminution du coût des traitements” explique Patrick de Boissieu, responsable des systèmes et nouvelles technologies chez Pall. Ainsi leur technique d’ultrafiltration appliquée à l’usine de fabrication de SGS Thomson à Rousset a permis la rétention des particules de silicium dans le cas de polissage de puces. L’eau peut être ensuite réinjectée au milieu du procédé.
Audits complets
D’après une étude de Proserpol, le nombre d’installations est réparti en 50 % en physico-chimique, 30 % en biologique et 20 % en divers (électro-dialyse, électrolyse, osmose, évapo-concentration). Il y a toujours un compromis à trouver du type technico-économique, comparatif.
Le marché est extrêmement important et concurrentiel : Degrémont a mis en place une division spécialisée dans la pétrochimie et le raffinage qui effectue une expertise globale des sites : du pompage, des eaux de process et du retraitement.
La société Irepolia s’est spécialisée dans le service complet : analyse, audit, et expertise technique, génie des procédés, essais terrain, recherche et formation.
De même, Proserpol s’est spécialisée dans le traitement des effluents industriels et notamment dans les domaines de la chimie fine. Chaque réalisation tient compte de la spécificité de la charge à traiter, et du débit.
Par exemple, le procédé d’oxydation radicalaire WPO mettant en œuvre de l’eau oxygénée et un catalyseur est adapté à des ateliers de chimie fine ou d’additifs pour matières plastiques. “Il permet la dégradation des produits organiques et d’obtenir des molécules organiques à bas poids moléculaire et de décomplexer les métaux lourds”.
Autre cas, dans le cas d’une unité de production de polyéthylène téréphtalate (PET), Proserpol a opté pour un système de deux étages biologiques, anaérobie et aérobie.
Quelques techniques
Coagulants mixtes
Buckman Laboratories propose des produits chimiques pour le traitement des eaux industrielles, notamment une gamme de coagulants mixtes qui permettent la réduction du volume de boues en agissant sur la DCO insoluble et les MES. Ce produit permet la réduction jusqu’à 20-30 % du volume des boues, valeur pouvant atteindre 40 %. Ils proposent également des floculants, des produits destinés au traitement des odeurs, des champignons apparaissant sur les biofilms. Dans leur gamme de produits destinés aux industriels, des briseurs d’émulsion permettent la récupération des graisses.
Osmose inverse
Nexus est spécialisée dans l’osmose inverse et le traitement et la valorisation des biogaz. Ils traitent les jus toxiques de décharges ou des effluents industriels pour des débits compris entre 1 à 10 m³/h. Le choix de cette technique dépend du process industriel. Ils mettent en place un système de pression qui permet de retenir les polluants puis réinjectent l'eau directement dans le milieu naturel. Cette technique peut également être employée dans beaucoup de domaines comme l'industrie laitière, l'agroalimentaire. L'osmose inverse peut être employée pour une industrie qui souhaite dessaler son eau et ayant des débits de 1 500 m³/an jusqu’à 50 000 m³/an. L’ultrafiltration permet de retenir également beaucoup de polluants. L'osmose inverse permet de traiter les effluents avec 98 % de rendement.
Dopage à oxygène
Les effluents dans le domaine de la chimie sont caractérisés par des polluants spécifiques, des débits importants ou des pointes dues aux procédés en “batch”. « Une technique consiste à injecter de l’oxygène pur dans le milieu », explique Nicolas Zennaro, ingénieur d’application environnement et traitement des eaux chez Aga. L’injection est commandée par un oxymètre. L’augmentation du taux d’oxygène permet une augmentation du taux de boues activées et une baisse de la charge massique. L’augmentation du taux de boue peut même conduire à une respiration endogène. En évitant les réactions anaérobies, l’indice de décantabilité est amélioré.
La neutralisation des effluents alcalins peut être réalisée grâce à l'injection de dioxyde de carbone. Dans l’eau, le gaz forme de l'acide carbonique, « qui ne crée aucune salinité supplémentaire dans le milieu naturel » explique Philippe Guillaume, chef de marché chez Carboxyque. La pente de neutralisation de cet acide est faible, comparée aux acides forts et le pH ne peut descendre au-dessous de la valeur 5,5, qui est la limite indiquée par les normes. De plus, cette méthode permet une régulation au dixième de pH près. Cette méthode est employée dans le cas de l'industrie pharmaceutique, la papeterie, le textile etc.
Ozonation
« La technologie à l’ozone se développe de plus en plus » explique Didier Marchand, chef de marché traitement des eaux chez Air Liquide. La cible principale est le traitement de la pollution non biodégradable et de la couleur dans la chimie, l'industrie textile et la papeterie. L'ozone transforme la pollution non biodégradable en pollution biodégradable. Couplée avec un traitement biologique, elle permet d’atteindre des niveaux de rejet très performants. Par exemple, la station de Lavelanet (Ariège) traite des effluents mixtes, industriels et urbains, avec cette technologie. L'ozone est produit sur place à partir d'oxygène pur. Ce dernier est récupéré pour le traitement de l'unité biologique et induit une réduction des coûts d’investissement et d'exploitation. L’avantage de l'ozonation est en outre de ne pas créer de sous-produits ni de boues. C’est une alternative aux traitements physico-chimiques et à l’adsorption sur charbon actif. Les technologies gaz sont de plus en plus employées notamment lorsque des synergies d'utilisation sont identifiées au niveau des process comme dans le cas de la pâte à papier, de la chimie.
La mise en place de nouvelles voies de fabrication peut avoir lieu. La tendance est à limiter en amont les effluents : par exemple dans l'industrie de la peinture, les solvants sont peu à peu remplacés par de l’alcool ou de l’eau. L’entreprise, qui effectue des études soit parcellaire soit clé en main selon les cas, établit une cartographie des effluents « block flow ». Ensuite tout est permis, dans la limite du respect des contraintes imposées par la Drire.
La méthode appliquée par OTV « consiste à faire un tri des effluents à la source dans les différents ateliers d’un site industriel afin d'obtenir un effluent final facile à traiter par voie biologique qui est la moins onéreuse », explique Hervé Paillard. Une ségrégation des effluents à la source est effectuée et les sous-produits toxiques ou bien à l'origine de la DCO non biodégradable (DCO dure) sont séparés. En pratique, des systèmes sont proposés pour, soit concentrer les eaux mères, soit faire subir un prétraitement de détoxication, par exemple le procédé d’oxydation des effluents par voie humide à l’oxygène « Athos ». Ce procédé est employé dans certains cas par l'industrie chimique pour éliminer les molécules de synthèse, comme par exemple les organo-cyanurés, les phénols, les composés explosifs. Ce procédé a été mis en place par OTV chez Ciba, en Suisse, et chez Bayer. Enfin, après traitement biologique sur l’effluent final, il reste parfois encore de la DCO « dure », non biodégradable. Un procédé d’affinage conventionnel consiste en une adsorption sur charbon actif. Un nouveau procédé proposé par OTV, « Catazone », consiste en une oxydation à froid en présence d'ozone et d'un catalyseur.
Séparer pour mieux traiter
« L’idée qui se développe est d’examiner individuellement les différents polluants. »
explique Jean Jacques Disetti, directeur commercial de Proserpol. Le traitement partiel peut être moins cher mais est terminé dans la station biologique. Si besoin est, “un dopage à l’oxygène vient améliorer le rendement” explique Nicolas Zennaro, ingénieur d’application chez Aga. À chaque fois l’effluent isolé est traité comme un cas particulier. Inversement il peut être intéressant de recombiner des flux basiques et des flux acides car ce mélange présente l'intérêt de se neutraliser et les sels produits peuvent être plus facilement récupérables. À titre d'exemple, la société Chevron Chemicals proche du Havre, et également lauréate du trophée eau pure-eau propre, a opté pour une séparation de ses effluents : les hydrocarbures non solubles et les MES sont traités dans un premier étage tandis qu’alcools et phénols sont dégradés dans un second étage. De même les fluorures sont traités sélectivement.
Une autre technique émergente est la réduction de polluants par concentration. En contrepartie il faut déployer par la suite des techniques plus efficaces comme l’ozonation pour éliminer les talons durs de DCO. La technique de concentration mécanique de la vapeur peut être utilisée pour la réduction d’effluent. Le coût peut être élevé mais le produit final est de meilleure qualité et l'industriel peut dans certains cas revaloriser les sous-produits, recycler l'eau dans le process. Des tendances nouvelles sont également la cryo-concentration suivie d'une oxydation catalytique. Ces méthodes ont été mises en place dans une usine de fabrication de pesticide et herbicide pour séparer les effluents. Finalement la tendance est d'isoler les effluents à risques et de ne traiter que des produits finalement facilement biodégradables.
Les boues : l’argument ultime
Le coût actuel de l’élimination des boues par incinération ainsi que les mesures dissuasives de la Drire en matière d'épandage encouragent les industriels à éliminer leurs boues. L'incinération peut coûter plus cher que l'investissement lié à la réduction de ses boues. L’usine Great Lakes Chemicals, spécialisée dans la fabrication de polymères, a mis en place un système OTV : une filière bio-réacteur à membrane suivie d'une oxydation catalytique à l’ozone, avec réinjection de l'O₂ produit dans la station biologique. La réduction de la quantité de boues a permis de faire des économies sur l’incinération. “La diminution de la production de boue, ainsi que la mise en place de procédés plus efficaces est un argument technique” affirme Hervé Paillard. Ensuite vient l’élimination des boues. “Leur traitement relève encore du cas par cas”, explique Estelle Blaize, ingénieur d’application dans le domaine des décanteurs centrifuges chez Alfa Laval.
Afin de réduire leur volume et d’augmenter leur siccité (pourcentage de matières sèches) pour limiter les coûts de transport, mise en décharge ou incinération, les boues issues des traitements sont épaissies ou déshydratées en direct après épaississement par tambour rotatif, table d’égouttage, épaississeur statique, flottateur. Ces boues sont ensuite revalorisées par épandage agricole.
La polyvalence de l’ozone
Un générateur d'ozone peut être rapidement rentable, tant ses débouchés sont nombreux dans l'industrie chimique. La société Messer a ainsi développé différents procédés employant l'ozone qui trouvent leurs applications dans différentes industries.
Injecté dans un circuit de refroidissement d'eau, l'ozone dissous permet l'optimisation de son fonctionnement. Il génère une eau de meilleure qualité, tant du point de vue des caractéristiques physico-chimiques (composés organo-chlorés supprimés, teneur en sel réduite, DCO diminuée, corrosion éliminée) que du point de vue bactériologique (élimination des bactéries et micro-organismes).
Des résultats enregistrés dans l'industrie chimique ont montré que le nombre de tubes bouchés pouvait diminuer de 20 à 30 % grâce à cette méthode.
30 % d'économies d’eau ont également été enregistrés dans une aciérie. Cette méthode trouve ses applications notamment dans l'industrie chimique ou pétrolière. L'ozone est couramment utilisé dans la décoloration, l'élimination de la couleur résiduelle des effluents de l'industrie textile, papetière, en traitement tertiaire. Le procédé Messer permet la génération d’ozone à partir d'oxygène pur par décharge électrique dite « silencieuse ».
Cette méthode peut être employée soit chez l'industriel, soit dans une station collective. Enfin, l'emploi le plus courant est la dépollution par l'élimination de la DCO dure. L’ozone permet la dégradation de composés de type azotés, sulfurés, cyanurés, à base de fer, manganèse ainsi que l’élimination des goûts et des odeurs.
Compostage (filière peu développée), sont incinérées ou mises en décharge. Le choix de la filière dépend des disponibilités sur le plan local. Alfa Laval fabrique et commercialise des décanteurs centrifuges et des tambours rotatifs, équipements d’épaississements et de déshydratation des boues. La performance de la déshydratation dépend du type d'industrie d'origine : agroalimentaire, chimie, parachimie, papeterie... et du type de traitement des effluents : boues biologiques, boues mixtes ou digérées...
La performance des décanteurs centrifuges dépend aussi des caractéristiques des boues : teneur en matières volatiles, indice de Mohlman.
Neutralisation des effluents alcalins
Messer : Injection de CO₂. Ce procédé permet d'optimiser la consommation d'acide. Application : industrie chimique.
Carboxyque : idem. Application : idem.
AGA – Aquaclean H : Débit de CO₂ de 18,5 à 45 kg/h. Ce système permet d'injecter aussi bien l'O₂ que le CO₂. Applications : industries agro-alimentaires, papeteries, métallurgie, laques et vernis.
Osmose inverse
USF – IonPro : Jusqu'à 1 m³/h. Système d'osmose inverse suivi d'une unité de déminéralisation en continu. Applications : industries pharmaceutiques, biotechnologies et électronique.
Permo – Delta MC : Débit de 4 800 à 77 000 l/j, qualité 10 mS/cm. Appareil monté sur châssis. Application : industrie.
Pall-Rochem – Disque-Tube : Débit d'alimentation de 100 à 1 500 l/h. Empilement de 169 disques membranaires permettant un large spectre de filtration. Applications : dessalement de l'eau de mer (pompage, prétraitement), traitement des lixiviats.
Nexus Technologie – Technologie Haase : Débit de lixiviat : 100 m³/j. Possibilité de plusieurs étages d'osmoseurs. Application : traitement des lixiviats de décharges.
Méthanisation
OTV – Biobed : Vitesse de l'effluent de 10 m/h dans la zone de réaction, charge polluante traitée de 15 kg/m³ à 30 kg/m³. Réacteur à lit de boue granulaire maintenu en expansion par recirculation ascendante de l'effluent : biomasse anaérobie. Applications : industrie chimique et pharmacie ; particulièrement adapté aux composés biodégradables (formaldéhyde, méthanol, phénol, acide benzoïque).
Bioréacteur à membrane
OTV – Biosep : Rendement de 90 à 98 %, nitrification, charge volumique traitée jusqu'à 5 kg de DCO/m³/j. Remplacement du clarificateur par une filtration membranaire. Applications : industrie chimique, cosmétique, pharmacie, papeterie, lixiviats.
Degrémont – BRM : DCO faible en sortie. Réduction des boues de l'ordre de 30 à 60 %. Applications : idem.
Dopage biologique à l’oxygène
Air Liquide – procédé Aspal : Effluent pompé de 200 à 600 m³/h, quantité d'O₂ transférée entre 20 et 200 kg/h suivant l'oxygénateur. Utilisation d’un oxygénateur de type Ventoxal ou Bicéne. Applications : industrie agro-alimentaire, pâtes & papier, chimie.
Messer – procédé Biox : Concentration en O₂ ajustable pour nitrification/dénitrification. Plusieurs types d’injection selon le type de bassin. Applications : industrie chimique, papeterie.
Air Products – OxyDep : Apport de 5 kg d'oxygène pur par kilowatt d'électricité consommé dans la pompe. Par interruption calculée de l'apport d'oxygène, possibilité de procéder à nitrification/dénitrification. Applications : industrie chimique, papeterie.
Quelques techniques employées pour le traitement des effluents industriels
| Technique | Dopage biologique à l'oxygène |
|---|---|
| Sociétés, références | AGAAquaclean, séries P et V |
| Caractéristiques | Capacité pouvant atteindre 2 tonnes d'O₂/j |
| Particularités | Oxygène et dioxyde de carbone interchangeables |
| Applications | Industries chimique, papeterie |
| Technique | Oxygénation à l'ozone |
|---|---|
| Sociétés, références | OTVCatazone |
| Caractéristiques | S'applique aux DCO jusqu'à 5 000 mg/lAbattement DCO > 95 % |
| Particularités | Association de l'ozonation et d'un catalyseurLes gaz en excès sont recyclés dans le traitement biologique |
| Applications | Industrie chimique, matières plastiques, traitement lixiviats de décharges |
| Technique | — |
|---|---|
| Sociétés, références | Air ProductsChemox |
| Caractéristiques | Rendement ≥ 95 % |
| Particularités | Possibilité de couplage Oxydep et Chemox |
| Applications | Lixiviats de décharges, élimination de couleur, DCO dure ou odeurs, ou pré-traitement : élimination de phénol, amines, sulfure, cyanure |
| Technique | — |
|---|---|
| Sociétés, références | Air LiquideFloxal |
| Caractéristiques | Débit ajustable : de < 100 g d’O₃/h à plusieurs dizaines de kg O₃/h |
| Particularités | Réutilisation de l’oxygène (ciel gazeux) |
| Applications | Abattement de la DCO résiduelle et de la couleur, détoxification (oxydation des cyanures, phénols, tensioactifs, …) |
| Technique | Élimination / réduction des boues |
|---|---|
| Sociétés, références | OTVAthos : oxydation à l’oxygène à chaud |
| Caractéristiques | Débit de boue : 3 m³/h (1 000 t MS/an)Abattement DCO > 80 %Cons. O₂ : 850 Nm³/t MST° : 150 – 250 °C |
| Particularités | Chaleur dégagée récupérée pour préchauffer les bouesSolution aqueuse moussante récupérée et recyclée en dénitrification et déphosphatation |
| Applications | Prototype en station urbaine à Toulouse ; applications à l’industrie |
| Technique | — |
|---|---|
| Sociétés, références | Alfa LavalDécanteur centrifuge, série 600 |
| Caractéristiques | Débit : 40 – 80 m³/hRéduction de quantité de boue de 40 % |
| Particularités | Évacuation boue/liquide à contre-courant, matériaux anticorrosion : inox 316, protection de la vis |
| Applications | Tout type d’industrie : industrie chimique, papeterie, sidérurgie, etc. |
