De A à Z des étapes de traitement des eaux usées industrielles

L'utilisation de l'eau à des fins industrielles, commerciales et domestiques ajoute des contaminants indésirables à nos plans d'eau qui modifient les propriétés physiques et chimiques de l'eau, la rendant impropre à l'utilisation et dangereuse d'un point de vue environnemental. Les eaux usées doivent donc subir une série de processus de traitement pour améliorer la qualité de l'eau, la rendant ainsi conforme aux normes environnementales, de santé et de sécurité.

Le traitement des eaux usées se déroule généralement en trois étapes : primaire, secondaire et tertiaire. Il existe une série de paramètres physiques, chimiques et biologiques tels que la couleur, l'odeur, la turbidité, le pH, la DCO, la DBO, la teneur en azote, le TDS et la teneur en agents pathogènes qui régissent la réutilisation et la traitabilité des eaux usées. Chaque étape de traitement garantit que les paramètres des eaux usées se rapprochent d'être satisfaits.

1. Traitement primaire des eaux usées

Le traitement initial des effluents industriels se produit lors du traitement primaire où les solides en suspension tels que le plastique, le bois, la graisse, etc. sont éliminés physiquement. Tous les types de matériaux colloïdaux présents dans l'eau sont soumis à un traitement chimique, à l'aide de floculants et de coagulants qui floculent avec le matériau colloïdal contaminant et le font se déposer au fond du réservoir de traitement. C'est à ce stade que le pH de l'effluent est neutralisé à l'aide d'un acide ou d'un alcali avant que les eaux usées ne soient envoyées au traitement secondaire des eaux usées. Il s'agit d'une étape nécessaire pour favoriser la croissance microbienne au stade du traitement secondaire des eaux usées. Les microbes préfèrent un environnement au pH presque neutre pour se nourrir, prospérer et se répliquer.

2. Traitement secondaire des eaux usées

Le traitement primaire des eaux usées est suivi d'un traitement secondaire des eaux usées qui est au cœur du processus de traitement des eaux usées. Le traitement secondaire est également connu sous le nom de processus de traitement biologique dans lequel l'effluent traité primaire est ensuite traité à l'aide d'agents biologiques provoquant l'oxydation du carbone et l'élimination d'autres nutriments. Le traitement secondaire des eaux usées est effectué à l'aide d'agents biologiques comme des enzymes ou des micro-organismes.

A. Traitement secondaire des eaux usées par médiation enzymatique

Les enzymes sont des molécules protéiques biologiques non vivantes qui catalysent une réaction biochimique. Dans les processus de traitement secondaire des eaux usées à médiation enzymatique, les enzymes traitent l'eau via une réaction enzyme-substrat, où l'enzyme se fixe à un site du substrat et provoque la dégradation du substrat. L'inconvénient est que l'utilisation d'enzymes devient une affaire coûteuse compte tenu des besoins continus en grand volume. En raison de la spécificité de substrat des enzymes, des polluants organiques supplémentaires ne peuvent pas être dégradés. Ils restent également très sensibles aux fluctuations de l'environnement qui peuvent facilement les rendre inactifs et donc nécessiter leur remplacement. Ils ont également besoin d'infrastructures spécifiques pour être employés dans une installation de traitement.

B. Traitement secondaire des eaux usées par les microbes

La dégradation microbienne des eaux usées est la méthode la plus polyvalente, la plus efficace et la plus simple pour le traitement secondaire des eaux usées . Le traitement microbien des effluents peut facilement dégrader la majorité des polluants organiques couramment présents dans les eaux usées. Les microbes utilisent ces polluants organiques comme source de nourriture pour décomposer les composés organiques toxiques de haut poids moléculaire en eau, dioxyde de carbone, biomasse et autres sous-produits plus petits et non toxiques. La capacité des microbes à survivre, s'adapter, se multiplier et dégrader de manière non spécifique tout polluant organique en fait la solution la plus rentable et la plus efficace pour le traitement secondaire des eaux usées. Il est conseillé d'utiliser un produit microbien composé d'un consortium de microbes hautement tenaces et scientifiquement sélectionnés, capables de cibler une grande variété de composés organiques simples et récalcitrants pour de meilleurs résultats lors du traitement secondaire des eaux usées.

2.1. Modes de traitement secondaire des eaux usées

Le processus de traitement secondaire peut être principalement classé en traitement aérobie et anaérobie, selon que les microbes du système de traitement nécessitent la présence d'oxygène pour survivre et traiter l'eau entrant dans le système.

2.1. Traitement aérobie :

Dans le traitement aérobie, la dégradation microbienne des effluents a lieu en présence d'air/oxygène, qui est apporté mécaniquement par des aérateurs. La consommation d'énergie pour faire fonctionner en continu les aérateurs et surveiller les paramètres du réservoir secondaire le rend plus coûteux que le traitement anaérobie. Mais la dégradation rapide et efficace des polluants dans des conditions aérobies lui donne un avantage sur le traitement anaérobie. Une dégradation plus rapide des polluants assure un temps de rétention moindre pour les effluents, ce qui réduit à son tour le besoin d'un grand espace terrestre. La technologie aérobie est employée par diverses technologies telles que :

Traitement des boues activées - C'est la technologie la plus couramment utilisée dans le traitement secondaire des eaux usées. Dans ce processus, les micro-organismes et les solides sont mis en suspension dans le réservoir à l'aide de grands aérateurs et agitateurs. Les microbes interagissent avec les polluants organiques et les dégradent. Les solides et les microbes se regroupent pour former des flocs sous forme de solides en suspension dans une liqueur mixte (MLSS). Après avoir atteint le traitement d'effluent souhaité, la liqueur mixte est déversée dans le clarificateur secondaire où les boues se déposent au fond et le surnageant est ensuite soumis à un traitement tertiaire. Une partie des boues est recyclée vers l'unité de traitement secondaire et celle-ci sert de semence pour un traitement ultérieur des eaux usées entrantes. Les microbes de ces boues sont déjà pré-acclimatés à la charge organique de l'eau, ce qui rend le processus de dégradation plus rapide et plus efficace.

Réacteurs à biofilm à lit mobile (MBBR) : les MBBR sont également un type de procédé à boues activées, mais les microbes sont fixés à la surface du support en polyéthylène sous forme de biofilm. Ces supports inertes peuvent facilement se déplacer à l'intérieur du réservoir d'aération, offrant un accès facile pour l'interaction microbienne et des déchets en raison de sa plus grande surface. Leur mouvement facilite un taux de dégradation plus élevé.

Réacteurs discontinus séquentiels (SBR) : Il fonctionne sur le remplissage et le puisage du système de boues activées à des intervalles spécifiques au cours du processus de traitement. Après le traitement, l'aération et l'agitation sont arrêtées et la décantation des boues est autorisée. Le surnageant traité est ensuite aspiré à la sortie. Dans ce processus de traitement secondaire des eaux usées, l' égalisation, l'aération et la clarification peuvent être réalisées en un seul système.

Bioréacteurs à membrane : La combinaison du traitement biologique des eaux usées comme les boues activées avec des procédés à membrane comme la microfiltration (MF) ou l'ultrafiltration (UF) peut être réalisée avec des bioréacteurs à membrane. L'unité de filtration est placée à l'intérieur du réacteur biologique et l'effluent est aspiré à travers l'unité de filtration maintenant la biomasse microbienne à l'intérieur du réacteur.

2.1.2. Traitement anaérobie-

Le traitement microbien des effluents en l'absence d'air/oxygène est connu sous le nom de traitement anaérobie. Ces dégradations sont réalisées par des micro-organismes anaérobies. C'est une méthode rentable pour le traitement secondaire des eaux usées car elle ne nécessite pas d'apport d'énergie élevé. Bien que l'apport d'énergie pour des systèmes tels que les agitateurs et la surveillance des données en temps réel soit minime, l'espace requis pour traiter un grand volume d'effluents avec des temps de rétention plus élevés est beaucoup plus élevé par rapport à ses homologues aérobies. Les technologies utilisées dans le traitement anaérobie comprennent :

Lagunes anaérobies : les bassins en terre artificiels tels que les étangs qui fournissent des conditions anaérobies pour le traitement des effluents sont appelés lagunes anaérobies. Les effluents sont maintenus dans des lagunes et additionnés de microbes anaérobies potentiels pour la dégradation des polluants. Cette technologie nécessite un temps de rétention plus élevé par rapport à tout autre système anaérobie.

Réacteurs à couverture de boues anaérobies (ASB) : dans ce procédé, l'influent passe à travers une couverture de flocs ou de boues granulaires dans des conditions anaérobies. Le flux d'effluent peut être descendant ou ascendant. Le réacteur à couverture de boues anaérobies à flux ascendant (UASB) est la technologie ASB la plus couramment utilisée.

Réacteurs à filtre anaérobie. Dans ce processus, l'effluent est autorisé à passer à travers des filtres anaérobies avec des biofilms retenus à sa surface. Le filtre contient un support inerte qui peut être d'origine synthétique ou naturelle. Les filtres peuvent fonctionner en flux ascendant ou descendant.

Élimination de l'azote par nitrification et dénitrification : cette méthode de traitement secondaire des eaux usées utilise une combinaison de traitement aérobie suivi d'un traitement anaérobie pour l'élimination des éléments nutritifs tels que l'azote. L'azote est généralement présent dans l'eau sous forme d'ammoniac à pH alcalin, d'ion ammonium à pH acide et d'azote ammoniacal à pH neutre. Le processus d'élimination de l'azote est un processus en deux étapes appelé nitrification et dénitrification.

Traitement tertiaire des eaux usées

Le traitement tertiaire des eaux usées est le processus de traitement final qui utilise une combinaison de processus physiques et chimiques pour éliminer les agents pathogènes microbiens nocifs et les formes de vie supérieures des eaux usées. Cela peut impliquer une méthode physique de séparation telle qu'une filtration suivie d'un traitement de désinfection physique/chimique supplémentaire. D'autres procédés peuvent également être utilisés en plus. Parfois, en raison du manque de ressources, cette partie du traitement est complètement ignorée. Il est donc d'autant plus important que le traitement secondaire des eaux usées soit le plus efficace possible.

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