nouveau procede de recyclage des eaux usees provenant

NOUVEAU PROCEDE DE RECYCLAGE DES EAUX USEES
PROVENANT DU LAVAGE DES OLIVES, BASE SUR LA
BIOFILTRATION ET LA SEPARATION MEMBRANAIRE
Jesus Gonzales Lopez (1), Angelo Chianese (2), Marco Stoller (2)*, Ole Jacob Sortehaug (3)
(1) Université de Grenade, 18071 Grenade, Espagne
(2) Université de Rome « La Sapienza », Dépt. d'ingénierie chimique, 00184 Rome, Italie
(3) Maxit, Département Filtralite, Los Peñascales, 28250 Torrelodones, MADRID, Espagne
* E-mail : [email protected]
EXTRAIT
Une usine d'épuration composée d'un bioréacteur aérobie à lit fixe de 2 m3 et de deux processus
membranaires subséquents, à savoir l'ultrafiltration (UF) et la nanofiltration (NF), a été utilisée
pour purifier et recycler 80 % d'eaux usées provenant du lavage des olives.
Ce processus élimine la plupart des matières organiques et des polyphénols, et réduit la plus
grande part du contenu salin des eaux usées. L'eau de perméat de la NF est l'eau produite, égale à
80 % du volume initial des eaux usées, d'une qualité cohérente avec son utilisation en
agriculture.
Pendant ce travail, le traitement biologique, ainsi que les sections du processus membranaire, ont
été optimisés.
MOTS-CLÉS
eaux usées, membrane, bioréacteur, filtralite
INTRODUCTION
Dans la production d'huile d'olive, une étape préliminaire importante est le prélavage des olives
récoltées avant leur broyage. Le processus de lavage est effectué afin de nettoyer les olives par
élimination de la terre et de toutes les autres substances indésirables fixées à la peau du fruit.
Chaque tonne d'olives nécessite jusqu'à 500 litres d'eau potable. Une telle ressource est rarement
disponible dans les régions méditerranéennes. Les eaux usées issues du processus de lavage
produisent un liquide noir malodorant avec une charge en phénols assez élevée. Cette eau
polluée doit être traitée avant son évacuation, conformément aux réglementations européennes en
vigueur sur l'environnement, et induit des coûts très élevés pour le moulin à huile.
Le présent document fait état d'un travail expérimental réalisé pour développer un procédé de
traitement destiné à recycler plus de 80 % de l'eau potable à recycler dans le processus de lavage
des olives.
Une usine d'épuration composée d'un bioréacteur aérobie à lit fixe de 2 m3 et de deux processus
membranaires subséquents, à savoir l'ultrafiltration (UF) et la nanofiltration (NF), a été utilisée
pour purifier et recycler 80 % d'eaux usées provenant du lavage des olives. Dans le tableau 1
figure une analyse chimique type du flot de ces eaux usées.
Tableau 1 – Analyse chimique des eaux usées issues du lavage des olives
pH
Conductivity [uS/cm]
BOD5 [mg/l]
COD [mg/l]
Total Phenols [mg/l]
5,3
966
1215
1840
5,6
Le schéma de base de l'écoulement de l'usine pilote est porté dans la figure 1.
Figure 1 – Schéma de la batterie adoptée pour le bioréacteur
Product
Feed stream
Bioreactor
Ultrafiltration
Nanofiltration
Un ensemble de deux bioréacteurs a été adopté, tous deux remplis de billes d'argile expansée de
forme ronde de 4 à 8 mm (Filtralite®). Un flux d'air de 15 Nm3/h a été injecté dans chaque
réacteur. Les réacteurs ont été lancés après avoir fonctionné pendant 5 jours à une vitesse
d'écoulement réduite des eaux usées. À la fin de cette période, la vitesse d'écoulement a été
réglée à 250 l/h (temps de rétention 8 heures). Les bioréacteurs fonctionnaient en mode continu,
alors que les processus membranaires sont exécutés en différé. Un processus membranaire d'UF
élimine les bactéries et les matières organiques des eaux usées. Le perméat de l'UF est collecté
dans un second réservoir, qui alimente un processus membranaire différé de NF. Cette séparation
élimine la plupart des polyphénols et réduit la majeure partie du contenu salin des eaux usées.
L'eau de perméat de la NF est l'eau produite, égale à 80 % du volume initial des eaux usées,
d'une qualité cohérente avec son utilisation en agriculture.
DESCRIPTION DE LA PROCÉDURE
Les valeurs de la conductivité mesurée, de la COD et de la DBO5, ainsi que les réductions
correspondantes sont indiquées dans le tableau 2.
Tableau 2 – Analyse chimique du flux de sortie des deux cycles expérimentaux.
PROCESS STEP
Conductivity [uS/cm]
BOD5 [mg/l]
COD [mg/l]
Total Phenols [mg/l]
After biological
treatment
value
reduction
927
4,0 %
668
45,0 %
837
54,5 %
4,4
21,0 %
After biological
After biological
treatment + UF
treatment + UF + NF
value
reduction value
reduction
835
13,6 %
271
71,9 %
298
75,5 %
47
96,1 %
377
79,5 %
26
98,6 %
1,4
75,0%
< 0,1
> 98,2 %
Le démarrage du bioréacteur a été effectué en 5 jours, et la croissance d'un certain biofilm sur le
Filtralite® a été confirmée au microscope électronique à la fin de cette durée.
Les étapes supplémentaires de séparation membranaire en tant que processus de post-traitement
produisent de l'eau purifiée à moindre effort technique et économique. De plus, des usines de
traitement biologique beaucoup plus petites, produisant moins de boue et d'odeur, peuvent être
conçues.
Une attention particulière doit être apportée à l'encrassement de la membrane. Pour ce processus,
le biotraitement représente un excellent prétraitement des matières utilisées, qui inhibe
l'encrassement et maximise donc la productivité. De plus, la longévité des modules de la
membrane peut facilement être préservée grâce à des stratégies d'optimisation et des systèmes de
contrôle opportuns (Stoller et al., 2005), comme indiqué brièvement ici. Cette méthode repose
sur le flux critique (Field et al., 1995), c'est-à-dire, la valeur du flux de perméat au-dessus de
laquelle l'encrassement peut être observé.
Le critère correspondant à la meilleure stratégie de fonctionnement d'une usine déjà installée est
celui d'obtenir le recyclage du solvant fixé, dans le délai le plus court, via l'obtention simultanée
d'une concentration des impuretés dans le perméat final inférieure à la limite supérieure requise.
Dans ce cas, la seule latitude pour le fonctionnement de l'usine est la vitesse d'écoulement du
flux de perméat provenant de chaque processus membranaire. Sous cet aspect, un choix
stratégique consiste à déclencher un flux de perméat inférieur ou supérieur à une valeur de flux
critique. En fait, d'une part, la maîtrise des conditions du flux critique provoque une réduction
progressive du flux de perméat, rend difficile à atteindre l'objectif concernant le recyclage du
solvant, et raccourcit la durée de vie de la membrane. D'autre part, l'obtention d'une couche
d'impuretés sur la membrane, à savoir de l'encrassement, améliore la séparation des déchets.
Pour pouvoir choisir, une longue campagne expérimentale ou la prévision de performances grâce
à un modèle de simulation est nécessaire. Afin d'éviter toute utilisation en conditions
d'encrassement, le flux de perméat doit être maintenu constant à une valeur égale au flux critique
correspondant aux conditions finales. Un travail expérimental préliminaire est nécessaire pour
déterminer les effets des polluants sur le flux de perméat et, éventuellement, pour prévoir les
performances du processus grâce à un modèle de simulation adapté, comme cela a été fait dans
ce travail.
Le résultat obtenu est un petit système compact de traitement des eaux usées, qui recycle 80 %
du volume total traité en vue d'une réutilisation dans l'agriculture. Les 20 % restants d'eaux usées
concentrées peuvent être en partie recyclés par réinjection dans le processus ou évacués de façon
appropriée, comme toute autre boue biologique.
CONCLUSIONS
Le processus développé permet de produire de grandes quantités d'eau d'une qualité cohérente
pour une utilisation agricole. Il est possible de récupérer plus de 80 % des eaux usées.
Le processus optimisé a un fonctionnement biologique stable et est capable de réduire de moitié
le contenu organique du flux principal. Ce processus est très utile en prétraitement du flot d'eaux
usées pour la partie membranaire, qui peut être actionnée à des flux relativement élevés sans
provoquer un encrassement à court terme.
REMERCIEMENTS
L'usine pilote a été construite dans le cadre du projet européen UDOR (n° de contrat EVK-CT2001-30011), financé par la CE, dont l'utilité n'est plus à démontrer.
BIBLIOGRAPHIE
Stoller, M, Chianese, A, 2005, Optimization of membrane batch processes by means of the
critical flux theory. ICOM2005 Conference Proceedings, p104.
Field, R.W.,Wu, D, Howell, J.A., Gupta, B.B, 1995, Critical flux concept for microfiltration
fouling. JoMS 100, 259-272.