La méthode de base du traitement des eaux usées consiste à utiliser divers moyens techniques pour séparer, éliminer et recycler les polluants contenus dans les eaux usées, ou les convertir en substances inoffensives afin de purifier l'eau.
Il existe de nombreuses méthodes de traitement des eaux usées, que l'on peut généralement classer en quatre catégories : le traitement biologique, le traitement physique, le traitement chimique et le traitement naturel.
1. Traitement biologique
Grâce au métabolisme des micro-organismes, les polluants organiques présents dans les eaux usées sous forme de solutions, de colloïdes et de fines suspensions sont transformés en substances stables et inoffensives. Selon les micro-organismes impliqués, le traitement biologique se divise en deux types : le traitement biologique aérobie et le traitement biologique anaérobie.
Le traitement biologique aérobie est largement utilisé pour le traitement biologique des eaux usées. Selon les différents procédés mis en œuvre, on distingue deux types de traitement biologique aérobie : le procédé à boues activées et le procédé à biofilm. Le procédé à boues activées constitue une unité de traitement à part entière et peut fonctionner selon divers modes. Les équipements de traitement du procédé à biofilm comprennent notamment les biofiltres, les bassins d'oxydation biologique, les cuves d'oxydation par contact biologique et les lits fluidisés biologiques. Le procédé à bassin d'oxydation biologique est également appelé traitement biologique naturel. Le traitement biologique anaérobie, aussi appelé traitement de réduction biologique, est principalement utilisé pour traiter les eaux usées et les boues fortement concentrées en matières organiques.
2. Traitement physique
Les méthodes de séparation et de récupération des polluants insolubles en suspension (notamment les films et gouttelettes d'huile) dans les eaux usées par action physique se divisent en trois catégories : la séparation par gravité, la séparation centrifuge et la rétention par tamisage. La séparation par gravité comprend des unités de traitement telles que la sédimentation et la flottation (flottation à l'air), et utilise des équipements comme le dessableur, le bassin de sédimentation, le séparateur de graisses, le bassin de flottation à l'air et ses dispositifs auxiliaires. La séparation centrifuge constitue une unité de traitement à part entière, employant notamment la centrifugeuse et l'hydrocyclone. La rétention par tamisage comprend deux étapes : le tamisage et la filtration. La première utilise des grilles et des tamis, tandis que la seconde utilise des filtres à sable et des filtres microporeux. Le traitement par échange thermique est également une méthode physique, et ses étapes comprennent l'évaporation et la cristallisation.
3. Traitement chimique
Le traitement chimique des eaux usées consiste à séparer et éliminer les polluants dissous et colloïdaux présents dans les eaux usées, ou à les convertir en substances inoffensives par des réactions chimiques et des transferts de masse. Parmi les procédés de traitement chimique, on trouve des unités de traitement basées sur le dosage par réaction chimique, telles que la coagulation, la neutralisation et l'oxydoréduction. Les unités de traitement basées sur le transfert de masse comprennent quant à elles l'extraction, le stripping, l'adsorption, l'échange d'ions, l'électrodialyse et l'osmose inverse. Ces deux dernières unités sont regroupées sous le terme de séparation membranaire. Le traitement par transfert de masse, qui combine action chimique et action physique, peut être considéré comme un procédé physico-chimique à part entière.
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processus de traitement des eaux usées commun
1. Dégraissage des eaux usées
Les indicateurs de pollution, tels que la teneur en huile, la DCO et la DBO5, sont très élevés dans les eaux usées de dégraissage. Les méthodes de traitement comprennent l'extraction acide, la centrifugation ou l'extraction par solvant. L'extraction acide est la méthode la plus couramment utilisée : elle consiste à ajouter de l'acide sulfurique (H₂SO₄) pour ajuster le pH à 3-4 afin de désémulsionner le mélange, puis à le chauffer à la vapeur avec du sel et à l'agiter. Après un temps de repos de 2 à 4 heures à une pression de 45 à 60 tonnes, l'huile remonte progressivement à la surface et forme une couche de graisse. Le taux de récupération de la graisse peut atteindre 96 % et l'élimination de la DCO est supérieure à 92 %. Généralement, la concentration massique d'huile à l'entrée est de 8 à 10 g/L et celle à la sortie est inférieure à 0,1 g/L. L'huile récupérée est ensuite transformée en acides gras mixtes pouvant servir à la fabrication de savon.
2. Eaux usées issues du chaulage et de l'épilation
Les eaux usées issues du chaulage et de l'épilation contiennent des protéines, de la chaux, du sulfure de sodium, des matières en suspension, 28 % de la DCO totale, 92 % du S2- total et 75 % des MES totales. Les méthodes de traitement comprennent l'acidification, la précipitation chimique et l'oxydation.
La méthode d'acidification est fréquemment employée en production. Sous pression négative, l'ajout d'acide sulfurique (H₂SO₄) permet d'ajuster le pH entre 4 et 4,5, générant ainsi du sulfure d'hydrogène (H₂S). Ce dernier est absorbé par une solution de soude (NaOH) pour produire de l'alcali sulfuré réutilisable. Les protéines solubles précipitées dans les eaux usées sont filtrées, lavées et séchées pour obtenir le produit final. Le taux d'élimination des sulfures peut dépasser 90 %, et la DCO et les MES sont réduites respectivement de 85 % et 95 %. Ce procédé est économique, simple à mettre en œuvre et facile à contrôler, et son cycle de production est court.
3. Eaux usées de tannage au chrome
Le principal polluant des eaux usées de tannage au chrome est le chrome ionisé (Cr3+), à une concentration massique d'environ 3 à 4 g/L, et un pH légèrement acide. Les méthodes de traitement comprennent la précipitation alcaline et le recyclage direct. 90 % des tanneries chinoises utilisent la précipitation alcaline, qui consiste à ajouter de la chaux, de l'hydroxyde de sodium, de l'oxyde de magnésium, etc., aux eaux usées contenant du chrome. Après réaction et déshydratation, on obtient des boues chromifères qui peuvent être réutilisées dans le processus de tannage après dissolution dans de l'acide sulfurique.
Durant la réaction, le pH se situe entre 8,2 et 8,5, et la précipitation est optimale à 40 °C. L'agent précipitant alcalin est l'oxyde de magnésium. Le taux de récupération du chrome est de 99 % et sa concentration massique dans l'effluent est inférieure à 1 mg/L. Cependant, cette méthode convient aux tanneries industrielles, et les impuretés telles que les huiles solubles et les protéines présentes dans les boues de chrome recyclées peuvent altérer l'efficacité du tannage.
4. Traitement complet des eaux usées
4.1. Système de prétraitement : Il comprend principalement des installations de traitement telles qu’une grille, un bassin de régulation, un bassin de sédimentation et un bassin de flottation à air. La concentration en matières organiques et en matières en suspension dans les eaux usées de tannerie est élevée. Le système de prétraitement permet d’ajuster le volume et la qualité de l’eau, d’éliminer les matières en suspension et les MES, de réduire une partie de la charge polluante et de créer des conditions optimales pour le traitement biologique ultérieur.
4.2. Système de traitement biologique : La concentration en DCO (ρ(CODcr)) des eaux usées de tannerie est généralement de 3 000 à 4 000 mg/L et leur concentration en DBO₅ (ρ(BO₅)) de 1 000 à 2 000 mg/L. Il s’agit d’eaux usées à forte concentration organique. Le rapport m(BO₅)/m(CODcr) est de 0,3 à 0,6, ce qui les rend adaptées au traitement biologique. Actuellement, en Chine, les procédés les plus répandus sont le bassin d’oxydation, le réacteur séquentiel à biofilm (SBR) et l’oxydation biologique par contact. D’autres procédés sont également utilisés : l’aération par jet, le réacteur séquentiel à biofilm discontinu (SBBR), le lit fluidisé et le lit de boues anaérobie à flux ascendant (UASB).
Date de publication : 17 janvier 2023
