Méthodes avancées de traitement des eaux usées
Méthodes avancées de traitement des eaux usées!
L'effluent d'une usine de traitement secondaire typique contient encore 20 à 40 mg / L de DBO, ce qui peut être inacceptable dans certains cours d'eau. Les solides en suspension, en plus de contribuer à la DBO, peuvent se déposer sur le lit du cours d'eau et inhiber certaines formes de vie aquatique.
Si la DBO est rejetée dans un cours d’eau à faible débit, elle peut causer des dommages à la vie aquatique en réduisant la teneur en oxygène dissous. En outre, l'effluent secondaire contient des quantités importantes d'éléments nutritifs pour les plantes et de solides dissous. Si les eaux usées sont d'origine industrielle, elles peuvent également contenir des traces de produits chimiques organiques, de métaux lourds et d'autres contaminants.
Différentes méthodes sont utilisées dans le traitement avancé des déchets pour répondre à l’un quelconque des objectifs spécifiques, notamment la suppression des déchets.
1. Matières en suspension
2. DBO
3. Éléments nutritifs des plantes
4. Solides dissous
5. substances toxiques
Ces méthodes peuvent être introduites à n’importe quel stade du processus de traitement total, comme dans le cas des voies navigables industrielles, ou peuvent être utilisées pour éliminer complètement les polluants après un traitement secondaire.
1. Enlèvement des solides en suspension:
Ce traitement implique l'élimination des matériaux qui ont été transférés d'un colon de traitement secondaire. De nombreuses méthodes ont été proposées, dont deux couramment utilisées.
Les deux méthodes sont la microcoloration et la coagulation chimique, suivies de la décantation et de la filtration en milieu mixte:
Micro coloration:
C'est un type spécial de procédé de filtration qui utilise des filtres à four en fils d'acier inoxydable avec des pores très fins d'une taille de 60 à 70 microns. Ce filtre aide à éliminer les très fines particules. Des débits élevés et des pressions arrière faibles sont atteints
Coagulation et floculation:
Le but de la coagulation est de modifier ces particules de manière à leur permettre de se coller les unes aux autres. La plupart des colloïdes présentant un intérêt pour le traitement de l'eau restent en suspension dans la solution car ils ont une charge de surface négative nette qui provoque le repoussement des particules. L'action prévue du coagulant est de neutraliser cette charge, en permettant aux particules de se réunir pour former des particules plus grosses qui peuvent être plus facilement éliminées de l'eau brute.
Le coagulant habituel est l'alun [AI 2 (S0 4 ) 2 '18H 2 0], bien que l'on puisse utiliser FeCI 3, FeS0 4 et d'autres coagulants, tels que les polyélectrolytes. L'alun dans ce sel, lorsqu'il est ajouté à l'eau, s'hydrolyse par des réactions qui consomment de l'alcalinité dans l'eau, telles que:
Al (HO) 6 ] + 3 3HC0 3 - AI (OH) 3 (s) + 3Co 2 + 6H 2 o …………………… .. (1)
L’hydroxyde gélatineux ainsi formé entraîne le matériau en suspension lorsqu’il se dépose. Les ions métalliques des coagulants réagissent également avec les protéines du virus et détruisent jusqu'à 99% du virus dans l'eau. Le sulfate d'ion anhydre (III) peut également agir comme coagulant efficace, comme le sulfate d'aluminium. Un avantage avec le sulfate de fer (III) est qu’il fonctionne sur une large plage de pH.
Filtration:
Si elle est correctement formée, l’ajout de produits chimiques favorisant la coagulation et la floculation peut éliminer les solides en suspension et les solides colloïdaux. Une fois les floes formés, la solution est conduite dans un décanteur où les floes sont autorisés à se déposer.
Bien que la majeure partie du matériel floculé soit éliminée dans le décanteur, certains floe ne se déposent pas. Ces floes sont éliminés par le processus de filtration, qui est généralement effectué à l'aide de lits de milieux poreux tels que le sable ou le charbon. La tendance actuelle consiste à utiliser un filtre à milieux mixtes composé de grenat fin dans la couche inférieure, de sable de silice dans la couche intermédiaire et de charbon grossier dans la couche supérieure, qui réduit le colmatage.
Ultra Filtration:
une. Filtre sélectivement uniquement les molécules d'une taille et d'un poids spécifiés.
b. Supprime par exemple divers virus.
c. Utilisé pour la stérilisation, la clarification, le traitement des eaux usées.
ré. Taille de membrane 1 _ - 0, 01 µm. est utilisé
Il s'agit d'un processus de filtrage dynamique avec une prédominance de phénomènes physiques (mécaniques) dans lesquels des phénomènes chimiques sont également impliqués. Les membranes utilisées, polymères ou minérales, laissent passer les sels dissous tout en rejetant sélectivement les masses moléculaires élevées.
La sélectivité dépend de la structure de la membrane et est définie comme la limite de poids moléculaire que la membrane peut séparer avec une efficacité de 90% (bien que cette définition puisse ne pas être rigoureuse en fonction de la forme moléculaire).
Les membranes commerciales appliquées en ultra-filtration peuvent séparer des substances de poids moléculaire compris entre 1 000 et 10 000. Les systèmes d’ultrafiltrage fonctionnent généralement dans une plage de pression comprise entre 1, 5 et 7 bar. Dans les eaux de rejet industrielles, les flux de perméat varient généralement entre 0, 5 et 1 - 5 m 3 / h / m 2 de surface, en fonction de la concentration des substances à séparer, avec des consommations d'énergie variant entre 2 et 20 KWh par m3 de perméat. Le procédé de filtration ultrafiltration en une seule passe est le procédé de traitement de l’eau le plus simple et le plus couramment utilisé, car il permet de récupérer des pourcentages élevés de perméat (environ 90 à 95%).
Cette technique a été appliquée relativement récemment dans le secteur de la finition des métaux à la récupération des bains de dégraissage (le premier bain de nettoyage utilisé dans les procédés de finition des métaux pour les pièces encore sales de substances lubrifiantes).
La solution à traiter passe à travers la membrane à une certaine vitesse et sous une pression hydrostatique, ce qui permet d'obtenir une fraction concentrée d'huiles et de graisse à éliminer, tandis que le filtrat est récupéré et réutilisé pour préparer de nouveaux bains.
Nano Filtration:
La technique de nanofiltration est principalement utilisée pour éliminer deux ions valorisés et les plus gros ions mono valorisés tels que les métaux lourds. Cette technique peut être vue comme une membrane RO (osmose inversée) grossière. Comme la nanofiltration utilise moins de membranes fines, la pression d'alimentation du système NF est généralement inférieure à celle des systèmes RO. En outre, le taux d'encrassement est inférieur à celui des systèmes Ro.
2. Enlèvement des matières dissoutes:
Les solides dissous sont de types organiques et inorganiques. Un certain nombre de méthodes ont été étudiées pour éliminer les constituants inorganiques des eaux usées.
Trois méthodes qui trouvent une large application dans le traitement avancé des déchets sont l’échange d’ions, l’électro-dialyse et l’osmose inverse. Pour éliminer les matières organiques solubles des eaux usées, la méthode la plus couramment utilisée est l'adsorption sur du charbon actif. L'extraction par solvant est également utilisée pour récupérer certains produits chimiques organiques tels que le phénol et les amines des eaux usées industrielles.
Échange d'ion:
Cette technique a été largement utilisée pour éliminer la dureté et les sels de fer et de manganèse dans les réserves d’eau potable. Il a également été utilisé de manière sélective pour éliminer des impuretés spécifiques et pour récupérer des métaux traces précieux comme le chrome, le nickel, le cuivre, le plomb et le cadmium des rejets de déchets industriels. Le processus tire parti de la capacité de certains matériaux naturels et synthétiques à échanger l'un de leurs ions.
Un certain nombre de minéraux naturels ont des propriétés d'échange d'ions. Parmi ceux-ci, les plus remarquables sont les minéraux de silicate d'aluminium, appelés zéolithes. Des zéolithes synthétiques ont été préparées à l'aide de solutions de silicate de sodium et d'aluminate de sodium.
Résines échangeuses d’ions synthétiques composées d’un polymère organique avec des groupes fonctionnels liés tels que (résines échangeuses de cations fortement acides) ou - COO - 3 -SO H + ~ H + (résines échangeuses de cations faiblement acides ou -N + (CH 3 ) 3 OH ~ (résines échangeuses d’anions fortement basiques) peut être utilisé.
Dans le processus d'adoucissement de l'eau, les éléments produisant une dureté tels que le calcium et le magnésium sont remplacés par des ions sodium. Une résine échangeuse de cations sous forme de sodium est normalement utilisée. La capacité d'adoucissement de l'eau de l'échange de cations est visible lorsque les ions sodium de la résine sont échangés contre des ions calcium en solution.
Osmose inverse:
Dans le processus d'osmose inverse, l'eau de déminéralisation est produite en forçant de l'eau à travers des membranes semi-perméables à haute pression. En osmose ordinaire, si un vaisseau est divisé par une membrane semi-perméable (perméable à l’eau mais pas aux matières dissoutes) et qu’un compartiment est rempli d’eau et un autre avec une solution de sel concentrée, l’eau diffuse à travers la membrane en direction du compartiment. contenant une solution saline jusqu’à ce que la différence de niveau d’eau des deux côtés de la membrane crée une pression suffisante pour contrecarrer le débit d’eau initial. La différence de niveau représente la pression osmotique de la solution.
Le traitement des effluents industriels, utilisant l'osmose inverse, peut être appliqué dans les principaux secteurs suivants:
une. Traitement des écoulements contenant des colorants avec leur récupération possible.
b. Traitement des écoulements contenant des émulsions huileuses, du latex et des peintures électrophorétiques.
c. Traitement des flux sortant de l'industrie de traitement des métaux avec récupération des solutions concentrées de sels métalliques et réutilisation de l'eau pour le nettoyage
ré. Traitement des eaux usées provenant de produits chimiques organiques, dans les industries des produits chimiques organiques et pharmaceutiques
L'application de l'osmose inverse pour le traitement des eaux usées est très différente de la purification de l'eau de procédé en général. Cela est principalement dû au fait que les eaux usées contiennent généralement des niveaux plus élevés et une gamme plus diversifiée de contaminants. De plus, les eaux usées industrielles présentent un degré de variabilité élevé. Les eaux usées varient d’un secteur à l’autre et peuvent varier en fonction des heures de fonctionnement dans chaque usine.
Le facteur le plus important dans le traitement des eaux usées industrielles avec de l'osmose inverse est la lutte contre l'encrassement organique, l'entartrage des minéraux et la dégradation chimique. Avant que RO ne soit même envisagé, un bilan cation / anion complet est requis et les éventuels floculants doivent être identifiés.
Les produits antifongiques et les agents d’étanchéité inorganiques potentiels des membranes RO comprennent le calcium, le fer, l’aluminium et d’autres métaux lourds insolubles. Les agents d’encrassement organiques possibles incluent les tensioactifs, les corps colorés, les floculants et les bactéries. Des niveaux élevés de DBO et de DCO peuvent également contribuer à l’encrassement de la membrane.
Une large gamme de technologies de prétraitement est disponible. Spécifiquement dans les industries de la finition des métaux, des cartes de circuits imprimés et de la microélectronique, les eaux de rinçage provenant des opérations de fabrication sont normalement traitées pour éliminer les métaux lourds et sont ensuite rejetées dans les égouts.
Les effluents rejetés dans les égouts contiennent généralement entre 200 et 10 000 parties par million (ppm) de solides dissous totaux (TDS). Grâce à la technologie de prétraitement appropriée suivie par le RO, cet effluent peut être traité et recyclé. Le traitement par échange ionique de l'eau de production d'osmose inverse peut encore lustrer et l'adapter à tous les rinçages.
Pour concevoir un système efficace et rentable, il est nécessaire d’évaluer chaque application car le pH, le potentiel oxydant et la concentration en sels solubles des effluents d’eaux usées dépassent souvent les limites opérationnelles des systèmes d’OI. Une fois l'évaluation détaillée des eaux usées terminée, il est nécessaire de déterminer la chimie de préconditionnement optimale et de sélectionner la meilleure technologie de prétraitement pour l'application.
Le processus d'osmose inverse génère un rejet élevé de flux de déchets TDS. Environ 25 à 40% des déchets rejetés avec une concentration élevée en SDT seront générés à partir de l'eau d'alimentation. Ces déchets doivent être évaporés dans des systèmes d'évaporation forcée pour se concentrer et en éliminer les impuretés organiques.
3. évaporation thermique :
L'évaporation peut prendre la forme d'une distillation sous vide, d'une évaporation atmosphérique et d'une évaporation thermique. La distillation sous vide est obtenue en créant un vide dans une chambre et en évaporant de l'eau à des températures réduites, généralement comprises entre 90 et 150 degrés Fahrenheit. Cette technologie se caractérise par un faible coût énergétique, des besoins en main-d'œuvre modérés à élevés et des coûts d'investissement très élevés.
L'évaporation atmosphérique consiste à pulvériser les eaux usées sur un milieu de grande surface et à souffler de grands volumes d'air à travers le milieu. Ce type d'évaporation est caractérisé par un coût énergétique modéré, un coût en capital modéré, des besoins en main-d'œuvre importants en raison de la tendance à l'encrassement et des débits réduits dus aux changements des conditions atmosphériques.
L'évaporation / distillation thermique est réalisée en chauffant les eaux usées à une température d'ébullition et en évaporant le flux de déchets à différents taux en fonction de la quantité d'énergie (BTU) introduite dans le système. Ce type d'évaporation est caractérisé par un coût énergétique modéré à élevé, des besoins en main-d'œuvre peu importants, un coût en capital modéré, une grande flexibilité et une grande fiabilité. Ce système peut évacuer l’eau sous forme de vapeur d’eau propre ou récupérer l’eau sous forme d’eau distillée.
Les avantages de l'évaporation thermique par rapport au traitement chimique sont les suivants:
Zéro Décharge:
L'évaporation élimine complètement votre effluent de décharge. Cela élimine la responsabilité vis-à-vis de votre conseil de contrôle de la pollution, ainsi que les tracas et les dépenses associés aux violations potentielles des rejets.
Solution totale:
Le traitement chimique ne traite pas complètement les paramètres tels que les huiles émulsionnées, la demande chimique en oxygène (DCO), la demande biologique en oxygène (DBO) ou les solides dissous dans les eaux usées rejetées. Cela devient plus important chaque année à mesure que les limites de rejet de la pollution deviennent de plus en plus strictes
Coût d'élimination réduit:
En raison de l'ajout de produits chimiques, le volume de boue généré sera plus important pour le traitement chimique que pour l'évaporation, qui ne nécessite généralement pas l'ajout de produits chimiques. Cela se traduit par une réduction de la responsabilité d'élimination et des coûts d'évaporation.
4. Élimination des composés organiques dissous:
L'une des techniques les plus couramment utilisées pour éliminer les matières organiques implique le processus d'adsorption, qui consiste à faire adhérer physiquement des produits chimiques à la surface du solide. L'efficacité de l'adsorbant est directement liée à la quantité de surface disponible pour attirer les particules de contaminant.
L'adsorbant le plus couramment utilisé est une matrice de charbon actif granulaire très poreuse, qui présente une énorme surface spécifique (~ 1000 m 2 / g). L’adsorption sur du charbon actif est peut-être la méthode la plus économique et la plus attrayante sur le plan technique pour éliminer les substances organiques solubles telles que les phénols, les hydrocarbures chlorés, les agents de surface et les substances produisant des couleurs et des odeurs dans les eaux usées.
Les systèmes de traitement au charbon actif granulaire consistent en une série de grands récipients partiellement remplis d'adsorbant. L'eau contaminée pénètre dans la partie supérieure de chaque récipient, s'écoule par le charbon actif en granulés et est rejetée dans la partie inférieure.
Après un certain temps, le filtre à charbon devient bouché par des contaminants adsorbés et doit être remplacé ou régénéré. La régénération du carbone est réalisée en le chauffant à 950 ° C dans une atmosphère air vapeur. Ce processus oxyde la surface avec une perte de carbone d’environ 10% (tableau 9.3).
Les polymères organiques synthétiques tels que Amberlite XAD-4 ont des surfaces hydrophobes et sont très utiles pour éliminer les composés organiques relativement insolubles tels que les pesticides chlorés. Ces absorbants sont facilement régénérés par des solvants tels que l'isopropanol et l'acétone.
