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GCH-2101 Assainissement industriel Préparé par B. Grandjean, Département de gén

GCH-2101 Assainissement industriel Préparé par B. Grandjean, Département de génie chimique Université Laval P3 P3- -Eau: Eau: 1 1 Chapitre 3: 3.1 Filières de traitement: • Traitements primaires • Traitements secondaires • Traitements tertiaires • Pré-traitement et traitement spéciaux Traitements primaires: • décantation, filtration (MES) • coagulation pour l'enlèvement de matière en suspension ou colloïdale • flottation pour l'enlèvement des huiles, graisses ou solides. • égalisation, pour amortir les variations de charges ou de débit de l'effluent • neutralisation (pH) avant rejet au milieu naturel Traitements secondaires: enlèvement biologique du Carbone • boues activées • lits bactériens • réacteurs biologiques séquentiels • disques biologiques (RBC, rotating biological contactor) • lagunes aérées. Traitements secondaires • Typiquement, ils permettent de réduire en dessous de 25 mg/L de DBO la charge d'effluent initialement dans une gamme de 100-1000 mg/L ou plus. Traitements tertiaires • pour l'enlèvement d'éléments ou composés spécifiques • - azote (nitrification/dénitrification) - phosphore (déphosphatation) - composé organique réfractaire - matière colloïdale • procédés biologiques et procédés physico-chimiques Traitements spéciaux, pour préparer un effluent avant: • des traitements primaires ou secondaires (si toxique au biologique) • son rejet dans le réseau d'égout municipal • en station d'épuration d'eaux domestiques: prétraitement=dégrillage GCH-2101 Assainissement industriel Préparé par B. Grandjean, Département de génie chimique Université Laval P3 P3- -Eau: Eau: 2 2 Traitement des boues: • Les boues générées autant par les traitements primaires que secondaires devront être traitées • épaississement,digestion aérobie ou anaérobie, filtration, centrifugation, séchage, incinération, épandage, enfouissement etc. Choix d'une filière de traitement • éviter les dilutions • ne pas mélanger des courants fortement et faiblement pollués • ne pas mélanger des courants nécessitant des traitement différents • enlever en tête ce qui peut être enlevé facilement • pertinence dans l'ordre des étapes (inhibition,colmatage) 3.2.1: Égalisation Objectifs amortir les fluctuations dans le temps : • du débit de l'effluent • et/ou de ses caractéristiques L'égalisation va permettre: • d'amortir les fluctuations (débit,COT, composé toxique) préjudiciables au bon fonctionnement d'un procédé biologique • de faciliter le contrôle du pH (par mélange de courants d'acide et de base) • d'amortir les fluctuations de débit dans un procédé physico-chimique (avec une capacité nominale d'ajout de réactifs chimiques) égalisation (suite) • de permettre le fonctionnement continu du procédé de traitement lorsque l'effluent est disponible de façon discontinue • de régulariser les rejets dans un réseau municipal d'égout alimentant une station d'épuration Utilisation d'un bassin d'égalisation qui fonctionne: • à niveau constant (mais le débit peut varier): • à niveau variable (pour assurer un débit constant en sortie) GCH-2101 Assainissement industriel Préparé par B. Grandjean, Département de génie chimique Université Laval P3 P3- -Eau: Eau: 3 3 Bassin à niveau constant Qin = Qout débit variable Q in Q out Bassin à débit constant Qout = constante; niveau variable Q in variable Q out Niveau maximum Niveau minimum Le bassin doit être: • suffisamment bien mélangé pour éviter les dépôts des matières solides décantables et permettre le mélange si plusieurs effluents sont introduits • suffisamment volumineux pour permettre de délivrer un débit constant Égalisation avec bassin additionnel si pics de charge Capteur DCO,MES, pH etc... 3.2.2 Neutralisation • des effluents acide ou basique • gamme de pH pour les rejets 6-9 • gamme de pH pour un procédé biologique 6.5-8.5 Neutralisation des effluents acides avec: • CaO, chaux vive [coût relatif du traitement 1] • carbonate de calcium CaCO3 (pierre à chaux, lait de chaux si en suspension) [1.4] • hydroxyde de calcium Ca(OH)2 (chaux hydratée ou éteinte) [1.9] • soude NaOH [6.] • carbonate de sodium, Na2CO3 [11.] GCH-2101 Assainissement industriel Préparé par B. Grandjean, Département de génie chimique Université Laval P3 P3- -Eau: Eau: 4 4 Neutralisation de rejets basiques • avec des acides forts: - sulfurique [coût relatif du traitement 1] - chlorhydrique [2.6] - nitrique [3.5] • si présence de gaz de combustion (CO2) par bullage formation de l’acide carbonique (H2CO3) qui va neutraliser l'effluent basique (acide faible, contrôle facile) Neutralisation en présence de solution tampon • sol. tampon: le pH varie faiblement lors d'ajout d ’une solution acide ou basique. • cas des eaux domestiques qui peuvent tolérer plus facilement des apports acides ou basiques • si disponibles, on peut neutraliser un effluent acide avec un autre effluent basique 3.3: Sédimentation • sédimentation ou décantation: procédé d'enlèvement des matières solides décantables en suspension dans l'eau • on met à profit les différences de densité entre les phases liquide et solide • 4 types de sédimentation Type I: sédimentation de particules isolées • en milieu dilué, pour des particules non flocculantes • les particules décantent indépendamment les unes des autres • la vitesse de chute des particules est constante: vitesse terminale de chute Type II: sédimentation de particules flocculantes • dans un milieu encore dilué (50<MES<500 mg/L) • les particules s'agrègent pour former des flocs de plus en plus gros • la vitesse augmente avec la taille du flocs Type III: sédimentation en zone • pour des particules flocculantes dans un milieu assez concentré (MES>500 mg/L) • les flocs ne décantent pas de façon indépendante mais en bloc • décantation d'ensemble freinée GCH-2101 Assainissement industriel Préparé par B. Grandjean, Département de génie chimique Université Laval P3 P3- -Eau: Eau: 5 5 Type IV: sédimentation par compression • le milieu est très concentré • les particules forment une structure • la sédimentation résulte de la modification de cette structure Types de décanteurs: (voir page III.3.1) • rectangulaires • circulaires (entrée au centre ou en périphérie) • avec dispositif de raclage au fond • grandeur caractéristique: taux de débordement ou charge hydraulique = Q/A (pas fonction de la profondeur mais de la surface) • décanteurs lamellaires Les équipements de décantations • décanteurs rectangulaires ou circulaires avec un dispositif de raclage pour enlever les boues (voir figure 3.32) • diamètre 10 -60 m, H 3-5 m http://www.ci.camarillo. ca.us/csd/pritreat.html Décanteur horizontal: Décanteur horizontal: Bassin de sédimentation rectangulaire à flux horizontal • largeur W, hauteur H , longueur L • pour une particule: - la vitesse horizontale est: VH=Q/(WH) - la vitesse verticale=VS =V0 • la particule sédimente si elle atteint le fond du bassin durant son passage (tR) • cas limite si la particule arrive à la hauteur H GCH-2101 Assainissement industriel Préparé par B. Grandjean, Département de génie chimique Université Laval P3 P3- -Eau: Eau: 6 6 Bassin de sédimentation rectangulaire H L W temps pour que la particule touche le fond tR les équations: • H=Vo.tR • L=VH. tR = Q/(WH) tR • L=Q/(WH) (H/ V0) • Vo=Q/(WL)=Q/A • Vo taux de débordement (ou charge hydraulique) taux de débordement d'un bassin ou charge hydraulique • vitesse de sédimentation des particules de plus petite taille qui sont enlevées en totalité lors de leur passage dans le bassin (ne dépend pas de H) • pour les particules VS> Vo, elles seront enlevées en totalité • pour les particules VS< Vo elles sont enlevées dans la proportion VS/Vo (si répartition uniforme sur la hauteur) Bassin circulaire: • la trajectoire des particules n'est plus rectiligne • on peut démonter que V0=Q/A (idem bassin rectangulaire) Bilan sur un décanteur Qo,Xo Qe,Xe Qu,Xu Qo=Qe+Qu QoXo=QeXe+QuXu Xe ~ 0 Autres équipements de décantations: • décanteurs lamellaires: ajout de surface de décantation (fig. p3.7.3) Cas des procédés physico-chimiques (ex: usine d’eau potable de Ste Foy) GCH-2101 Assainissement industriel Préparé par B. Grandjean, Département de génie chimique Université Laval P3 P3- -Eau: Eau: 7 7 3.4 Flottation • La flottation permet l'enlèvement des d'huiles et graisses et de certains solides en suspension (pour séparer les plus légers que l'eau) • flottation naturelle - assistée: bulles 2 à 5 mm • flottation mécanique 0.2-2mm (injection d'air+agitation) • flottation à air dissous: bulles de 40-70 microns Flottation à air dissous • L'effluent est mis sous pression (de 3.4 à 4.8 atm) en présence d'air qui se solubilise. Par détente, l'air dissous est relargué sous forme de petites bulles de gaz auxquelles certaines MES peuvent s'attacher et être ainsi entraînées dans l'ascension. Flottation à air dissous (suite) • Le système peut fonctionner avec ou sans recyclage. (voir figure) Le recyclage évite de soumettre l'effluent aux conditions de pressurisation qui peuvent endommager la qualité de certains flocs. • L'effluent clarifié est récupéré en pied de l'unité de flottation. effluent air détente dispositif d’écumage avec recyclage: air effluent Q R détente Flottation à air dissous pour enlever ou récupérer dans des eaux usées industrielles: • fibres • huiles minérales ou végétales • graisses, protéines • des pigments • algues (lagunage) • hydroxydes métalliques GCH-2101 Assainissement industriel Préparé par B. Grandjean, Département de génie chimique Université Laval P3 P3- -Eau: Eau: 8 8 Exemple de récupération de produits valorisables Industrie Produit récupéré valorisable Paramètres de fonctionnement Rendement de récupération vitesse m/h % de recirculation Raffineries de pétroles hydrocarbures 3-8 15-25 >90 Papeteries fibres 4-8 15-30 85-90 Huileries corps gras 2-4.5 10-20 75-99 Abattoirs graisses et protéïne 1-3 30-50 80-95 Fabriques de gélatine graisses 3-6 10-20 85-95 Compagnie Mabarex: Procédé de flottation pour abattoir http://www.mabarex.com/3_3a3_6a.html 3.5 Coagulation-Précipitation • une fraction uploads/Sante/ decantaion.pdf