Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 1 Chap.1 : Caractéristiques des effluents industriels et filières de traitement • nombreuses utilisations de l’eau dans les industries • eaux de chaudière • eaux de refroidissement • eaux de procédés (contacts avec des réactifs ou lavage des produits ou équipements) Tableau 2 : Répartition au Québec des industries ayant des rejets d'eaux usées significatifs en fonction de la taille et par secteur industriel (hors CUM – année 1995) http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/industrielles/chapitre2_b.htm Taille selon le nombre d'employés (n) n 10 10 n 50 50 n 250 250 n Total Pâtes et papiers 6 19 37 62 (38 e) (118 e) (565 e) (377 e) Raffinage du pétrole 1 1 (306 e) (306 e) Métallurgie primaire 2 5 12 18 37 (4 e) (28 e) (146 e) (1143 e) (607 e) Chimie 29 60 72 17 178 (5 e) (26 e) (101 e) (612 e) (109 e) Transformation du métal 26 73 77 35 211 (5 e) (26 e) (110 e) (797 e) (182 e) Agro-alimentaire 169 182 133 25 509 (4 e) (25 e) (97 e) (440 e) (57 e) Textile 8 27 50 16 101 (5 e) (29 e) (125 e) (418 e) (136 e) Transformation du bois 6 19 45 5 75 (6 e) (24 e) (124 e) (411 e) (108 e) Industries diverses 19 56 49 7 131 (5 e) (24 e) (105 e) (402 e) (71 e) Total 259 428 457 161 1305 (4 e) (26 e) (108 e) (637 e) (126 e) (…e): nombre moyen d'employés par entreprise
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Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 1
Chap.1 : Caractéristiques des effluents industriels et filières de traitement
• nombreuses utilisations de l’eau dans les industries
• eaux de chaudière
• eaux de refroidissement
• eaux de procédés (contacts avec des réactifs ou lavage des produits ou équipements)
Tableau 2 : Répartition au Québec des industries ayant des rejets d'eaux usées significatifs en fonction de la taille et par secteur industriel (hors CUM – année 1995)
(4 e) (26 e) (108 e) (637 e) (126 e)(…e): nombre moyen d'employés par entreprise
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 2
Pollution des eaux• pollution toxique: HAP, BPC, dioxine et
furanes , mercure et autres métaux, cyanures..) bioaccumulation, bioamplification
• matières organiques (d'origine humaine, animale ou d'industries agro-alimentaire, pâtes et papiers): leur biodégradation entraîne une diminution de l'oxygène dans l'eau: DBO5 demande biochimique en oxygène
Pollution des eaux (suite)• substances fertilisantes: Azote N,
(nitrite, nitrate) Phosphore P,apportées par:-lessivage des terres agricoles (vente d'engrais: 500 000 t /an)-effluents industries engrais et explosifs-eaux usées domestiques
effet: O2 diminue, prolifération d'algues, appauvrissement de la diversité des espèces
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 3
Pollution des eaux (suite)
• pollution par des micro-organismes (bactéries, virus) pathogènes
sources: déjections humaines et animales
problèmes pour production d'eau potable et usages récréatifs
Pollution des eaux (suite)
• pollution visuelle ou esthétique(mousse, couleur, odeurs)
• pollution thermique (rejet d'eaux chaudes)
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 4
Pollution des eaux (suite)
• En 1988, le PASL a identifié 50 usines qui déversaient par pour jour dans le fleuve Saint-Laurent et la rivière Saguenay:
- Après 20 jours tout ce qui est oxydable est oxydé
- DBO20 = DBO ultime
- valeur de la DBO après 5 jours:DBO5
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 11
Courbes de DBO
T e m ps (jou rs)
2 4 6 8 10 12 14 16 18
y =D B O (t )
D B O u lt im e ,L o
D B O d e se c on deé ta pe
8D B O 5 (t=5jou rs)
DBO de seconde étape
• après incubation (6-10 j) les bactéries nitrifiantes (Nitrosomonas ,Nitrobacter)oxydent NH3 :nitritation
NO2-:nitratation
• NH3 + O2 + cellules=> NO2-
• NO2- + O2 + cellules=>NO3
-
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 12
Mesure de DBO parfois difficile
A
B
C
D
Tem ps
D BO
A: idéale, B: bonne acclimatation, C mauvaise, D toxique
Relations pour la DBO:
dC
dt=-kC _ C (t =0)-C(t)=C (1-e )0 0
-kt
y = L - L =L (1-e )= L ( 1-10. )0 0-kt
0-Kt
y DBO , au temps t (DBO exercée)
L0 DBO ultime quand temps infini
L DBO restante (ce qui reste à consommer pour atteindre la DBO ultime)
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 13
Constante de vitesse: k ou K
T 2 0 ( T - 2 0 )K = K
ө= 1.135 pour 4<T<20 oC
ө = 1.056 pour 20<T<30 oC
Par exemple de valeurs de K à 20 oC:
eaux usées urbaines: 0.15 - 0.28 j-1
effluent d’une station de 0.06 - 0.10 j-1
biologique d’épuration
eau de rivière 0.04 - 0.08 j-1
faiblement polluée
Procédure expérimentale pour la mesure de la DBO
Air
Eau distillée +
Ensemencement
(bactéries)+nutriments
saturée en oxygène
VB=300 mL
témoin
test
dans le noir, à 20O C
à 5j, on mesure O2
VS
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 14
• les mesures les plus fiables s ’observent lorsque la perte d ’oxygène au cours de l ’essai varie entre 35 et 60 %(à 20oC,au niveau de la mer, dans l ’eau pure on solubilise 9.2 mg d ’oxygène par litre)
• des dilutions peuvent être faites pour rencontrer ce critère (ordre de grandeur: facteur de dilution = DBO estimée /4 )
• voir TD pour les équations p I.6
Procédure expérimentale pour la mesure de la DBO (suite)
Demande chimique en oxygèneDCO (mg/L)
• O2 consommé par oxydation au dichromate de potassium
• caractérise les composés oxydables (biodégradable et non biodégradable)
• DCO> DBO• DCO/DBO fonction effluent (p1.7.1&2)• DCO/DBO = 1.5 à 3 pour eaux usées
urbaines
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 15
Demande théorique en oxygèneDThO (mg/L)
• C'est la quantité d'oxygène pour oxyder complètement un composé en produits stables (CO2, H2O, NO3). Pour la plupart des composés organiques, à l'exception de certains composés aromatiques, on a DThO =DCO
Carbone organique totalCOT (mg/L)
• COT représente la teneur en carbone lié à la matière organique. La technique repose sur la mesure du CO2 après oxydation
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 16
Azote Kjeldahl (NTK, mg/L)
• Il représente la quantité d'azote sous formes réduites : organique et ammoniacale (N-NH4-), abusivement appelé azote total.
Azote global
• C'est la somme des formes oxydées et réduites de l'azote : azote organique, ammoniacal et des formes oxydées (nitrites et nitrates).
• On trouvera aux pages 1-7.1- à 1-7.2 les valeurs de ces grandeurs caractéristiques pour différents types d'effluents ou de composés organiques
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 17
Indicateur bactériologique de la qualité de l’eau
• pour des effluents contenants des matières d’origine humaine ou animales possibilité de contamination par des organismes pathogènes
• analyse difficile => on regarde d’abord la présence de coliformes fécaux non pathogènes mais indicateurs d’une contamination fécale
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 20
Équivalent-habitant de la charge polluante d’un effluent
Charge en gramme/habitant/jour
Paramètres: Gamme Typique Québec
DBO5 60-110 80 54
DCO 110
Matière en suspension 60-115 90 60
Azote (total N) 10-18 15 15
Phosphore ( total P) 3-6 4 2-2.5
Calcul d ’équivalent-habitant• En 95, les rejets de la raffinerie Ultramar était
de 8852 m3/j contenant 161 kg/m3 de MES, 26.9 kg/m3 d ’huiles et graisse, 24.4 kg/m3
d ’azote ammoniacal (re. SLV2000).
• Calculer le nombre d ’ équivalent-habitants de ce rejet en terme de MES et de N
Nbre d ’E-H (MES)= 8852 . 161. 1000 / 60 = 23.75 Millions
• Nbre d ’E-H (N)= 8852 . 24.4. 1000 / 15 = 14.40 Millions
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 21
Recommandations sur la qualité de rejets industrielsSource Environnement Canada (1976)
Remarque:La dilution n’est pas un traitement acceptable
valeur maximale recommandée
DBO5 20 mg/L
MES 25 mg/L
coliformes fécaux 400/100 mL (après désinfection)
chlore résiduel 0.5 mg/L min. après 30 min.
1 mg/L max.
pH 6-9
phenols 20µg/L
Phosphore total 1. mg/L
Huiles et graisse 15 mg/L
Température ne doit pas changer celle du milieurécepteur de plus de 1 degré celcius
Cadre réglementaire sur les rejets industriels au Québechttp://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/industrielles/
Loi sur la qualité de l ’environnement (QC) LRQ, chap. Q-2 (1995)
article 22: « nul ne peut ériger ou modifier une construction, entreprendre l’exploitation d’une industrie quelconque, l’exercice d’une activité ou l’utilisation d’un procédé industriel ni augmenter la production d’un bien ou d’un service s’il est susceptible d’en résulter une émission, un dépôt, un dégagement ou un rejet de contaminants dans l’environnement ou une modification de la qualité de l’environnement, à moins d’obtenir préalablement du ministre un certificat d’autorisation ». Exigence de l’obtention d’un certificat d’autorisation préalablement à l’implantation ou à la mise en exploitation d’une industrie.
L’article 32 concerne l’obligation d’obtenir une autorisation avant l'installation d’équipements de traitement des eaux usées : « nul ne peut établir un aqueduc, une prise d’eau d’alimentation, des appareils pour la purification de l’eau, ni procéder à l’exécution de travaux d’égout ou à l’installation de dispositifs pour le traitement des eaux usées avant d’en avoir soumis les plans et devis au ministre et d’avoir obtenu son autorisation ».
Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 22
Cadre réglementaire au Québec (suite et fin)http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/industrielles/
Règlements et directives (QC): sur les fabriques de pâtes et papiers, (Q-2, r. 12)
sur les effluents liquides des raffineries de pétrole, (Q-2, r. 6)
les usines de bétons bitumineux, (Q2,r.25)
directive sur l’industrie minière.
Réglementation municipale Dès le début des années 1980, et ceci, dans le cadre du PAEQ, les municipalités
participantes au programme ont été incitées à se doter d’une réglementation municipale visant à contrôler les rejets non domestiques, et notamment ceux d’origine industrielle, dans leurs réseaux d’égout. Par cette réglementation, les municipalités se sont données le pouvoir d’intervenir auprès des industries qui rejetteraient des contaminants susceptibles de perturber le fonctionnement des systèmes d’épuration municipaux ou encore de contaminer les eaux de surface du territoire municipal notamment lorsque les eaux usées municipales seraient traitées.
CUM:En plus de fixer des limites de rejet pour près de 20 contaminants, le Règlement 87stipule que les établissements qui déversent leurs eaux usées ou leurs eaux de refroidissement dans un réseau d'égout raccordé aux intercepteurs de la CUM, en quantité supérieure à 4500 m³ durant une période de six mois ou contenant des substances énumérées aux paragraphes 3, 7 et 9 de l’article 10 du même règlement, doivent obtenir un permis de déversement
Normes de rejets fixées par secteur industriel (et par quantité produite …. pour éviter les dilutions)
La majeure partie de l’eau consommée dans les municipalités continue de provenir des sources d’eau de surface. En 2009, 90,2 % de l’eau dans les réseaux de distribution provenait des sources d’eau de surface, comme les lacs et les rivières, alors que seulement 9,8 % provenait des sources d’eau souterraine. À l’échelle nationale, le rapport entre l’eau provenant des sources d’eau de surface et des sources d’eau souterraine est resté remarquablement stable au cours des dix dernières années.