L`oxygène, indispensable pour le traitement de l`eau

dossier
épuration et
réutilisation
En traitement des eaux, l’oxygène est un réactif incontournable. Oxydant naturel et universel, il joue le rôle principal dans les procédés d’épuration biologiques conventionnels,
d’oxydation chimique naturelle ou d’ozonation.
Sur une ressource atmosphérique de 1,2.1015
tonnes, le besoin mondial en oxygène destiné
à l’épuration des eaux est estimé à 3 millions
de tonnes par jour, dont 15.000 tonnes sont apportées par les producteurs de gaz industriels
fournissant aujourd’hui près de 300.000 tonnes
d’oxygène au quotidien.
u Procédé OASES® - Bassin aéré à l’oxygène pur (station de Lehigh Valley-Pennsylvania)
L’oxygène, indispensable pour le traitement de l’eau
C
ette industrie s’est montrée motrice dans
l’élaboration et le développement de procédés à l’oxygène pur pour le traitement des
eaux potables et résiduaires. «Air Products est
un acteur majeur qui sait allier expertise et technologie pour répondre aux problématiques les
plus complexes. Aujourd’hui, l’augmentation
des besoins et le durcissement des normes environnementales, font évoluer le marché de l’eau
vers plus de technologie et d’innovation. Air Products renforce sa présence mondiale en créant
une équipe Water Systems attentive aux besoins
et toujours plus innovante pour élaborer les procédés de demain.»
L’oxygène en station d’épuration urbaine
L’essentiel de l’épuration des eaux résiduaires urbaines est réalisé aujourd’hui par voie biologique
aérobie. Cette filière de traitement est, à l’heure
actuelle, la seule capable d’atteindre une efficacité élevée permettant de répondre aux normes de
rejets imposées.
Le procédé par boues activées a été découvert et
développé à Manchester (au Royaume Uni) en 1914
par E. Arden et W. Lockett. Il est largement utilisé
pour l’épuration des eaux urbaines à partir des
années 1930. Il se compose de larges bassins agités
dans lesquels des bactéries qui épurent l’eau sont
maintenues en suspension sous forme de boues
biologiques. L’oxygène nécessaire à l’épuration
et à la vie des bactéries est alors apporté par une
aération à l’air.
48 I a q u a ra ma # 4
58
1
Au cours du vingtième siècle, de multiples évolutions sont apparues. Elles concernent principalement
les traitements primaires ou tertiaires appliqués
au flux principal ainsi que la manière d’apporter
l’oxygène et de brasser les bassins. Ces évolutions
concernent la forme mais ne modifient pas fondamentalement le fond du traitement. L’épuration
de l’eau nécessite de façon sure et universelle une
biomasse bien gérée et une fourniture d’oxygène
adaptée.
Dans les années 1960, en raison de l’augmentation
des volumes d’eau rejetés, certaines installations
d’épuration devenaient obsolètes. Le principe
de dopage à l’oxygène pur commençait alors
à faire école. Il s’agit d’apporter aux ouvrages,
l’appoint d’oxygène dont ils ont besoin pour finaliser l’épuration. Proactif dans ce secteur, Air Products développait alors ses propres procédés de
dissolution couplés à son savoir-faire : la production et la distribution d’oxygène. « Devant le succès de la technologie de dopage à l’oxygène pur,
un procédé appelé OASES® a été développé par
Air Products et ses partenaires pour une nouvelle
génération de station biologiques fonctionnant à
l’oxygène pur. Dans les années 1970, ce procédé
a bénéficié du soutien du gouvernement Américain pour être largement diffusé à travers le territoire. Pour les plus grosses unités, l’oxygène
était produit sur site grâce à des usines de séparation cryogéniques. Les plus petites unités étaient approvisionnées par le biais de stockages
d’oxygène liquide.»
Durant cette période, Air Products a acquis une
solide expertise de l’art de l’épuration biologique
des eaux résiduaires. «Fin des années 1980, les
technologies d’aération à l’air avaient si bien évolué qu’elles ont freiné le développement du tout
oxygène en station d’épuration. En 1991, Air Products vendait une partie de son activité en traitement des eaux (comprenant le procédé OASES®)
et se concentrait sur ses procédés de dopage qui
apportent des solutions flexibles et efficaces aux
stations saturées.»
Ainsi, Air Products concentre l’expertise de ses
équipes d’ingénieurs en traitement des eaux
pour mettre au point des technologies adaptées au plus grand nombre de problématiques et
adaptables au plus grand nombre de configurations de bassin.
«Aujourd’hui, la fourniture d’équipements adaptés à toutes les configurations de bassins (skids
immergés, unités flottantes, agitateurs/aérateurs
sur barres de guidage …), Air Products fournit une
expertise globale et peut solutionner des problématiques.»
Ces défis sont, par exemple, la gestion de transition
entre l’ancienne et la nouvelle station, l’amélioration
du traitement du carbone, l’amélioration du traitement de l’azote, l’amélioration de la décantabilité
des boues, la résolution des problèmes d’odeurs,
la stabilisation des boues, la réduction des boues,
et cetera.
dossier
épuration et
réutilisation
u Halia® Venturi Aeration System
(réservoir en remplissage et installation
d’un aérateur)
environnementales et minimiser l’investissement, la
demande s’est cristallisée autour de procédés novateurs permettant d’augmenter les rendements épuratoires des stations existantes. Les producteurs de
gaz industriels ont alors développé des technologies
adaptées pour dissoudre l’oxygène pur et répondre
ainsi, à la majeure partie de la demande du marché. «Fort de ses années d’expérience dans ce secteur, Air Products s’est imposé sur ce marché comme
une référence et a développé la technologie OXYDEPTM. L’unité standard s’est voulue adaptable à
tout type de bassin.»
«Aujourd’hui, une multitude de municipalités en
Europe font confiance à nous pour solutionner leurs
dysfonctionnements épuratoires. Les unités de la
gamme Halia® (appellation relative aux procédés
de traitement des eaux chez Air Products), permettent par exemple de finaliser le traitement de l’azote
pour une station de plus de 100.000 EH en région
grenobloise (France), ou de pérenniser le traitement
du carbone en neutralisant la toxicité d’un effluent
trop septique alimenté sur un ouvrage de 120.000
EH, dans le sud de la France également. Ces procédés permettent aussi de répondre à des problématiques sur des stations plus modestes (entre 1.000
et 50.000 EH) sur lesquelles sont, par exemple, raccordées des industries agroalimentaires, textiles ou
autres, qui génèrent des rejets pouvant mettre en
difficulté la station d’épuration. » L’oxygène est aussi
utilisé dans certains cas pour remettre aux normes
une vieille station et permettre une réflexion plus
sereine et moins urgente, sur la construction de la
nouvelle unité qui lui succèdera.
L’oxygène en station d’épuration industrielle
Dans les années 1980 et plus particulièrement en
Europe, la pression environnementale a aussi impacté
le secteur industriel. Sur ce marché, tout comme les
municipalités, les sites industriels majeurs étaient
équipés de leurs propres procédés d’épuration par
boues activées qui fonctionnaient déjà avec une aération à l’air. Pour répondre aux nouvelles exigences
Le principe réside dans la dissolution forcée
d’oxygène par la circulation de l’eau au travers
de venturi et d’éjecteurs. Une simple pompe est
garante de l’efficacité du transfert. Cette technologie simple, robuste et efficace peut être installée dans les bassins d’aération sans vidange et
vient fournir le complément en oxygène pur aux
systèmes d’aération existants. Elle permet donc
la réhabilitation de stations en dysfonctionnement en augmentant l’efficacité du traitement et
présente également d’autres avantages tels que
l’amélioration de l’efficacité des cycles du traitement de l’azote, la réduction des volumes de boues,
la réduction des émissions de composés volatils, la
lutte contre les filaments et cetera.
A la fin des années 1990, Air Products a généralisé son système OXY-DEPTM, jusque là développé
en Europe, partout dans le monde. « Aujourd’hui,
plus de 300 industriels font confiance à Air Products pour solutionner leurs dysfonctionnements
épuratoires. Les unités de la gamme Halia® (appellation générique relative aux procédés de traitement
des eaux chez Air Products et incluant le procédé
anciennement dénommé OXY-DEPTM), permettent
d’apporter le complément en oxygène dont les stations ont besoin pour retrouver leurs performances.
Ces technologies se déclinent sous différentes formes d’unités de dissolution (skids immergés, unités flottantes, agitateurs/aérateurs sur barres de
guidage …) associées à plusieurs formes de fourniture d’oxygène (production sur site ou livraisons
cryogéniques de gaz en vrac). Des équipes d’experts
sont à l’écoute de toutes les problématiques et
peuvent proposer une solution d’urgence ou une
étude technico-économique adaptée à chaque
problématique.
Ainsi, les industriels de l’agroalimentaire, de la chimie, de la pharmacie, du textile, de la papèterie, de
la pétrochimie ont équipé leur station d’épuration
d’un dopage à l’oxygène pur. Certains d’entre eux,
principalement en chimie, ont poussé le concept
jusqu’au tout oxygène, arrêtant ainsi leurs équipements d’aération à l’air pour éviter les phénomènes de moussage, les odeurs, les aérosols et bénéficier de tous les avantages de l’oxygène pur (maitrise
de leur procédé, dosage précis, rendements épuratoires optimums, décantation améliorée, réduction
des boues et cetera).
Les procédés d’oxydation à l’ozone
L’ozone (O3) est un composé dérivé de la molécule
d’oxygène (O2). Sa nature chimique instable le rend
très oxydant et réactif envers l’ensemble des composés organiques. La molécule est utilisée pour la
désinfection en général, le traitement de composés
non biodégradables, la décoloration et l’oxydation
sous toutes ses formes.
«Dans sa gamme Halia®, Air Products dispose de
réacteurs d’oxydation à l’ozone pouvant répondre
à de nombreuses problématiques de DCO dure, de
désinfection, de réutilisation d’eau, de traitement
des micropolluants etc… L’ozone seul ou en couplage avec le peroxyde d’hydrogène peut être utilisé. Le choix de la technologie dépend des résultats
à atteindre. Les experts Air Products en traitement
des eaux proposent des études au cas par cas,
basées sur des considérations technico-économiques en rapport avec les besoins de ses clients. »
E www.airproducts.com
a q u a r a m a # 5 1 I 51