En avril 1980 a été mise en service à PLAISIR, ville de la grande banlieue Ouest de PARIS, une station de surpression dont l'importance et la complexité en font une réalisation assez exceptionnelle parmi les installations du même genre.
Cette station, dite de « La Chaine », est un élément de la Dérivation de Sainte-Apolline qui constitue actuellement la principale source d'alimentation en eau de cette région qui a connu une véritable explosion démographique au cours de la précédente décennie, principalement dans les villes de PLAISIR et des CLAYES-sous-Bois et la Ville Nouvelle de SAINT-QUENTIN-en-YVELINES.
Aussi, avant de donner une description détaillée de la station de La Chaine, nous paraît-il nécessaire de rappeler rapidement les caractéristiques de la Dérivation de Sainte-Apolline.
LA DERIVATION DE SAINTE-APOLLINE
La région de PLAISIR et de SAINT-QUENTIN-EN-YVELINES est pauvre en ressources en eau. Des nappes peu abondantes, des cours d'eau de faible débit ne permettent pas d'assurer une alimentation en eau satisfaisante aux populations et aux industries qui sont venues s'établir dans cette région.
Préoccupés depuis longtemps par cette situation, les membres du Syndicat Intercommunal des Eaux de PLAISIR et THIVERVAL-GRIGNON demandèrent à la Direction Départementale de l'Agriculture des Yvelines d'établir un projet de raccordement de leur réseau à l'Adduction d'AUBERGENVILLE, réalisée en 1961 par la Société Lyonnaise des Eaux et de l'Éclairage pour desservir une grande partie des banlieues.
Ouest et Nord de PARIS au moyen d'eau captée dans la nappe souterraine de la craie dans la région d’AUBERGENVILLE - FLINS-sur-SEINE. Cette dérivation prévue à l'origine uniquement pour les besoins du Syndicat de PLAISIR fut par la suite considérée comme un ouvrage de desserte régionale sur décision des autorités du District de la Région de PARIS, devenu depuis Région Île-de-France.
Le débit à transiter fut porté à 50 000 m³/jour et les travaux, déclarés d’utilité publique en 1967, furent réalisés par tranches entre 1968 et 1980 sous le contrôle de la Direction Départementale de l'Agriculture des Yvelines.
La dérivation, branchée sur la conduite de diamètre 1 400 mm de l’adduction d’AUBERGENVILLE, comporte une canalisation de 11 km (diamètres 800 et 700 mm), desservant gravitairement au passage la partie basse de PLAISIR et des CLAYES-sous-BOIS avant d’aboutir à des réservoirs au sol situés au lieu-dit La Chaine. La capacité de ces réservoirs est de 10 000 m³ (2 cuves de 5 000 m³ construites respectivement en 1973 et 1980).
Une partie de l’eau est reprise dans ces réservoirs et refoulée vers le plateau de PLAISIR et vers SAINT-QUENTIN-en-YVELINES par une canalisation de diamètre 800 mm qui longe la route nationale 12 jusqu’à TRAPPES, sur laquelle est branchée une antenne de diamètre 600 mm qui dessert la zone Ouest de la Ville Nouvelle.
La station de reprise devait, dans le projet initial, refouler vers un réservoir de 10 000 m³ sur tour de 40 m et une première tranche, de débit 1 500 m³/h, avait été réalisée sur ces bases.
Une nouvelle étude menée à l'initiative de la Mission d'Aménagement de la Ville Nouvelle de SAINT-QUENTIN sur les besoins en eau futurs de cette agglomération devait ramener la capacité prévue pour cet ouvrage à 5 000 m³, mais même après cette réduction de volume, la crainte de porter préjudice au site fit reconsidérer le projet et aboutit à transformer la station de pompage classique prévue en station de surpression sans réservoir.
Pour donner sa physionomie définitive à cette installation, était également intervenu entre-temps un élément nouveau ; l'étude effectuée par l'Agence Financière de Bassin « Seine-Normandie » sur la sécurité de l'alimentation en eau de la Région Parisienne. Cette étude devait faire ressortir l'intérêt d'une jonction AUBERGENVILLE - MORSANG-sur-SEINE au travers de la Dérivation de Sainte-Apolline et assignait comme objectif à la station de La Chaine de pouvoir débiter 3 300 m³/h en pointe pour pallier un arrêt accidentel de l'usine de MORSANG.
La régulation de la marche de la station devait enfin prendre en compte le fonctionnement de l'usine de La Chapelle captant la nappe de la craie dans la Vallée de la Mauldre et capable d'injecter au maximum 700 m³/h dans la conduite de refoulement sortant de La Chaine.
Le projet établi par la D.D.A des Yvelines avec la collaboration de la S.L.E.E., fermière du Syndicat de PLAISIR et THIVERVAL-GRIGNON, fut adopté par ce dernier en 1977, et après les délais nécessaires aux démarches administratives pour l'obtention des subventions et des emprunts puis à la mise au concours des travaux, ceux-ci purent commencer en 1979 pour s’achever au début de 1980.
Après ce rappel des circonstances qui ont précédé la mise en service de la Station de La Chaine, nous en arrivons à la description de celle-ci.
1 - LA CAPACITÉ DE REFOULEMENT
À l'origine, la station de La Chaine disposait de six emplacements réservés aux groupes électropompes dont trois étaient équipés de groupes de 500 m³/h à vitesse fixe.
Le choix d'une capacité de refoulement de 3 300 m³/h, l'obligation de maintenir une pression cons-
tante sur le réseau et la nécessité de prévoir l'un des groupes en secours ont justifié l'installation de trois nouveaux groupes à débit variable compris entre 300 et 900 m³/h, fournis par la Société des Pompes GOURDIN.
D'autres modes de régulation de débit étaient envisageables comme, par exemple, l'action d'une vanne de régulation sur le refoulement de l'usine, mais ils furent abandonnés du fait de l'insuffisance de leur rendement.
Pour entraîner les pompes, le moteur à courant continu apparut à l'époque comme la meilleure solution car, d'une part le coupleur électromagnétique était d'un rendement insuffisant et, d'autre part, le moteur alimenté en fréquence variable ne pouvait dépasser une puissance d'une centaine de kilowatts, soit la moitié de la puissance nécessaire pour entraîner la pompe.
II - LES MOTEURS À COURANT CONTINU
Les moteurs installés à la station de La Chaîne disposent d'une puissance nominale de 260 kW à 1 800 t/mn. Ils sont utilisés dans la plage de vitesse 1 400 à 1 655 t/mn, ce qui fait varier le débit des pompes de 300 à 900 m³/h.
Le courant continu est obtenu par redressement du courant alternatif triphasé.
Le principe même du redressement par thyristors induit des déformations appréciables sur la sinusoïde du courant prélevé au réseau E.D.F., ce qui nécessite l'emploi de « selfs de lissage » sur le circuit d'alimentation de chaque moteur. Ces selfs de lissage présentent l'inconvénient d’être difficilement compatibles avec les condensateurs habituellement utilisés pour améliorer le facteur de puissance des installations.
III - LES BALLONS ANTI-BELIERS
Compte tenu de l'importance du réseau maillé existant au refoulement de la station, le calcul des ballons anti-béliers a été confié à un bureau d'étude spécialisé, la S.A.F.E.G.E.
Les résultats du calcul ont montré que des ballons d'un volume total de 75 m³ étaient nécessaires pour absorber la dépression créée par l'arrêt brusque de toutes les pompes de la station.
Quatre ballons anti-béliers, reliés au réseau par une conduite de 500 mm de diamètre, ont donc été installés dans un local spécialement construit pour cet usage.
IV - LA CENTRALE DES GROUPES ÉLECTROGÈNES
L'importance de la population desservie par la station de PLAISIR et l'absence de réservoir ont amené à équiper une centrale de groupes électrogènes pour pallier les coupures de l'alimentation électrique du secteur E.D.F.
Cette centrale a été construite dans l'un des talus des réservoirs, permettant ainsi de réduire considérablement le niveau de bruit extérieur produit par les moteurs diésels.
La centrale, d'une puissance de 1 200 kVA, est composée de deux groupes comprenant chacun un moteur diésel de 800 chevaux et un alternateur de 1 000 kVA, surdimensionné pour répondre au taux d'harmoniques élevé résultant de l'emploi des convertisseurs à thyristors alimentant les moteurs à courant continu. L'équipement de deux groupes électrogènes, par rapport à un groupe unique, présente certains avantages dont le principal est de pouvoir répondre à une très grande plage de puissance, ce qui correspond bien à la demande de la station de refoulement de PLAISIR.
Fonctionnement de la Centrale :
La centrale dispose d'une autonomie d'environ une semaine compte tenu de sa réserve de 25 000 litres de fuel et de sa consommation moyenne de 0,25 l par kilowatt.
La centrale est automatique et fonctionne de la manière suivante :
Les groupes diésels entrent en service dès la première seconde de coupure de l'alimentation E.D.F. et ils se couplent automatiquement par régulation électronique dès que la station demande une puissance supérieure à 600 kVA.
Au retour de l’alimentation du secteur E.D.F., et afin d'éviter le coup de bélier sur le réseau d'eau, l'alimentation électrique est permutée cycliquement pour chacun des moteurs et pour les auxiliaires. Cette permutation a nécessité la mise en place de sept inverseurs d'alimentation électrique, au lieu de l'inverseur unique communément installé.
Pour renforcer la sécurité électrique de la centrale, les deux groupes ont été prévus en secours mutuel : en cas de panne sur un groupe électrogène, le second fournit sa puissance à l'usine et permet de refouler 1400 m³/h.
V - LE FONCTIONNEMENT AUTOMATIQUE DE LA STATION
1. — L'automate programmable
En raison de la complexité du fonctionnement de la station de La Chaine, la logique câblée a été abandonnée au profit d'un système plus performant et plus souple : l'automate programmable.
L'automate FAC 77 de la Société FORCLUM qui a été retenu possède les caractéristiques suivantes :
- — langage de programmation facilement accessible,
- — 16 K octets de mémoire vive programmable sur console,
- — 1 000 entrées/sorties logiques (exemple marche/arrêt d'une pompe) ou analogiques (exemple pression, niveau...),
- — possibilité d’effectuer les opérations de base de l'arithmétique.
Cet automate permet en particulier de réguler la pression de refoulement de la station et de gérer le démarrage des moteurs.
2. — La régulation de la pression de refoulement
La mesure de la pression est à la base de la gestion automatique de la station.
Dans le souci d’obtenir une fiabilité maximale, deux capteurs de pression ont été installés en secours mutuel. L'automate prend en considération celui qui lui paraît indiquer la meilleure valeur, en excluant par exemple un capteur au minimum ou au maximum de son échelle.
Ensuite, l'automate compare cette valeur à la consigne de pression affichée et décide d’accélérer ou de décélérer le moteur à vitesse variable en service.
Cette décision est en fait très sophistiquée puisque l'écart de vitesse demandé au moteur est fonction de :
- — l'écart entre la mesure et la consigne,
- — la dérivée de la mesure,
- — la vitesse à laquelle se trouve le moteur à l’instant considéré.
Les coefficients relatifs aux actions précédentes ont été déterminés avec précision lors des essais sur le site et l'on obtient ainsi une pression de refoulement rigoureusement constante même lors du démarrage des moteurs asynchrones de l'usine (écart sur la pression inférieur à 1 mètre).
3. — La gestion du démarrage des moteurs
La station a une capacité de refoulement comprise entre 300 et 3300 m³/h. Les bas régimes sont autorisés mais doivent rester occasionnels du fait de l'échauffement des pompes qu'ils entraînent.
Le principe de fonctionnement retenu consiste à laisser tourner en permanence un moteur à vitesse variable (débit compris entre 300 et 900 m³/h) et à démarrer en complément les moteurs à vitesse fixe (débit d'environ 500 m³/h).
Lors d’une montée de débit, on obtient ainsi :
- 1° démarrage d'un moteur à vitesse variable (0 à 900 m³/h),
- 2° démarrage d'un moteur à vitesse fixe concordant avec la baisse de vitesse du moteur précédent (500 + 400 = 900 m³/h),
3° remontée en vitesse du moteur à vitesse variable qui accroît le débit de la station jusqu'à 1 400 m³/h (500 + 900),
4° démarrage d'un second moteur à vitesse fixe, puis d'un troisième,
5° démarrage d'un second moteur à vitesse variable pour atteindre le débit maximum de l'usine : 3 300 m³/h.
Le système décrit précédemment constitue la gestion de base du refoulement sur la Ville Nouvelle. En fait, deux stations refoulent sur le même réseau de surpression : la station de La Chaîne précédemment décrite et la station de La Chapelle située dans la vallée de La Mauldre. Cette station dispose de deux groupes électropompes à vitesse fixe d'un débit de 350 m³/h chacun, dont le fonctionnement est programmé dans l'automatisme en priorité sur les groupes à vitesse fixe de la station de La Chaîne.
Pour donner plus de souplesse à l'automatisme, trois programmes commutables ont été prévus ; ils autorisent respectivement le fonctionnement de 0, 1 ou 2 groupes à la station de La Chapelle.
4. — Un fonctionnement particulier : le circuit de dissipation d'énergie
Le fonctionnement des moteurs diésels des groupes électrogènes est déconseillé au-dessous de 30 % de leur puissance maximale. Pour éviter ce fonctionnement à bas régime, une dissipation d'énergie supplémentaire doit être réalisée en sortie des alternateurs. Habituellement, des résistances électriques sont installées et elles sont enclenchées l'une après l'autre lorsque le réseau électrique ne prend pas suffisamment de puissance.
Un système original a été mis en service à La Chaîne : il consiste à détendre l'eau entre la pression de refoulement et la pression d'aspiration des pompes. Cette détente consomme de l'énergie hydraulique et contraint les pompes à fournir un débit supplémentaire, ce qui entraîne un surcroît de consommation d'énergie électrique.
La détente est obtenue dans cinq circuits hydrauliques pourvus chacun d'un diaphragme et d'une vanne à ouverture pneumatique, commandée par un automatisme spécifique.
La mise en place de ces circuits présente un avantage particulier : la protection contre les surpressions accidentelles sur le réseau. En effet, lorsque la pression devient supérieure à une pression dite de « Sécurité » l'automatisme décide d'ouvrir instantanément les cinq vannes pneumatiques délestant ainsi le réseau d'un débit supérieur à 300 m³/h.
VI - LE FONCTIONNEMENT DE LA STATION EN TELECOMMANDE
La station de La Chaîne est entièrement automatique et ne dispose d'aucun personnel permanent pour son exploitation.
En cas de panne de l'automatisme, tout le fonctionnement de la station peut être télécommandé depuis le dispatching de la Société LYONNAISE DES EAUX, situé dans ses bureaux du PECQ.
Les informations concernant l'état de la station (niveau des réservoirs, pressions, marche des groupes, marche des diésels, défauts divers...) sont transmises au PECQ par ligne téléphonique spécialisée et l'agent situé au dispatching peut ainsi commander en retour les divers organes de la station (groupes électropompes, diésels, vannes).
La Station de la Chaîne dispose donc de deux fonctionnements totalement indépendants, ce qui lui assure le maximum de fiabilité.
Avec la mise en service récente du dernier tronçon de l'adduction qui va d'Aubergenville à Morsang-Sur-Seine (78 km - diamètres : 1 460 mm, 1 200 mm, 1 000 mm, 800 mm et 700 mm) financée par la S.L.E.E., la Dérivation de Sainte-Apolline s'intègre dans le schéma d'alimentation en eau de la Région Parisienne. C'est donc par un équipement à l'échelle de la Région Parisienne que les élus du Syndicat auront réglé le problème d'alimentation en eau de Plaisir et Thivernal-Grignon avec l'aide technique et financière de l'État, du Département, de la Direction Départementale de l'Agriculture, de l'Agence Financière de Bassin Seine-Normandie et de la S.L.E.E. et ceci sans qu'il n'en coûte rien aux administrés de Plaisir et Thivernal-Grignon puisque depuis 1963 le montant de la surtaxe syndicale est inchangé, alors que l'investissement total est de l'ordre de 50 000 000 F T.T.C. (valeur 1982).
numéros spéciaux de « l'Eau et l’Industrie »
- juin 1982 : Filtration
- octobre 1982 : Salons Pollutec et Mesucora
- décembre 1982 : L’eau potable
MISE EN ŒUVRE DE MATÉRIEL ORIGINAL ET PERFORMANT D'ÉPURATION PHYSICO-CHIMIQUE D'EFFLUENTS DE TRAITEMENT DE SURFACES DANS L'ÉTABLISSEMENT DE REIMS DES USINES CHAUSSON*
SITUATION GÉOGRAPHIQUE DE L'USINE ET GÉNÉRALITÉS
L'usine CHAUSSON de Reims est située dans la zone industrielle de Reims, à 150 km de Paris.
Cette usine fabrique des échangeurs thermiques, essentiellement pour l'industrie automobile.
Il faut distinguer deux types de fabrication :
- — fabrication acier, cuivre et laiton, dite « lourd » ;
- — fabrication aluminium plaqué silicium, dite « léger ».
Tous les éléments composant les appareils sont brasés.
Dans le cas du « lourd », c'est-à-dire acier, cuivre et laiton, l'assemblage se fait progressivement au cours de la fabrication. C'est pourquoi les postes de brasage, utilisateurs de flux (solution décapante favorisant la soudure), sont disséminés dans les ateliers. Par contre, dans le cas de la fabrication en aluminium, l'ensemble est monté, puis brasé en une seule opération.
Dans les deux cas, après brasage de l'ensemble, les appareils sont lavés, décapés, contrôlés et le plus souvent peints.
Géographiquement, la production est répartie en trois ateliers (ou halls de production) qui sont parallèles et ont pour dimensions (L : 200 m, l : 50 m, h : 5,5 m sous ferme).
* Cette réalisation exemplaire de détoxication a reçu le Prix 1981 du Conseil Supérieur des Installations Classées.
- — hall 1 : aérothermes « lourds » ;
- — hall 2 : radiateurs « lourds » ;
- — hall 3 : fabrication aluminium :
- • refroidisseurs d’huile,
- • radiateurs d'eau,
- • condensateurs,
- • refroidisseurs air/air.
Une première étude avait pour objectif d'établir un constat de la situation initiale :
- 1) les bases de fonctionnement des ateliers (ouvertures) ;
- 2) les gammes ;
- 3) les répartitions et grandeurs des rejets ;
- 4) les flux de pollution ;
- 5) les évaluations des évolutions prévisibles.
Les conclusions de cette première mission avaient permis de définir les impératifs d'organisation qui conduisirent à l'élaboration du schéma de traitement des effluents, de mettre tous les postes en conformité avec la circulaire de juillet 1972 sur le plan des rétentions, et d'organiser la collecte des différents rejets.
À la suite de ces conclusions d'ordre technique, l'idée est née de construire une chaîne de traitement permettant de revaloriser les déchets et sous-produits, compte tenu de la valeur de certains composants, en particulier le zinc.
Il est apparu nécessaire d'orienter les études d'application vers une séparation des collectes en spécialisant les lignes de traitement. On retrouvera cette préoccupation dans le paragraphe développé des traitements possibles mis à notre disposition.
BESOINS EN EAU ET SOURCES DE LA POLLUTION
Une étude, réalisée avec le concours de la société FAIRTEC en 1978, a permis de cerner les critères nécessaires à la réalisation du traitement général des effluents : a) le débit des rejets continus est trop élevé : environ 300 m³/h ; le débit à atteindre définissant la taille de la station sera de 120 m³/h ; b) l'implantation des postes de traitement de surfaces est figée par la définition même des processus utilisés en fabrication. La dissémination des postes utilisateurs de produits chimiques et leur éloignement de la station de traitement imposent de diriger les effluents à détoxiquer sous pression vers cette dernière après les avoir rassemblés dans des fosses de reprise à créer dans les halls ; c) diriger séparément les rejets des solutions diluées dites « rejets continus », puis les rejets des solutions concentrées, dites « rejets discontinus », qui sont stockés dans des conteneurs spéciaux la nuit puis réinjectés à petit débit dans les rejets continus permettant de « réguler » le niveau de pollution en cours de journée ; d) relier entre eux les points de pompage et la station par un réseau de contrôles et d’alarmes pour satisfaire en permanence l'exploitation de la conduite du traitement de détoxication.
1. Réalisation des objectifs fixés
a) Réduction de la consommation d’eau et diminution de sa toxicité
La première phase des opérations a consisté à réduire le volume d'effluents. Cette action a permis de passer d'une consommation annuelle de 1 600 000 m³ à 600 000 m³.
Le résultat a été obtenu par : — le recyclage des eaux de refroidissement (soudeuses électriques, machines à dégraisser aux solvants chlorés…) ; — la réalimentation de bains par des eaux de 2ᵉ utilisation ; — les limiteurs de débit.
La toxicité a été réduite en supprimant les bains de cyanure et d'acide sulfo-chromique.
b) La collecte des effluents
Un système de collecte des effluents a été mis en place et fonctionne de la manière suivante :
Dans chaque hall de fabrication, les familles d'effluents sont regroupées dans des fosses de reprise. Par un système de pompage, ces effluents sous pression sont dirigés vers la station de traitement en passant par une canalisation aérienne au travers des halls puis par un ovoïde souterrain du hall n° 1 jusqu'à la station.
Un réseau d'alarmes complexe met en relation les points de pompage, la station, l'atelier de maintenance et le poste de gardiennage.
Tableaux n° 1 et 1 bis.
Ligne A
Pollution – Flux global en kg/an sur 10 h – Concentrations moyennes en µg/l
| - aluminium : 11,6 – 44 |
| - cuivre : 71 – 4 |
| - zinc : 3 800 – 17 |
| - fluorures libres : 9 000 – 15 |
| - esters : 177 600 – 833 |
| - produits « leaking » expédiés en Uae : — |
| - acide nitrique consommé : 19 800 – — |
| - acétate influénique consommé : 97 400 – — |
| - MES : 7 200 – — |
Ligne B
Pollution – Flux global en kg/an – Concentrations moyennes en mg/l
| - cuivre : 300 – 2 |
| - zinc : 5 600 – 320 |
| - plomb : 5 800 – — |
| - étain : 1 500 – — |
| - chlorure : 5 600 – — |
| - acétate : 5 500 – — |
| - MES : 7 200 – — |
Tableaux n° 2 et 2 bis.
Toute anomalie peut être décelée et localisée afin de permettre une intervention immédiate.
2. – Définition des sources de pollution
Les différentes sources de la pollution sont répertoriées dans les tableaux n° 1, 1 bis et n° 2, 2 bis ; elles sont essentiellement dues à l'utilisation de :
- — produits de dégraissage ;
- — produits de décapage ;
- — produits de brasage & de flux minéraux et de flux organique ;
- — produits de lavage.
TRAITEMENT DES EFFLUENTS POLLUÉS
1. – Objectif
Il s'agit de rejeter un effluent traité répondant aux normes de la circulaire ministérielle du 4 juillet 1972.
Ces normes sont les suivantes :
- — pH compris entre 6 et 9,5 ;
- — teneur des matières en suspension (30 mg/l) ;
- — teneur en métaux lourds (18 mg/l [aluminium non compris]) ;
- — fluorure libre (15 mg/l).
2. – Exutoire
Les effluents traités sont rejetés dans le réseau d'eaux pluviales aboutissant dans le milieu naturel : la rivière Vesle.
3. – Traitements possibles mis à notre disposition
a) Recyclage des eaux de rinçage sur résines échangeuses d'ions (circuit fermé).
L'importance des coûts d'investissement et frais d'exploitation liés à ce procédé nous a conduits à l'écarter par suite de considérations financières.
b) Traitement au fil de l'eau (circuit ouvert).
Le pH de nos effluents, la présence de métaux lourds (Cu, Zn, Pb, Fe, etc.) et de fluorures libres nécessitent la mise en œuvre d'une correction du pH, à l'aide de chaux, puis d'une clarification de l'eau traitée par décantation.
L'interdiction de procéder à la décharge de boues liquides (volume important et frais d'enlèvement et de décharge élevés) conduit à l'emploi d'un appareil de concentration ou de déshydratation.
La correction du pH peut être réalisée dans un réacteur ouvert (fosse de 60 m³) équipé d'un agitateur ou dans un réacteur fermé (volume 15 m³) permettant de réduire la cinétique de la réaction de neutralisation de 30 à 3 min.
La clarification des effluents peut être réalisée dans un décanteur cylindro-conique de 120 m² de surface (12,5 m de diamètre ; volume environ 550 m³), équipé d'un racleur métallique, ou dans un décanteur lamellaire de 25 m² de surface (L : 8,3 m ; l : 4,6 m ; H : 7 m ; volume : 140 m³) permettant d'élever la vitesse de décantation de 1 m/h à 5 m/h.
La déshydratation des boues peut avoir lieu dans une centrifugeuse (siccité des boues 150 g/K) ou dans un filtre-presse entièrement automatique séquentiel (siccité des boues 250 à 300 g/K) permettant d'élever de quatre fois environ le rendement de filtration de ce type de boues.
Pour des raisons d'implantation, des coûts d'investissement et essentiellement afin d'utiliser du matériel moderne original et performant, nous avons choisi :
- — de neutraliser nos effluents dans un réacteur fermé appelé TURBACTOR, de précipiter les hydroxydes métalliques dans un décanteur lamellaire appelé R.P.S. ;
- — de déshydrater les boues liquides dans un filtre-presse automatique appelé FALC.
c) Séparation des effluents par nature de la pollution afin de revaloriser des déchets ou sous-produits.
Les eaux de rinçage contiennent principalement de l’aluminium (Al : 9,6 T/an, Cu : 2,8 T/an, Zn : 14,9 T/an, Pb : 1 T/an, F : 2,5 T/an).
Certains bains usés renferment 40 T/an de Zn, 4,5 T/an de Pb, 0,3 T/an de Cu, 0,5 T/an de Fe et 0,05 T/an de Sn. Afin de récupérer une boue riche en hydroxyde de zinc et de pouvoir la revaloriser auprès des sociétés métallurgiques, nous avons séparé, avec le concours du constructeur de la station, la société DEGREMONT, le réseau de nos effluents en deux lignes :
- – la ligne A conduisant à une boue riche en aluminium. Composition : Al : 16 %, Zn : 17,6 %, Cu : 3,3 %, Ca : 48 %, F : 4,6 %, Pb : 1,2 % ;
- – la ligne B conduisant à une boue riche en zinc. Composition : Zn : 57,6 %, Pb : 3,3 %, Fe : 0,5 %, Si : 0,5 %, Cu : 0,5 %, etc.
Le filtre-presse automatique est relié aux deux lignes et déshydrate alternativement les boues issues des deux lignes qui seront stockées dans deux bennes distinctes.
Pour le moment, le prix relativement bas de rachat du zinc et les frais élevés d’affinage du métal ne permettent pas aux sociétés métallurgiques consultées de donner une suite favorable au projet de revalorisation.
FONCTIONNEMENT DE NOTRE STATION D’ÉPURATION
1. Le principe :
Les eaux de lavage sont acides et cette acidité entraîne la solubilité des sels métalliques. En contrari ant l’action acide sur le métal par adjonction d’une base (lait de chaux), on « fabrique » des hydroxydes métalliques qui sont alors insolubles. L’adjonction de produits dits de « floculation » permet d’agglomérer le précipité et d’en accélérer la décantation. La décantation permet de séparer une eau détoxiquée, donc apte au rejet dans le réseau urbain, d’une boue représentant les éléments toxiques à éliminer. Cette boue est pressée dans un filtre-presse de manière à la rendre « palletable », puis elle est envoyée en décharge dans des sites agréés.
2. Les moyens :
La station est dotée de deux lignes de traitement :
Ligne A : traitement continu des effluents.
Une fosse de reprise S.A. en tête de ligne régule les points de débits et assure, à travers la station, un débit de 120 m³/heure provenant de trois cuves de stockage qui recueillent des bains concentrés usés, rejetés de nuit. Une injection de ces derniers à faible débit, en cours de journée, permet de réguler le niveau de pollution.
Un réacteur « TURBACTOR » opère l’insolubilisation des métaux, suivant les réactions ci-dessous :
Al³⁺ + Ca(OH)₂ → Al(OH)₃ Cu²⁺ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂ Fe³⁺ + Ca(OH)₂ → Fe(OH)₃ Zn²⁺ + Ca(OH)₂ → Zn(OH)₂ Sn²⁺ + Ca(OH)₂ → Sn(OH)₂ Pb²⁺ + Ca(OH)₂ → Pb(OH)₂
Le pH est contrôlé automatiquement suivant les indications d’une chaîne de mesure de régulation « pH 1 ». Une dérive anormale de ces fonctions est surveillée par l’élément « pH 2 ».
Le réacteur présente les avantages suivants :
- — encombrement extrêmement réduit puisque le temps de contact dans le réacteur a été diminué d’environ dix fois par rapport à celui d’une station classique ;
- — réduction du génie civil et diminution des revêtements anti-acides ;
- — pas de dégagement de vapeurs nocives puisque l’appareil est entièrement clos ;
- — entretien pratiquement inexistant sur ces appareils, étant donné l’absence de pièces mécaniques en mouvement ;
- — suppression des inerties chimiques dues aux à-coups de concentrations et aux variations brusques de pH.
Un décanteur lamellaire « RPS » reçoit l’effluent traité, additionné d’une faible quantité d’adjuvant de floculation. À sa surface l’effluent clarifié est repris par débordement dans une goulotte d’évacuation puis dirigé vers le canal de comptage. À sa base sont recueillies les boues décantées.
Les qualités de cet appareil sont les suivantes :
- — appareillage de type rectangulaire et de surface plus petite ;
- — grâce au compartiment de floculation et à l’existence d’une turbine d’agitation, possibilité de réglage de ladite floculation en tenant compte des variations de matières en suspension dans l’effluent à traiter ;
- — la présence de plaques accélératrices de décantation permet de travailler à des vitesses se situant aux alentours de 5 à 6 m/h, contre 1 à 1,3 m/h, conduisant à une réduction de l’encombrement général de l’appareil.
Un épaississeur « stockeur de boue » recueille suivant une fréquence préétablie les boues issues du décanteur avant d’être déshydratées.
Un canal de comptage, muni d’un élément « pH 3 » et d’un compteur enregistreur et totalisateur de débit, contrôle en permanence les rejets.
Ligne B :
Une fosse SB, dans un premier temps, rassemble de nuit des bains usés à forte concentration de zinc. Dans un deuxième temps, de jour, sous contrôle d’une chaîne de régulation « pH 4 » automatique, on procède aux traitements de ces produits.
Un décanteur cylindro-conique reçoit les effluents sous pression par une pompe P2 d’un débit de 7 m³/heure et assure la clarification des effluents de cette ligne de traitements.
L’eau est reprise en surface par débordement puis dirigée vers le canal de comptage. Les boues sont rassemblées à la base du décanteur.
Traitement des boues :
L’étude des installations classiques de filtrage conduisait à deux ensembles volumineux d’une surface de filtration totale évaluée à 120 m² ; l’exploitation de ce matériel aurait conduit à employer deux à trois personnes, présentes de jour et de nuit.
Par ailleurs, la spécialisation de chaque ensemble entraînerait des difficultés d’exploitation dans la mesure où les bilans de boues sont inégaux entre les lignes.
Un prototype de filtre-presse de fonctionnement automatique, autonome dans le choix des opérations à effectuer : filtration, essorage, déblayage (expulsion des boues), lavage de la toile filtrante, etc. a été utilisé dans les conditions ci-après.
Les boues extraites à la base des décanteurs sont liquides et peu concentrées en matières sèches. Afin de réduire le volume de ces boues, celles-ci sont déshydratées à travers un filtre-presse.
De conception entièrement autonome, ce filtre-presse ne demande pas de manutention comme le filtre-presse classique : une minuterie détermine la fin de la pressée, l’ouverture et la rotation automatique des tambours et toile filtrante. La surface filtrante est de 7 m² à comparer aux 120 m² d’un ensemble classique.
La durée de filtration est ramenée à quelques minutes car les gâteaux sont de faible épaisseur (5 à 8 mm).
Les filtres-presse mécanisés classiques demandent quant à eux :
— des durées de filtration plus élevées (épaisseur des gâteaux 20 à 30 mm) ;
— un opérateur pendant la période du déblayage.
Deux bennes, installées sous le filtre, sont destinées à recevoir l’une les boues en provenance de la ligne A et l’autre celles en provenance de la ligne B.
Le choix de la ligne en cours de filtration oriente le sens de la marche d’un transporteur convoyant les boues filtrées vers l’une ou l’autre benne. Les boues de zinc sont ainsi séparées de celles d’aluminium en utilisant un filtre commun.
RÉSULTATS
Les résultats du traitement portant sur cinq mois d’exploitation sont mentionnés au tableau ci-après.
(tous les résultats sont exprimés en mg/L)
On peut constater que :
— le pH se situe dans la fourchette : 7,5-8,5 ;
— le taux de matières en suspension est en moyenne égal à 16 mg/l ;
— le taux de métaux lourds est en moyenne inférieur à 5 mg/l ;
— la teneur en fluorure est en moyenne égale à 8 mg/l.
Résultats annuels
Du point de vue quantitatif, l’estimation pour l’année 1981 des enlèvements des boues s’élève à 220 tonnes de matières sèches, y compris l’apport de chaux.
En fait, la pollution retenue par rapport à la situation antérieure sera de l’ordre de 150 tonnes de produits métalliques.
COÛTS
1. - Investissements
Fournitures :
équipement de la station : 2 770 KF
génie civil de la station : 1 650 KF
collectes alarmes fluides : 1 570 KF
études fosses : 1 760 KF
au 12 janvier 1981 : 7 750 KF
Ces travaux ont bénéficié d’une aide financière sous forme de subvention et de prêts de l’Agence Financière de Bassin Seine-Normandie.
2. - Exploitation
Prix de revient 1 m³ effluent traité (hors amortissement) = 5,62 F
