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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 Génie industriel G 1 330 − 1 Lutte contre la pollution des eaux Finitions à haute performance par Pierre GILLES Chef du Service Filière de la Direction Technique à l’Omnium de Traitement et de Valorisation (OTV) ar ﬁnitions à haute performance, le lecteur comprendra des traitements de ﬁnition à haute performance ayant pour objectif le recyclage des eaux. La réutilisation ou le recyclage des eaux usées est un moyen efﬁcace de pré- server les ressources en eaux naturelles. Par rapport aux ﬁlières classiques de traitement conçues pour rejeter dans le milieu naturel, la réutilisation des eaux usées nécessite un complément de trai- tement pour rendre la qualité de l’eau traitée compatible à l’usage que l’on veut en faire. Les deux domaines principaux de réutilisation des eaux usées sont, d’une part, l’irrigation (arrosage de cultures, engraissement de pâturages en agriculture – arrosage d’espaces verts, de terrains de jeu en zone urbaine), d’autre part, le recyclage en industrie pour des usages divers (lavage de sols, de produits, eau de refroidissement, eau de procédé). 1. Pollutions résiduelles en sortie de traitement biologique........... G 1 330 - 2 1.1 Action du traitement biologique sur les pollutions .................................. — 2 1.2 Pollutions solubilisées................................................................................. — 2 1.3 Pollutions particulaires................................................................................ — 2 1.4 Pollutions bactériennes............................................................................... — 3 1.5 Couleur ......................................................................................................... — 3 2. Objectifs du recyclage et de la réutilisation de l’eau.................... — 3 2.1 Généralités ................................................................................................... — 3 2.2 Production d’eau pour l’irrigation.............................................................. — 3 2.3 Réutilisation dans l’industrie ...................................................................... — 4 3. Panorama des techniques utilisables................................................. — 4 4. Techniques combinées biologie-membrane ..................................... — 5 4.1 Présentation ................................................................................................. — 5 4.2 Procédé à boucle externe............................................................................ — 5 4.3 Procédé à membranes immergées ............................................................ — 6 5. Techniques physiques et physico-chimiques................................... — 6 5.1 Filtration sur matériau granulaire .............................................................. — 6 5.2 Filtration membranaire ............................................................................... — 7 5.3 Osmose inverse ........................................................................................... — 7 5.4 Désinfection UV ........................................................................................... — 8 5.5 Floculation-clariﬁcation............................................................................... — 8 5.6 Charbon actif................................................................................................ — 9 6. Techniques d’oxydation chimique ...................................................... — 9 6.1 Ozone............................................................................................................ — 9 6.2 Techniques d’oxydation avancée ............................................................... — 10 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. G 1 330 P LUTTE CONTRE LA POLLUTION DES EAUX ___________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. G 1 330 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie industriel La réutilisation nécessite un dispositif de transport et de distribution de l’eau usée, du site de production vers le site d’utilisation. La protection de ce dispositif d’un risque de colmatage et la protection des personnes face à un risque sani- taire potentiel requièrent un traitement minimal commun à tous les usages consistant en une réduction de la teneur en matières en suspension et en une éli- mination des germes de l’eau usée. Chaque utilisation particulière nécessite, en plus, un complément spéciﬁque de traitement pouvant porter sur l’élimination des matières en suspension, de la pollution organique résiduelle, de la couleur, de substances toxiques, de substances minérales dissoutes. Pour réaliser ce traitement complémentaire spéciﬁque, le traiteur d’eau dis- pose d’une gamme de techniques physiques, chimiques ou biologiques, cha- cune n’ayant qu’un domaine d’action particulier sur certaines formes de la pollution. Une bonne caractérisation des pollutions résiduelles de l’eau usée à réutiliser est alors indispensable pour concevoir un complément de traitement ﬁable et performant. Le présent article caractérise, dans une première partie, les pollutions résiduel- les contenues classiquement dans un efﬂuent épuré rejeté au milieu naturel. Il aborde ensuite les objectifs du recyclage et de la réutilisation et les niveaux de qualité à atteindre pour pouvoir recycler l’eau. Enﬁn, après un panorama synthé- tique des techniques utilisables, il en décrit certaines plus précisément en les illustrant par des exemples. Ce sont préférentiellement des techniques moder- nes à haute performance qui seront abordées. 1. Pollutions résiduelles en sortie de traitement biologique 1.1 Action du traitement biologique sur les pollutions Un traitement biologique performant, par exemple une boue acti- vée fonctionnant en faible charge et munie d’une clariﬁcation efﬁ- cace, élimine la quasi-totalité des pollutions particulaires et des composés biologiquement dégradables de l’eau usée admise au traitement. Les polluants éliminés par la biologie sont essentiellement des substances organiques et quelques composés minéraux (azote ammoniacal, azote nitrique). En traitement amont ou simultané- ment à la biologie, d’autres composés minéraux peuvent être élimi- nés par voie chimique (sulfures, phosphates). Le processus biologique permet, également, d’agglomérer sous forme de ﬂocons de quelques millimètres de diamètre, l’essentiel des pollutions par- ticulaires résiduelles, ces agglomérats décantables étant séparés de l’eau traitée au niveau du clariﬁcateur. Les pollutions rejetées dans l’efﬂuent épuré sont pour partie liées à une fuite en matières en suspension ; cette perte en particules soli- des (ﬂocons de boues activées) est due au rendement du clariﬁca- teur, équipement de séparation liquide-solide, qui à échelle industrielle ne peut jamais atteindre 100 %. Une autre partie de la pollution résiduelle est dissoute dans la phase liquide de l’efﬂuent où se retrouvent tous les composés solubles non dégradés par la biologie ; ces composés pouvant être soit apportés par l’eau usée, soit générés au cours du traitement. La ﬁgure 1 montre qu’il n’y a, en fait, pas de frontière nette entre substances solubilisées et composés en suspension, mais une évo- lution progressive et continue de la taille des éléments susceptibles d’être présents dans l’eau. La distinction entre soluble et particulaire se déﬁnit légalement par ﬁltration sur membrane de porosité 0,45 µm. Dans la pratique analytique courante en eau usée, on uti- lise fréquemment une membrane ﬁltrante en ﬁbre de verre dont le pouvoir de coupure se situe vers 4 µm. 1.2 Pollutions solubilisées 1.2.1 Sels minéraux dissous Dans ce groupe, le traitement amont ne permet d’éliminer, avec rendement élevé, que les composés azotés (N · , N · ), les sulfures et les phosphates pour lesquels de faibles teneurs rési- duelles de un à quelques mg/L peuvent généralement être atteintes, sans cependant en obtenir une élimination totale. À l’exception de l’azote ammoniacal et des phosphates, la biologie ne consomme pour sa croissance que des traces des divers sels dissous. Selon les conditions de pH et d’équilibre calco-carbonique du milieu, des composés initialement dissous peuvent cependant être partiellement éliminés. C’est le cas des biocarbonates, des cations alcalino-terreux (Ca2+ et Mg2+) et des métaux lourds qui sont préci- pités en partie sous forme de carbonates de calcium, de magnésium ou d’hydroxydes métalliques, composés peu solubles qui se retrou- vent dans les boues extraites. Les bicarbonates peuvent également être partiellement strippés à l’atmosphère sous forme de CO2. Les halogénures (chlorures, ﬂuorures), les sulfates, les cations alcalins (Na+, K+), très solubles, se retrouvent pratiquement sans aucun abattement dans l’efﬂuent épuré. En cas de traitement amont ou simultané par un sel de fer ou d’aluminium, les teneurs en chlo- rure ou en sulfate peuvent même être accrues. 1.2.2 Composés organiques dissous Les substances de ce groupe initialement présentes dans le rejet avant traitement sont spéciﬁques de l’activité industrielle. On y retrouve généralement acides organiques, amino-acides, oses, NH4 + NO3 – __________________________________________________________________________________________________ LUTTE CONTRE LA POLLUTION DES EAUX Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie industriel G 1 330 − 3 alcools, aldéhydes et cétones, amines, phénols, détergents... Le processus biologique en scinde les chaînes organiques biodégra- dables en composés à faible masse molaire qui sont alors partielle- ment convertis en biomasse et partiellement oxydés en dioxyde de carbone. Un traitement biologique performant élimine la quasi- totalité des matières organiques biodégradables sans cependant atteindre l’élimination totale. La faible teneur résiduelle de subs- tances dissoutes dégradables est essentiellement due à des composés à faible masse molaire qui titrent à quelques mg/L en demande biochimique en oxygène (DBO) et en demande chimique en oxygène (DCO). Certains composés organiques dissous du rejet sont réfractaires au processus biologique. Ils se retrouvent en totalité dans la phase soluble de l’efﬂuent épuré où ils titrent en DCO. À cette DCO réfrac- taire, également appelée DCO dure, est souvent associé un résiduel d’azote organique soluble réfractaire au traitement biologique appelé azote organique soluble dur. 1.2.3 Colloïdes ﬁns De granulométrie plus ﬁne que le pouvoir de coupure des ﬁltres standards, certains composés complexes, les colloïdes sont partiel- lement comptabilisés dans la phase soluble. Ces composés dont la taille s’échelonne de 0,1 à 10 µm peuvent être de nature très variée : molécules organiques complexes polymérisées, précipités ﬁns de matières minérales insolubles (une fraction des métaux lourds se trouve souvent sous forme colloïdale). Une des propriétés du traitement biologique étant d’agglomérer les ﬁnes particules (dont les colloïdes) sous forme de ﬂocons décan- tables, ce groupe de composés ne se retrouve généralement qu’en faible quantité après un traitement biologique performant. Les col- loïdes résiduels peuvent être une fraction des colloïdes apportés par l’eau résiduaire, mais peuvent également être des métabolites générés lors du traitement. 1.3 Pollutions particulaires Lors du processus biologique, les substances particulaires non dégradées de l’eau usée uploads/Industriel/ techniques-d-ingenieurs-6.pdf