Brevet FR2513984A1 — publié le 19830408

Procédé et installation d'épuration d'eaux résiduaires industrielles, notamment d'eaux résiduaires de teintureries L'invention est relative à un procédé et à une installation d'épuration d'eaux résiduaires industrielles, et elle s'applique plus particulièrement aux eaux résiduaires de teintureries Actuellements les procédés couramment mis en oeuvre pour épurer les eaux résiduaires industrielles font appel à une première phase d'homogéndisation et épuration sommaire par.sépa- ration mécanique (dégrillage, décantation, etc::), une deuxième phase de réduction de la charge polluante par des procédés simples, soit biologiques, soit physico-chimiques (coagulation, floculation puis filtration), et éventuellement une troisième phase de finition destinée à éliminer les matières dissoutes résiduelles et faisant appel à des techniques. de séparation fine telles que : séparation par membranes se#i-perméables o-u de dialyse, adsorption sur une surface solide à grande surface spécifique,. échange#d'ions sur résine, séparation sur. celluloses greffées. pour des eaux. à. forte demande chimique en oxygène (W0) et à matières en suspension fines, comme le sont par exemple les eaux de teintureries dont les matières en suspension ont une dimension de liordre de 1 à 2 dixièmes de millimètre, le traitement de coagulation-floculation est de grande importance. r;lais, quelles que soient les conditions dans lesquelles est réalisé ce traitement physico-chimique, en particulier quelle que soit la finesse de séparation obtenue au préalable par décantation, la réduction de LCO aprè ce traitement de co#gu- lation-floculation se limite à 40-50 0. La DCO des eaux traitées est ainsi en général beaucoup trop importante pour que l'eau puisse btre recyclée dans le processus industriel de l'usine dont les rejets sont traités de sorte qu'elle est rejetée en cours d'eau, ce qui entrain des frais importants d'approvisionnement en eau ainsi que le paiement de taxes relativement élevées pour le rejet direct des eaux usées en cours d'eau protégé. De plus, et ceci s 'applique en particulier aux eaux résiduaires de teintureries, les traitements usuels ne permettent pas de décolorer les eaux rejetées, ce qui empoche irrémédiablement tout recyclage des eaux dans le processus industriel. ,Par ailleurs, un autre problème inhérent aux traitements d'épuration usuels réside dans l'éllmination des boues obtenues en fin de traitement. Or, pour des eaux à forte DCO et qui requièrent donc pour leur dépollution des quantités importentes d'agent coagulant ou d'agent floculant, le volume des boues obtenues est considérable. C'est un but de l'invention de fournir un procédé d'épuration d'eaux résiduaires qui permette d'obtenir une eau suffisamment dépolluée pour être recyclée dans le processus industriel. C'est, en particulier, un but de l'invention, de fournir un procédé d'épuration d'eaux résiduaires de teintureries qui permette de décolorer les eaux rejetées. C'est encore un autre but de l'inventlon de fournir un procédé qui permette d'obtenir sous forme fortement concentrée la matière polluante extraite des eaux. C'est, enfin, un autre but de l'invention de fournir un procédé et une installation d'épuration d'eaux résiduaires qui soient très simples et économiques. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, grâce au fait qu'avant de mettre en oeuvre des processus physico-chimiques de type coagulation-floculatîon puis filtration, on fait subir directement à l'eau polluée un traitement d'évaporation par chauffage, sans avoir recours aux traitements préalables usuels faisant appel à une séparation mécanique du type dfigril- lage, ~ décantation, etc. Une des caractéristiques essentièlles de l'invention est ainsi de faire subir à l'eau polluée une évaporation par chauffage. Or, les techniques, d'évaporation ne sont acceptables dans une installation industrielle que si tous les produits obtenus ont une utilité. -Il faut en particulier, pour que l'opération soit rentable, pouvoir recycler l'eau distillée obtenue, utiliser la vapeur produite, facilement rejeter les boues formées. Le procédé de -l'invention remplit toutes. ces. conditions. -la Demanderesse s'est en effet aperçue qu'alors que dans tous les traitements d'épuration mis en oeuvre jusqu'à présent les opérations de coagulation-flocula,tion ne permettent pas d'at- teindre un rendement, exprimé en réduction de DCO, supérieur à 40-50 #, l'évaporation préalable entrasse de façon sllrprenante une amélioration considérable de l'efficacité de ces traitements physico-chimiques, le rendement obtenu étant de l'ordre de 80 à 95 . L'évaporation-a sur les opérations physico-chimiques mises en oeuvre Ùitérieuretnent un effet de synergie manifeste, d'une part, au niveau de la pureté de l'eau obtenue en fin de traitement qui est suffisamment dépolluée pour être recyclée di rectement dans le processus industriel-et, d'autre part, en ce gui concerne plus particulièrement les industries de la teinturerie, au niveau de la qualité de l'eau obtenue et recyclée qui a une teneur en matières incrustantes (calcium, silice, etc.) inférieure à la teneur de l'eau potable, de sorte que la qualité de la teinture réalisée en utilisant l'eau recyclée est amdliorée. Cet effet de synergie-entre les étapes d'évaporation et de coagulation-floculation se manifeste également au niveau d'une amélioration-de ltéchange au cours de la vaporisation, grace aux teneurs en silice et en calcium très faibles de l'eau floc#ulée recyclée. La vapeur produite lors de l'évaporation par chauffage de l'eau polluée, après séparation des boues,- est utilisée pour préchauffer l'eau polluée conduite à ltévaporateur. Ceci a une influence bénéfique-sur le cott de l'opération dévapora- tion, minimi-sant les besoins en énergie nécessaires pour le chauffage de l'eau. Finalement, le volume des boues récupérées en fin de traitement est faible s î'évaporation ayant, en effet un rendement en réduction- -de DCO de l'ordre de 75 à 90 %, le traitement ultérieur par c,oagula'tion-floculation sur une eau déjà, fort en ment dépolluée ne fournit que peu de boues. L'installation selon lSinvention comprend un évaporateur, un séparateur relie à la sortie de vapeur de l'évaporateur pour séparer les boues de la. vapeur d'eau polluée formée, un dispositif de coagulation-floculation relié directement à la - sortie d'eau évaporée condensée en provenance du séparateur, éventuellement un dispositif de décantation de l'eau floculée et un dispositif de filtration de l'eau floculée. Cette installation est d'une grande simplicité. Elle supprime les dispositifs du dégrillage, décantation préalable, etc. couramment utilisés dans procédés de traitement d'eau usuels et qui occupent toujours de- grandes surfaces. Elle supprime également les dispositifs de séparation fine des matières résiduelles contenues dans l'eau traitée habituellement nécessaires dans les procédés actuels. l'invention est maintenant décrite plus en détail en référence ; aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est un schéma d'une installation d'évaporation dans laquelle est effectuée la première phase du procédé selon l'invention; et la figure 2 représente schématiquement la succession des opérations de traitement d'eau effectuées après l'évaporation. Conformément à l'invention, l'eau à épurer est soumise directement à une évaporation par chauffage avant autre soumise à un traitement physico-chimique du type coagulation-loculation, l'installation d'évaporation 10, représentée sur la figure 1, comporte. plusieurs étages, dans le cas présent sept. le premier étage 111, ou étage supérieur, est alimenté en un fluide caloporteur provenant d'une chaudière 12 par une canalisation 13 et y retournant par une canalisation 14. L'eau -polluée provenant d'une canalisation principale 15 est fournie å l'évaporateur 111 par une canalisation 151 en passant par un économiseur b1 dans lequel elle est préchauffée. la vapeur sale produite dans l'évaporateur en sort par une canalisation .161 qui l'amène jusqu'à un séparateur S1, par exemple -un séparateur centrifuge, à la sortie duquel on obtient d'une part des boues qui se rassemblent dans une canalisation 17 et, d'autre part, de la vapeur propre. Cette vapeur propre est utilisée comme fluide caloporteur dans l'évaporateur 112 du deuxième étage. Selle y est amenée par une canalisation 181 et l'eau évaporée qui se condense sort de l'évaporateur par une canalisation 192 puis passe dans un économiseur b2 dans lequel elle est utilisée pour préchauffer l'eau polluée amenée de la canalisation 15 dans l'économiseur.L'eau polluée préchauffée sortant de l1écono- miseur par la canalisation 152 est introduite dans l'évapora- teur 112 où elle est évaporée par suite de l'échange de-chaleur avec la vapeur propre et elle en sort par une canalisation 162 qui l'amène dans un séparateur centrifuge S2 lequel fournit, d'une part, des boues se rassemblant dans la canalisation 17 et, d'autre part, de la vapeur propre amenée par une canalisation 182 dans l'évaporateur 113 du troisième étage. L'eau polluée, la vapeur propre de -chauffage et l'eau évaporée condensée suivent des trajets analogues dans les étages 3 #à 7. La vapeur qui sort du dernier évaporateur 117 par la canalisation 167 est envoyée dans le séparateur centrifuge S7 et la vapeur propre obtenue est alors conduite par une- canalisation 21 où elle se condense dans l'économiseur M1 du premier étage d'évaporation, pour préchauffer l'eau polluée entrant dans cet étage. On constate ainsi que les besoins en énergie de l'installation d'évaporation sont uniquement ceux dfls au chauffage du fluide caloporteur du premier étage d'évaporation, les autres étages fonctionnant avec de la vapeur propre issue de l'étage immédiatement précédent comme fluide caloporteur. les'eaux évaporées condensées-sortant de chaque évaporateur par les canalisations 201 ... 207 se rassemblent dans une canalisation 20 reliée à une canalisation 22 d'amenée des eaux en cours d'épuration dans une installation de traitement physico-chimique (figure 2) A cette canalisation 22 sont reliés, en des emplacements déterminés, un dispositif 23 de dosage et d'addition à l'eau distillde d'un produit de réglage du pH pour amener l'eau au pH -approprié pour réaliser une opération de coagulation ultérieure dans des conditions satisfaisantes, puis un dispositif 24 de dosage et d'addition à l'eau du ou des produits coagulants utilisés. L'eau pénètre alors dans un appareil de coagulation 25 : le produit coagulant déstabilise les émulsions de matières polluantes que contient l'eau évaporée et qui sont sous forme très finement dispersées. Ces techniques étant connues, elles ne seront pas décrites plus en détail. A la canalisation 26 de sortie de lteau après traitement de coagulation, est raccordé un dispositif ?7 de-dosage et d'addition à l'eau d'un ou de plusieurs produits floculants. L'eau -est alors amenée à un dispositif de floculation 28 dans lequel vont se former les précipitations ou floculations induites par le produit floculant L'eau floculée sort par une canalisation 29, est amenée éventuellement dans un dispositif de décantation 30. duquel elle sort par une canalisation 31 qui la conduit dans un dispositif de filtration 32 comportant, dans le cas présent deux éléments de filtration sur sable 521 et 322. L'eau filtrée est alors ~ alors récupérée dans une canalisation 33 et elle est saLt recyclée dans le processus industriel en cours, soit rejetée en cours d'eau protégé. Comme produit de réglage du pH, on utilise, selon le pH désiré et le pH de 11 eau -évaporée condensée à traiter, de la soude, de la potasse ou analogue, ou de l'acide formique, acétique ou analogue. Comme produit coagulant, on utilise, selon les substances polluantes que contient l'eau évaporée condensée, les produits usuels tels que sulfate d'alumine, chlorure ferrique, chaux, chlorure de calcium, sulfate ferreux, chlorure de magnésium et analogue. Comme produit floculant, on utilise, également en fonction de la teneur en substances polluantes de l'eau évaporée condensée, des floculants minéraux tels que silice activée, bentonite, hydroxyde métallique à structure polymère, ou bien des floculants naturels tels que des polymères hydrosolubles à charge anionique, cationique ou neutre, des dérivés amylacés (amidon de maïs fécule de pomme de terre, etc.) des po'lysacchn-- rides, des alginates, etc., ou bien encore des floculants synthétiques tels que des polyacrylamides copolymérisés avec de l'acide acryliq#ue (anioniques), des #omposés aminés (cationiques), des polyéthylènes-imines, des polyamides amines, des polyamides, des polyoxydes d'éthylène, des composés sulfonés et analogues. On va décri:re ci-après, à titre nullement limitatif, un exempie de traitement selon l'invention d'une eau de teinturerie-. La composition moyenne de l'eau polluée était la suivante- - DCO 2500 à 3o00 mg/litre DB05 environ 459 -à 600 mg/litre ; le rapport DC01bB05 est ici trop élevé pour permettre une dégradation des matières polluantes par traitement biologique; -- extrait sec 0,4 %; composition de l'extrait sec : matières minérales 50 g matières organiques 50 %. les matières minérales se comptent de : silice SiO2 18 % % calcium CaO li % cuivre Ou 3 % fer Fe203 6# sulfite S03 9 % phosphate P205 3 -r#. les matières organiques comprennent des produits tensioactifs de polarités diverses et-des substances en provenance des mati-ères premières -et des matières colorantes. Comme produits tensioactifs, on trouve des produits anioniques (sulfonates de produits synthétiques), des produits non ioni ques (alcools et amines gras éthoxylés), des produits cationiques (amines grasses quaternisées). les substances en provenance des matières premières sont constituées d'huiles d'ensimage, d'oligomères de fibres synthétiques, de cires et de matières pectiques du coton. les matières colorantes sont des substances azo#ques, poly azotiques, anthraquinoniques, solubles ou non solubles. Cette eau a été traitée conformément à l'invention. L'eau polluée a d'abord été soumise à une évaporation dans une installation du type de celle décrite ci-dessus en réfé- rence à la figure 1. les conditions de fonctionnement de l'installation d'évaporation étaient les suivantes % (vapeur residuelle eau polluée Nombre d'étages = 7 Température de l'eau polluée : 5000 Température de l'eau distillée : 6500; Pression de vapeur résiduelle saturée : 7 bars efficaces Température de vapeur résiduelle saturée : 17000 Température a#1er et retour du fluide caloporteur du premier étage : 260 - 2404C Température de la vapeur de sortie du premier étage : 22500 Température de la vapeur de sortie des étages suivants diminution de 7 à 800 par étage. L'eau évaporée condensée obtenue à la sortie de l'installa- tion d'évaporation est -alors soumise à un traitement de coagulation-floculation-filtration. Pour une telle eau, on utilise comme agent coagulant de façon appropriée, du bicarbonate de soude et/ou #du sulfate d'alumine. Comme agent floculant, on utilise des composés de type polyamines. les caractéristiques moyennes de l'eau ainsi traitée étaient les suivantes Caractéristiques de l'eau après évaporation DCO 600 mg/litre extrait sec : 0,040 so composition en 0 identique à l'eau polluée turbidité : UJ 65. Caractéristiques moyennes de l' eau floculée DCO : 40 mgllitre estrait-sec non mesuré turbidité : UJ 1 à 2 meilleure que l'eau potable). dureté #0f alcalinité XAa 120f chlorure 53,6 mg/litre silice 2 mg/litre. On aboutit ainsi globalement à une réduction de la DCO de 98 %. L'eau peut être directement recyclée dans le processus industriel de teinture. De plus, cette eau présente un taux de matières incrustantes inférieur à celui de l'eau potable, ce qui permettra d'améliorer la qualité de la teinture au cours du cycle suivant du processus industriel. Le traitement de coagulation-fîoculation, réalisé sur l'eau évaporée condensée, fournit une réduction de la DCO de 93 %, progrès considérable par rapport aux rendements habituels des traitements de coagulation-floculation et qui n'atteignent, en général, que 40 à 50 %, Revendications 1. Procédé d'épuration d'eaux résiduaires industrielles à demande chimique en oxygène élevée et à matières en suspension fines, caractérisé en ce qu'ayant de mettre-en oeuvre des processus physico-chimiques du type coagulation-floculation' puis filtration, on fait subir directement à liteau polluée un traitement d'évaporation par chauffage, sans avoir recours aux traitements préalables usuels des eaux usées faisant appel à des séparations mécaniques du type dégrillage,' dêcantation, etc. 2. Yrocédé selon la revendication 1, àaractérisé en ce que la vapeur produite lors de l'évaporation de l'eau polluée, après séparation des boues, est utilisée pour préchauffer l'eau polluée. 3. Procédé selon la#revèndication l ou 2, caractérisé en ce que ieau dépolluée est recyclée directement dans le processus industriel ayant conduit au rejet des eaux à épurer. 4. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 aux eaux résiduaires des teintureries. 5. installation pour la mise en oeuvre du procédé selon'la revendication 1, caractérisée en ce quelle comprend un évapo- rateur relié directement à la canalisation de sortie des eaux résiduaires, un séparateur relié à la sortie de vapeur de ltévaporateur pour séparer les boues de-la vapeur d'eau polluée formée, un dispositif de coagulation-floculation relié directement à la canalisation de sortie de liteau évaporée condensée, éventuellement un dispositif de décantation,- et un dispositif de filtration. 6. installation selon la revendication 5J caractérisée en c#e qu'elle comprend un évaporateur à au moins deux étages, la sortie de vapeur du dernier- #age étant reliée, en passant par un séparateur, à l'entrée d'eau polluée dans le premier étage de l'évaporateur à des fins de préchauffage de l'eau à épurer. 7. installation selon la revendication 5 ou 6,-caracterisée en ce qu'elle comprend un évaporateur à au moins deux étages, la sortie-de vapeur de chaque étage mis à part le dernier étant reliée, en passant par-un séparateur, à l'évaporateur de l'étage suivant pour y amener la vapeur en tant que fluide Caloporteur, puis à l'entrée d'eau polluée dans cet étage à des fins-de préchauffage de l'eau à épurer.