Des procédés au service de l`environnement

Des procédés au service
de l'environnement
Traitement des eaux usées
et des effluents industriels
BIOX® : Du dopage des stations d'épuration biologique à
l'élimination du H2S dans les conduites d'eaux usées
BIOX® : De l’oxygène pur pour le traitement
des eaux
Ce procédé très simple à installer, dédié aux
stations d'épuration biologique collectives et
industrielles (agroalimentaire, pharmacie, etc.) a
fait les preuves de son efficacité. Il permet de
réaliser une économie à deux niveaux :
• Il évite la construction d'ouvrages
supplémentaires lorsque la station
fonctionnant à partir de l'oxygène de l'air
souffre d'une surcharge journalière, saisonnière
ou permanente.
• Il augmente très sensiblement la capacité
de traitement.
Le potentiel de performance d’un bioréacteur à
membrane peut seulement être entièrement
exploité si une injection en oxygène est installée.
Messer a développé un système d’injection
d’oxygène spécialement conçu avec lequel un
taux de dissolution en oxygène élevé peut être
réalisé de façon économique malgré la viscosité
élevée du mélange des eaux usées et des boues
épuratrices. En comparaison directe, dans un
bioréacteur à membrane, le système atteint une
capacité de dissolution 2,5 fois supérieure avec
2,5 fois moins de consommation d’énergie par
rapport à l’injection d’air. Dans le cas des
bioréacteurs sous pression, les économies
d’énergie sont bien plus importantes.
D'autre part, il permet :
BIOX-N® : Traitement de l’azote
• Une réduction des coûts énergétiques liés à
l’aération ;
• Une flexibilité du procédé ;
• La réduction des phénomènes de moussage
en surface des bassins ;
• Une forte diminution des émissions de COV
et des odeurs.
Cette extension du procédé BIOX® connaît un
grand succès : elle permet d'intégrer une étape
de dénitrification sans modification des
ouvrages existants.
L'augmentation de la capacité d'oxygénation
réalisée par l'apport d'oxygène pur assure la
nitrification dans un volume réduit et rend
possible l'utilisation d'une partie du bassin pour
effectuer la dénitrification.
Dans certains cas, les phases de nitrification et
dénitrification sont réalisées séquentiellement
dans le même bassin.
Cas des bioréacteurs à membranes
L’épuration des eaux usées par bioréacteurs à
membrane présente l’intérêt de rejeter une eau
de très bonne qualité pouvant être souvent
réutilisée. Les concentrations en biomasse dans
ces installations très compactes sont
régulièrement 3 à 8 fois plus importantes que
celles rencontrées dans les systèmes classiques.
Technologie à membrane
Biologie - taux élevé de boue
Filtration
Eaux usées
Eaux usées
épurées
Injection
d'oxygène
Recyclage
de la boue
Traitement des boues
Fig. 1 : Schéma de fonctionnement d'un bioréacteur à membrane équipé d'une injection d'oxygène pur
Dénitrification
Nitrification
Ajout d'O2
Décantation finale
Ajout d'O2
Décantation préliminaire
Boue activée
Fig. 2 : Exemple de schéma de fonctionnement du système BIOX-N®
Systèmes d’injection d’oxygène pur
Le choix du système d’injection ou d’une
combinaison de systèmes dépend largement de
l’application et des circonstances locales. Les
paramètres importants sont, par exemple, la
géométrie et la disponibilité du bassin et le coût
de l’énergie électrique locale.
BIOX-T® : Traitement d'H2S
Le manque d'air et le fonctionnement discontinu
sont à l'origine de l'état anaérobie des conduites
d'eau usées. Cet état génère la formation
d'hydrogène (H2S) qui entraîne l'émission
d'odeurs nauséabondes et la corrosion des
tuyauteries, un danger d'intoxication.
Messer propose deux méthodes d'injection :
La solution Messer : un apport d'oxygène
sous pression.
L'oxygène est fourni sous sa forme liquide par
camion citerne puis dépoté dans un réservoir
isolé sous vide. Si le besoin est peu important,
c'est la livraison de bouteilles qui sera adoptée.
Un vaporiseur atmosphérique transforme
l'oxygène liquide stocké à environ -183°C en
oxygène gazeux.
Un système assure l'injection de l'oxygène dans
la conduite et permet de rétablir des conditions
de fonctionnement aérobies ou anoxiques. Les
taux d'abattement de l'hydrogène sulfuré
peuvent dépasser 95 %.
• Par bullage en fond de bassin au moyen de
tuyaux souples perforés (sans aucune
consommation d'énergie supplémentaire) ;
• Par injecteur de type Venturi pour les bassins
de faible hauteur. L'installation d'injection est
montée sur châssis directement positionné au
fond du bassin. Elle comprend une pompe
immergée et un éjecteur Venturi qui assure
une dissolution optimisée de l'oxygène. La
boue activée mise en contact avec l'oxygène
est réinjectée dans le bassin au travers de
diffuseurs de mélange.
Fig. 3 : Système d'injection d'oxygène pur - tuyaux perforés (à gauche), injecteur Venturi (à droite)
Ozone : Oxydation et désinfection
L’ozone : un gaz très réactif
L’ozonation des eaux résiduaires ou des effluents
industriels est une opération permettant la
dégradation de micropolluants organiques et
minéraux, la destruction de composés
toxiques, la transformation de produits peu
biodégradables et la désinfection. L’ozone, gaz
produit sur site car très instable, est un oxydant
et un désinfectant très puissant.
La production d’ozone en quantité industrielle est
réalisée par un ozoneur grâce à des décharges
électriques opérées dans un gaz sec contenant
de l’oxygène.
L’alimentation du générateur d’ozone par de
l’oxygène pur présente plusieurs intérêts :
• Un gain énergétique (consommation
moyenne : 10 kWh/kg O3) ;
• Une concentration massique de 6 à 16 %
d’ozone ;
• Une installation plus petite et plus simple :
- pas de compresseur ni de sécheur d’air,
- ozoneur et destructeur d’ozone plus
compacts ;
• Une maintenance allégée ;
• Utilisation d’un gaz pur sans impureté.
Fig. 4 : Générateur d'ozone
Les applications de l’ozonation
Placée en amont d’un traitement biologique,
l’ozonation permet l’augmentation de la
biodégradabilité des effluents. La DCO dure est
oxydée par l’ozone en molécules assimilables par
les bactéries. Dans les eaux usées d’une usine
de cellulose, le ratio DCO/DBO dans l’effluent a
été réduit de 8 à 3 grâce à l’ozonation. La
performance d’épuration de la filière complète en
DCO a ainsi été augmentée de 45% à plus de
80%.
Dans l’industrie textile, l’étape de décoloration
des eaux peut s’opérer par ozonation des
effluents. L’ozonation peut également être
utilisée pour le traitement des lixiviats de
décharges.
Dans les secteurs pharmaceutiques, l’ozonation
des effluents est utilisé principalement pour la
désinfection et la désactivation des
organismes pathogènes ou des virus.
Cas de la réutilisation d’eau après traitement
Si, pour des raisons économiques et écologiques,
l’eau épurée est recyclée, la contamination
organique de l’eau peut entraîner un
développement bactérien. Dans ce cas, l’ozone
est le biocide de choix, non seulement il ne
produit pas de salinité (chlore) mais, même à un
dosage relativement faible, il est une barrière
bactéricide et virulicide.
Neutralisation et régulation de pH par injection de CO2
Neutralisation de pH par injection de CO2
Les effluents des industries utilisant de la soude,
de la chaux, de la potasse ou un carbonate alcalin
sont très souvent basiques et doivent être
neutralisés avant rejet. Les acides forts utilisés
traditionnellement (acide sulfurique ou
chlorhydrique) sont naturellement agressifs et
présentent de nombreux inconvénients :
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Une manipulation dangereuse ;
Des émanations de vapeurs nocives ;
Une usure prématurée des matériels ;
Une mauvaise maîtrise du pH ;
Un risque de sur-acidification ;
Des rejets de sulfates ou de chlorures.
Aperçu des avantages
• Sécurité du personnel et des équipements :
- Pas de risque lié à l'utilisation d'acide fort ;
- Pas de corrosion ;
- Pas de vapeurs nocives.
• Fiabilité du traitement :
- Régulation très précise ;
- Augmentation de la valeur de consigne ;
- Pas de sur-acidification.
• Procédé écologique :
- Pas de rejets de chlorures ou de sulfates.
Le CO2 dans l'eau forme l'acide carbonique
(H2CO3). Comme illustré sur la figure, cet acide
faible présente une courbe de neutralisation en
pente douce en comparaison à celle d’un acide
fort.
L’utilisation du CO2 permet une régulation très
précise du pH et optimise la quantité d'acide
injectée. De plus, l'utilisation du CO2 évite l'ajout
de chlorures ou de sulfates dans l'effluent et
supprime les risques liés à la sur-acidification.
Ce produit, stocké sous forme liquide ou
gazeuse, ne nécessite aucune manipulation et
offre un grand confort d'utilisation. Les risques
liés à la manipulation d'acides forts et aux
dégagements de vapeurs nocives ainsi que les
risques de corrosion des équipements sont
supprimés. La durée de vie des matériels est
ainsi augmentée.
Phase I
Phase II
Phase III
Acide fort
Fig. 6 : Exemple d'installation Neutralbox®
Systèmes d’injection
Grâce à une large gamme de moyens d'injection
et de dissolution de CO2 conçus pour les
différentes configurations, ce procédé s'adapte à
tout type de bassins ou de cuves existantes. Le
CO2 peut être injecté sous forme gazeuse,
bullage ou injection en ligne mais aussi sous
forme liquide pour les installations plus
importantes (Neutralbox®).
La neutralisation au CO2 a déjà été utilisée dans
les branches industrielles suivantes :
Zone de pH autorisée
Consommation CO2
Fig. 5 : Comparaison des courbes de neutralisation
par injection de CO2 ou d'acide fort
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Boissons,
Agroalimentaire,
Industrie du papier et de la cellulose,
Traitement de surface,
Métallurgie,
Industrie du textile et du cuir,
Chimie,
Pharmacie,
Centrales thermiques,
Blanchisseries.
Lutte contre le tartre
Entartrage et légionelles dans les circuits de
refroidissement
De nombreux processus industriels (sidérurgie,
plasturgie, automobile, centrales électriques,
industries chimiques, verreries, etc) nécessitent
un refroidissement permanent et fiable. L’eau est
régulièrement utilisée comme source froide
capable d’évacuer cette chaleur. Un traitement
de l’eau est nécessaire pour éviter les problèmes
d’entartrage et de développement bactérien
comme les légionelles.
Une solution simple : le CO2
Une solution simple pour empêcher l’entartrage
consiste à exploiter l’installation dans des
conditions où le tartre est sous forme soluble.
Ceci peut être réalisé en maîtrisant le pH grâce à
une injection de CO2. Le CO2, dissous dans l'eau
forme l'acide carbonique (H2CO3) qui diminue le
pH.
Ce procédé permet une régulation très précise
du pH et optimise la quantité d'acide injectée.
De plus, l'utilisation du CO2 évite l'ajout de
chlorures ou de sulfates (comme lors de
l’utilisation d’acide sulfurique ou chlorhydrique)
dans l’eau et supprime les risques liés à la suracidification ou à la concentration de sels dans le
circuit.
Fig. 7 : Tours aéroréfrigérantes
L’eau contient naturellement du calcium. Ce
composé peut précipiter dans certaines
conditions de température, de pH ou de
concentration. Il forme alors du carbonate de
calcium CaCO3 appelé tartre qui se dépose sur
les parois du circuit de refroidissement.
L’accumulation de dépôts réduit le rendement
d’échange thermique, peut entraîner des
problèmes de corrosion et favorise le
développement bactérien.
Fig. 9 : Mise au point par nos spécialistes
Matériel simple et automatisé
Le CO2, stocké sous forme liquide ou gazeuse,
ne nécessite aucune manipulation et offre un
grand confort d'utilisation.
L’optimisation du procédé est garantie par une
régulation fine du débit CO2 injecté en fonction
de la qualité de l’eau du circuit traité.
Aperçu des avantages
• Sécurité du personnel et des équipements :
- Pas de risque lié à l'utilisation d’acide fort ;
- Pas de corrosion ;
- Pas de vapeurs nocives
Fig. 8 : Canalisation entartrée
• Fiabilité du traitement :
- Régulation très précise ;
- Pas de sur-acidification ;
- Pas de concentration de sels (sulfates,
chlorures)
Le service Messer France
Environnement : une équipe dédiée
Compétence, fiabilité, innovation, rapidité.
Grâce à des interlocuteurs formés en permanence sur les dernières technologies, la proximité
de notre réseau, l’adaptation des équipements à
vos besoins, Messer France reste toujours
proche de vous et trouve des solutions à vos
mesures.
Messer fournit non seulement les gaz mais
propose également les services, qui vont de la
consultation à la conception de l’équipement,
l’installation et l’assistance.
Une équipe de spécialistes dédiée au procédé
lié à l’environnement est à votre écoute.
La production : fiable et novatrice
Qu’il s’agisse d’unités de production de CO2, de
gaz de l’air, d’acétylène, de conditionnement de
gaz industriels ou de haute pureté, Messer
France investit sans cesse dans de nouvelles
technologies. Ainsi, nos sites de production sont
tous équipés de systèmes de remplissage
automatisés et de traçabilité de bouteilles, sans
équivalent dans le métier des gaz.
De plus, nous disposons de la plus grande
source de CO2 dans le Sud de la France, à Lavéra.
Fig. 12 : Usine de production
Fig. 10 : Audit réalisé par des spécialistes
Un centre d’essais et de développement
Le centre européen de développement des
applications des gaz du Groupe Messer se situe
à Mitry-Mory (77). Il est votre première adresse
pour les applications innovantes dans les
industries agroalimentaire, pharmaceutique,
biotechnologique et environnementale.
Ce centre crée de nouveaux produits en
collaboration avec des entreprises partenaires
dans le cadre d’une relation équitable.
Fig. 11 : Livraison fiable et traçabilité
Pour de plus amples informations, n’hésitez pas à
contacter un de nos spécialistes ou à visiter notre
site internet : www.messer.fr
Equipe Environnement :
Tél. : +33 (0) 1 40 80 33 00
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et des filiales dans le monde entier.
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