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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Environnement G 1 270 − 1 Traitements physico-chimiques de la pollution insoluble Jean-Claude BOEGLIN Ingénieur chimiste, Docteur ès sciences Ancien Directeur de l’Institut de recherches hydrologiques (IRH)-environnement, Nancy Conseiller scientiﬁque de l’Institut de promotion industrielle (IPI)-environnement industriel, Colmar Expert International du NANCIE (Centre international de l’eau de Nancy) es activités industrielles génèrent selon le ou (les) types de fabrication des rejets polluants continus ou discontinus d’une extrême diversité. Ces rejets par opposition aux eaux usées domestiques présentent des caracté- ristiques physico-chimiques très variables qui peuvent ﬂuctuer notablement en cours de journée, d’une semaine à l’autre, voire de façon saisonnière pour cer- taines fabrications. On a affaire à des mélanges de composition hétérogène, qui renferment des matières organiques et minérales à l’état insoluble ou en dissolution, dont cer- taines peuvent avoir un caractère toxique plus ou moins marqué. La dépollution des rejets industriels, compte tenu de leur hétérogénéité de composition, conduira toujours à la conception d’une chaîne de traitements assurant par étapes successives l’élimination – en fonction des objectifs visés pour la qualité de l’eau traitée – des différents polluants que renferment les eaux résiduaires industrielles (ERI). On procède tout d’abord à des traitements assurant l’élimination de la pollu- tion insoluble, constituée de particules solides plus ou moins ﬁnement disper- sées et de substances liquides non miscibles à l’eau (huiles, hydrocarbures) à l’état libre et/ou plus ou moins émulsionné. C’est l’objet des traitements physico-chimiques qui ne constituent, souvent, qu’une étape de la chaîne de traitements des rejets industriels. Dans cet article, nous procéderons : 1. Objet des traitements physico-chimiques......................................... G 1 270 - 2 2. Prétraitements.......................................................................................... — 3 2.1 Dégrillage ..................................................................................................... — 3 2.2 Tamisage ...................................................................................................... — 3 2.3 Dessablage................................................................................................... — 4 2.4 Déshuilage – dégraissage ........................................................................... — 4 2.5 Autres traitements préliminaires................................................................ — 5 3. Clariﬁcation............................................................................................... — 6 3.1 Techniques de traitement étudiées ............................................................ — 6 3.2 Techniques de destruction de l’état colloïdal ............................................ — 6 3.3 Techniques de séparation des insolubles.................................................. — 11 4. Efﬁcacité des installations de traitements....................................... — 17 4.1 Considérations générales ........................................................................... — 17 4.2 Exemples de réalisations industrielles ...................................................... — 17 Références bibliographiques ......................................................................... — 20 L TRAITEMENTS PHYSICO-CHIMIQUES DE LA POLLUTION INSOLUBLE _____________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. G 1 270 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Environnement — à l’inventaire puis à un rappel sommaire des principes généraux des diffé- rentes méthodes de traitement par voie physico-chimique applicables aux rejets industriels ; — à la description des technologies de traitement des différents procédés assurant l’élimination de la pollution insoluble, en situant les critères de dimen- sionnement, les performances pouvant être obtenues et les domaines d’applica- tions industrielles. L’étude complète du sujet comprend les articles : — G 1270 - Traitements physico-chimiques de la pollution insoluble (le présent article) ; — G 1271 - Traitements physico-chimiques de la pollution soluble. 1. Objet des traitements physico-chimiques La quasi-totalité des rejets industriels renferment dans des pro- portions très variables des insolubles : — particules solides plus ou moins dispersées ; — liquides non miscibles à l’eau à l’état libre ou en émulsion. Ces composés, responsables de la turbidité et de la coloration des rejets, diffèrent de par leur nature (organique ou minérale) et de par leurs caractéristiques, en particulier la densité et la granulométrie qui peuvent varier très largement. La ﬁgure 1 indique en fonction de la taille approximative des élé- ments insolubles, les différents traitements physico-chimiques applicables aux rejets industriels. D’une manière générale, tout traitement de dépollution assurant l’élimination des insolubles, comporte : — des traitements préliminaires ou prétraitements qui consis- tent en un certain nombre d’opérations mécaniques et physiques destinées à extraire de l’eau le maximum d’éléments dont la nature et les dimensions constitueraient une gêne pour les étapes ultérieu- res du traitement ; — des traitements physico-chimiques de clarification qui assu- rent une séparation physique généralement solide-liquide, dans le but de retenir au maximum les insolubles présents dans les eaux résiduaires. On notera que ces traitements physico-chimiques ne constituent dans la majorité des cas, qu’une étape de la chaîne de traitements des rejets industriels. Ils sont mis en œuvre généralement : — soit en amont d’une épuration biologique, avec pour objet outre l’élimination des matières en suspension, une réduction concomitante de la pollution organique (DCO, DBO5) des rejets qui correspond aux insolubles séparés de l’eau ; — soit en aval d’une épuration biologique dans le cadre d’un trai- tement tertiaire de finition dont l’objet est d’améliorer la qualité de l’eau traitée avant rejet dans le milieu récepteur. Dans le vocabulaire du traiteur d’eau, l’élimination des matiè- res en suspension décantables, habituellement par sédimenta- tion fait l’objet du traitement primaire. Figure 1 – Traitements physico-chimiques applicables aux rejets industriels 0,1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 2 µm 20 µm 200 µm 10 µm 100 µm 1 mm 2 mm 1 cm Dimension de la particule Tamisage - Dégrillage Coagulation - Floculation - Décantation Flottation Filtration Osmose inverse Nanofiltration Microfiltration Ultrafiltration Matières dissoutes (sels, ions, protéines) Matières colloïdales Argiles Virus Limons Sables Fin Moyen Gros Plancton Pollen Bactéries Mati Matières en suspension Matières en suspension _____________________________________________________________________________ TRAITEMENTS PHYSICO-CHIMIQUES DE LA POLLUTION INSOLUBLE Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Environnement G 1 270 − 3 2. Prétraitements Les prétraitements sont destinés à séparer des eaux résiduaires : — les matières solides volumineuses risquant d’obstruer les canalisations de l’installation de traitement ; — les matières flottantes et les polluants liquides (huiles, hydro- carbures) non miscibles à l’eau et généralement moins denses qu’elle. Ils sont constitués d’un ensemble d’opérations physiques et mécaniques : dégrillage, tamisage, dessablage, déshuilage- dégraissage dont la mise en œuvre est largement dépendante de la nature et des caractéristiques des rejets industriels à traiter et aussi de la ligne de traitement prévue en aval [1] [5]. 2.1 Dégrillage Il permet de séparer les matières volumineuses. Son principe est extrêmement simple, puisqu’il consiste à faire passer l’eau brute à travers des grilles composés de barreaux placés verticalement ou inclinés de 60 à 80˚ sur l’horizontale. L ’espacement des barreaux varie de 10 à 100 mm. La vitesse moyenne de passage de l’eau entre les barreaux est comprise entre 0,6 et 1 m/s. Le nettoyage des grilles est réalisé généralement de façon auto- matique par un dispositif mécanique agissant en amont ou en aval du champ de la grille. On distingue deux types de grilles. I Grilles à nettoyage par l’amont Les grilles courbes (ﬁgure 2) avec un ou deux bras diamétraux rotatifs de nettoyage, équipées de râteaux (éventuellement de bros- ses sur des grilles très ﬁnes), avec éjection automatique des détritus dans une goulotte de réception. Les grilles droites dont le champ de grille est généralement incliné de 80˚ sur l’horizontale et dont le dispositif de nettoyage est du type à râteau ou à grappin alternatif, à commande par câbles, permettant d’obtenir une grande hauteur de relèvement des détritus. I Les grilles mécaniques à nettoyage par l’aval sont équipées de râteaux peignes, montés sur chaînes sans ﬁn, elles peuvent trai- ter des eaux chargées. Le fonctionnement du dispositif de nettoyage peut être commandé par une temporisation ou/et à partir d’un indi- cateur de perte de charge différentiel. 2.2 Tamisage Le tamisage assure un dégrillage poussé par ﬁltration des eaux brutes sur toile, treillis ou tôle perforée, à mailles plus ou moins ﬁnes [7]. On distingue classiquement, selon la dimension des mailles de la toile, le macrotamisage, qui est destiné à retenir les particules supé- rieures à 200 µm et le microtamisage, qui retient les particules plus petites, dont l’application aux prétraitements des eaux résiduaires est très limitée en raison d’un colmatage trop rapide. Par contre, le macrotamisage est souvent utilisé dans le prétraitement de certai- nes eaux résiduaires industrielles, pour séparer des matières ﬂot- tantes diverses, des débris végétaux et animaux et les ﬁbres comme dans l’industrie papetière. Selon les dispositifs de nettoyage et d’extraction des déchets, on peut distinguer différents types de tamis. 2.2.1 Tamis à lavage par eaux sous pression 2.2.1.1 Microtamis rotatif Installé dans un canal construit en béton, l’appareil se présente sous la forme d’un tambour cylindrique à axe horizontal, partielle- ment immergé dans les eaux résiduaires à traiter. Ce tambour est formé par une succession de panneaux ﬁltrants, constitués par une toile d’acier inoxydable ou de bronze, tendues sur un cadre métalli- que. Le tamisage se fait de l’intérieur vers l’extérieur du tambour ou inversement (ﬁgure 3). Les eaux de lavage véhiculant les déchets retenus (à des concen- trations en matières solides pouvant atteindre 10 g/L) devront faire l’objet d’un traitement séparé. 2.2.1.2 Filtres mécaniques Différents constructeurs industriels proposent des ﬁltres alimen- tés par pompage dans une gamme de débits allant de quelques m3/h jusqu’à 5 000 m3/h, c’est le cas en particulier : — des filtres cyclones à entrée tangentielle supérieure, uploads/Industriel/ techniques-d-ingenieurs-5.pdf