Brevet FR2683154A1 — publié le 19930507

PROCEDE ET INSTALLATION POUR LE TRAITEMENT DES EFFLUENTS ISSUS DU TRAITEMENT DE SURFACE DE MATERIAUX L'invention concerne un nouveau procédé destiné au traitement des effluents, issus des procédés de traitement de surfaces de matériaux, et parmi ceux-ci, les traitements dits "de tribofinition". De manière générale, on entend par traitement de surfaces d'une part, tous les traitements liés au revêtement, tels que notamment le chromage, le nickelage, et de manière générale les traitements de métallisation, peinture, vernis, etc..., et d'autre part les traitements de finition, généralement définis par le terme tribofinition, et qui concernent notamment l'ébavurage, le polissage, généralement à base d'un abrasif et de lessive en solution. Dans un cas comme dans l'autre, ces traitements génèrent des déchets, généralement organiques (lessive et soude ou acide) et minéraux (abrasifs et poussières métalliques), qu'il convient d'éliminer avant de rejeter les effluents issus de tels traitements. L'invention concerne également une installation pour le traitement de tels effluents, mettant en oeuvre ce procédé. Pendant très longtemps, les effluents issus de traitement de surfaces n'ont pas été traités, et ont été rejetés en l'état, notamment au niveau des stations d'épuration, des rivières et autres cours d'eau, entraînant une pollution non négligeable, et en tout cas excédant de manière très significative les normes anti-pollution admises. Avec l'introduction de ces normes, sont apparus des traitements physicochimiques destinés à traiter ces effluents. Outre leur faible efficacité, l'inconvénient de tels traitements physico-chimiques réside dans le fait qu'ils génèrent beaucoup de boue, qu'il convient alors d'évacuer ou de stocker dans des décharges. Ces boues se présentent généralement sous forme liquide, rarement solide, d'où justement le problème de transport et de stockage. En outre, et comme déjà dit, ces traitements sont d'efficacité très limitée, puisque la DCO (demande chimique en oxygène) en fin de traitement reste très importante et généralement au delà des normes. L'objet de l'invention est de proposer un procédé susceptible de traiter les effluents issus des traitements de surface, afin d'une part, que les rejets répondent aux normes anti-pollution en vigueur, et d'autre part, qu'il soit simple à mettre en oeuvre, et qu'enfin les produits polluants issus de ce traitement soit aisément stockables et/ou transportables. En d'autres termes, on cherche par le biais du procédé conforme à l'invention à concentrer les matières polluantes sous forme solide afin de favoriser leur stockage et/ou leur transport ultérieur. Ce procédé pour le traitement des effluents issus de traitement de surfaces de matériaux, consiste: - tout d'abord, à soumettre lesdits effluents à une pré-filtration frontale, les résidus solides issus de cette pré-filtration étant alors évacués, et le filtrat étant stocké dans un concentrateur, - puis à filtrer par micro- ou ultra-filtration tangentielle au moyen d'une membrane poreuse le filtrat stocké dans le concentrateur, le concentrat issu de cette micro- ou ultra-filtration étant réintroduit dans le concentrateur selon une boucle fermée, ledit concentrateur étant muni d'un dispositif de tropplein, acheminant l'excédent de concentrat en amont de la pré-filtration frontale. En d'autres termes, l'invention consiste à associer d'une part, une technique de pré-filtration frontale à un procédé de micro- ou ultra-filtration tangentielle, certes connus par ailleurs, mais dans lequel, la quasi-totalité des matières polluantes se retrouve concentrée au niveau de la pré-filtration frontale par un circuit original faisant l'objet de l'invention. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la pré-filtration frontale s'effectue au moyen d'un filtre-presse, constitué de manière connue d'une succession de toiles de filtration, enchassant des chambres de filtration, le diamètre des orifices des toiles étant compris entre quelques milliers de micromètres, typiquement une dizaine de milliers et une dizaine de micromètres. Avantageusement, et selon l'invention, le perméat obtenu à l'issu de la micro- ou ultra-filtration tangentielle est recyclé et est utilisé comme agent de traitement pour le traitement de surface. Selon l'invention, la température de fonctionnement du procédé conforme à l'invention est la température ambiante. De la sorte, les membranes de micro- ou ultra-filtration peuvent être de nature organique ou minérale. Le diamètre des pores desdites membranes est typiquement voisin du dizième de micromètre, et peut varier entre 0,01 et 0,8 micromètre selon que l'on travaille en micro- ou en ultra-filtration. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on adjoint aux effluents à traiter, préalablement à leur pré-filtration frontale, des floculants, avantageusement de type cationique, et ce notamment afin de favoriser la pré-filtration frontale. Typiquement, ceux-ci sont introduits selon une quantité de l'ordre de un gramme par mètre cube d'effluent à traiter. Selon l'invention, la vitesse de circulation des effluents au niveau de la micro- ou ultra-filtration tangentielle est comprise entre 1 et 5 m.s-1. En effet, si cette vitesse excède 5 m.s-l, on augmente de manière inutile la consommation énergétique et l'on risque une abrasion importante de la couche membranaire. En revanche, si cette vitesse est inférieure à 1m.s-1, la perméabilité de la membrane peut être affectée. L'invention concerne également une installation pour le traitement des effluents issus du traitement de surface de matériaux. Cette installation comprend fondamentalement une fosse de stockage des effluents, dans laquelle ceux-ci sont soumis à agitation constante, afin d'éviter les phénomènes de décantation. Elle se caractérise en outre, en ce qu'elle comprend en série: - une cellule de pré-filtration frontale, constituée par un filtre-presse, - un concentrateur, destiné à recueillir le filtrat issu de la pré-filtration frontale, ledit concentrateur étant muni d'un dispositif de trop-plein destiné à acheminer le trop-plein au niveau du concentrateur en amont de la cellule de pré-filtration frontale, - une cellule de micro- ou d'ultra-filtration tangentielle, destinée à assurer la micro-filtration du filtrat issu de la pré-filtration frontale, le concentrat issu de cette micro-, respectivement ultra-filtration subissant en boucle fermée des micro-filtrations consécutives, afin d'induire le déversement par le trop-plein du concentrateur des matières polluantes et à concentrer ces matières polluantes au niveau des chambres de filtration du filtre-presse. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui de la figure unique annexée, qui est une représentation simplifiée illustrant le fonctionnement général du procédé conforme à l'invention. De manière connue, les pièces destinées à subir un traitement de surface, notamment de finition, sont plongées dans un tonneau dit de traitement (1), dans lequel est versée la solution de traitement. S'agissant de la tribofinition, cette solution comprend un abrasif, généralement sous forme de poudre ou de billes, additionné d'une solution comprenant généralement un dégraissant ou détergeant, un inhibitueur de corrosion, généralement sous forme de phosphate, éventuellement un acide, pour enlever toute trace de calamine ou d'oxydation. De fait, la solution se charge en abrasif, et en matériau constitutif de la pièce subissant le traitement de finition. De la sorte, les effluents issus de ce traitement comportent beaucoup de matières en suspension, additionnés de graisse et de tensio-actifs, et, selon le détergeant utilisé, présentent un pH acide ou basique. Ces effluents sont alors acheminés par tout moyen (2) au niveau d'une fosse (3), munie d'un agitateur afin d'éviter les phénomènes de décantation. lls sont alors pompés par une pompe à boue (5), d'un type en soi connu, particulièrement résistante aux abrasifs, pour être acheminés par une canalisation (14) au niveau d'un filtre-presse (4). De manière connue, un tel filtre-presse est constitué d'une pluralité de toiles de filtration parallèles, encadrant des chambres de filtration, le diamètre des pores de filtration des toiles étant typiquement de quelques millimètres à environ 100 micromètres. Le principe du filtre-presse, bien connu dans le domaine, consiste à introduire le produit à filtrer sous pression, afin de pallier l'obturation progressive des toiles de filtration par les résidus en suspension dans les effluents à traiter. De fait, lorsque l'on désire obtenir un débit constant de filtrat en sortie du filtrepresse (4), on doit en amont de celui-ci augmenter. On obtient au niveau de chacune des toiles de filtration, et donc dans les chambres de filtration, des amas de résidus, se présentant sous forme pelletable, couramment dénommés "gâteaux", que l'on évacue périodiquement hors dudit filtre-presse selon une opération couramment dénommée "débatissage". Ces "gâteaux" sont donc les déchets issus de cette pré-filtration frontale, déchets se présentant sous forme pelletable, et donc aisément manipulables, stockables et généralement éliminés dans les décharges. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on introduit en amont du filtre-presse (4), un floculant, afin de favoriser la pré-filtration des particules abrasives contenues dans les effluents. Ce floculant est par exemple un floculant type FL 45C commercialié par la société SNF, et est introduit à raison de un gramme par mètre cube d'effluent traité. A l'issu du filtre-presse (4), on obtient une diminution en DCO (demande chimique en oxygène) de 10 à 20 %. Le filtrat issu du filtre-presse est acheminé alors au niveau d'un concentrateur (5), qui alimente par le biais d'une canalisation (10) et une pompe (il)1 une ou plusieurs cellules de micro-ou d'ultra-filtration tangentielle (6). Ces cellules de micro- ou d'ultra-filtration comprennent des membranes organiques ou minérales, dont le diamètre typique des orifices de filtration est compris entre 0,01 et 0,8 micromètre. De manière traditionnelle, ces cellules de micro- ou d'ultra-filtration tangentielle sont constituées d'un cylindre, dont les parois sont microporeuses. Le filtrat stocké dans le concentrateur (5) est injecté à l'une des bases de ce cylindre, à l'autre extrémité duquel est exercée une contrepression au moyen d'une vanne règlable (16), et ce, afin de favoriser la filtration du filtrat au travers de ladite membrane. La pression transmembranaire est relativement faible, de l'ordre de I à 3 bars, et la vitesse tangentielle étant voisine de 3m.s-1. A l'issue de cette micro- ou ultra-filtration tangentielle, effectuée à température ambiante, on obtient d'une part, un perméat (8) et d'autre part une concentrat (7). Ce dernier est réinjecté au niveau du concentrateur (5). I1 comporte la quasi-totalité des résidus en suspension issus des effluents à traiter, notamment des particules abrasives et des éléments du matériau des pièces traitées. Le concentrateur (5) comprend un dispositif de trop-plein (12) destiné à permettre l'acheminement par le biais d'une canalisation (13) du trop-plein à son niveau en amont de la pré-filtration (4), et notamment d'acheminer à ce niveau les abrasifs et autres particules solides encore présentes au niveau du filtrat contenu dans le concentrateur (5). En effet, après plusieurs circuits de micro- ou d'ultra-filtration tangentielle du filtrat contenu dans le concentrateur (5), on obtient une certaine augmentation de concentration des résidus à éliminer dans ledit filtrat. De fait, le filtrat acheminé par le biais du déversoir (12) en amont du filtre-presse (4) est à nouveau filtré par celui-ci. On observe à cet égard, qu'un effluent de tribofinition relativement concentré est mieux filtré au niveau du filtre-presse qu'un effluent de faible concentration, et corrélativement un concentrat à faible concentration en résidus issus de traitement de finition est mieux micro-, respectivement ultra-filtré si cette concentration est faible. En outre, on a pu constater que les particules abrasives, qui normalement auraient du détériorer les membranes et entraîner notamment leur déchirure ou leur usure prématurée, entraînent des turbulences, qui minimisent la couche de polarisation qui se créée systématiquement au contact des pores des parois desdites membranes. De fait, et de manière tout à fait inattendue, on a observé que bien loin de détériorer les membranes, les rares et fines particules abrasives augmentent leur perméabilité, et partant, favorisent le processus de micro- respectivement d'ultra-filtration. Le perméat obtenu (8) est avantageusement réutilisé au niveau des tonneaux de traitement de surface (1). ll est provisoirement stocké dans un réservoir intermédiaire (9) avant sa redistribution dans lesdits tonneaux (1). Le perméat n'étant pas rejeté, sa qualité ne doit répondre qu'aux exigences de l'usine au niveau de laquelle il est généré. I1 ne contient plus de matières en suspension, mais a conservé des produits tensio-actifs, soude, et autres espèces solubles non arrêtées par la membrane. On peut jouer sur la proportion de produits conservés par le choix de la membrane d'ultra-filtration ou de microfiltration. En cas de surconcentration en sel tensio-actifs ou autres produits non arrêtés par la membrane, on peut prévoir un rejet minimisé de perméat à petite dose, de manière à respecter les normes anti-pollution en vigueur, le débit de perméat rejetable étant alors fonction de la concentration la plus restrictive de ces normes anti-pollution. Le procédé et l'installation conformes à l'invention présentent de nombreux avantages par rapport aux traitements et installations connus à ce jour. Principalement, l'avantage essentiel réside dans le fait que les déchets obtenus se trouvent sous forme pelletable, selon un faible volume, diminuant de la sorte sensiblement l'encombrement qu'ils génèrent. Ils sont donc facilement stockables et transportables, notamment au niveau de décharges. En outre, on constate que le perméat obtenu est avantageusement réutilisable au niveau des bains de traitement, engendrant de fait une économie d'eau, mais également de produits tensio-actifs et de traitement de surface solubles. Les membranes de filtration tangentielle sont classiquement lavées par un double lavage soude puis acide. Enfin, l'installation permet d'économiser une partie des produits de traitement d'effluents, se matérialisant par un faible coût d'exploitation. Enfin, compte tenu de la simplicité de mise en oeuvre, ce procédé est aisément automatisable, permettant de la sorte des réductions de personnel. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour le traitement des effluents issus de traitement de surfaces de matériaux, caractérisé en ce qu'il consiste: - tout d'abord, à soumettre lesdits effluents à une pré-filtration frontale (4), les résidus solides issus de cette pré-filtration étant alors évacués, et le filtrat étant stocké dans un concentrateur (5), - puis à filtrer par filtration tangentielle (6) au moyen d'une membrane poreuse le filtrat stocké dans le concentrateur (5), le concentrat issu de cette filtration étant réintroduit dans le concentrateur selon une boucle fermée (7), ledit concentrateur (5) étant muni d'un dispositif de trop-plein (12), acheminant (13) l'excédent de concentrat en amont de la pré-filtration frontale. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pré-filtration frontale s'effectue au moyen d'un filtre-presse (4), constitué de manière connue d'une succession de toiles de filtration, enchassant des chambres de filtration, le diamètre des orifices des toiles étant compris entre quelques milliers de micromètres et une dizaine de micromètres. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le perméat (8) obtenu à l'issu de la filtration tangentielle est recyclé et est utilisé comme agent de traitement pour le traitement de surface. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il s'effectue à température ambiante. 5/ Procédé selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'on adjoint aux effluents à traiter, préalablement à leur pré-filtration frontale, des floculants, notamment de type cationique, selon une quantité voisine de un gramme par mètre cube d'effluent à traiter. 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la filtration tangentielle est une micro-filtration. 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la filtration tangentielle est une ultra-filtration. 8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vitesse de circulation des effluents au niveau de la filtration tangentielle est comprise entre 1 et 5 m.s-1. 9/ Installation pour le traitement des effluents issus du traitement de surface de matériaux comprenant une fosse de stockage (3) des effluents, dans laquelle ceux-ci sont soumis à agitation constante, caractérisée en ce qu elle comprend en série: - une cellule de pré-filtration frontale, constituée par un filtre-presse (4), - un concentrateur (5), destiné à recueillir le filtrat issu du filtre-presse (4), ledit concentrateur étant muni d'un dispositif de trop-plein (12), destiné à acheminer (13) le trop-plein au niveau du concentrateur en amont dudit filtre-presse, - une cellule de filtration tangentielle sur membrane (6), destinée à assurer la filtration du filtrat recueilli dans le concentrateur (5), le concentrat issu de cette filtration tangentielle subissant en boucle fermée des filtrations consécutives au niveau de ladite cellule (6), afin d'induire le déversement par le trop-plein du concentrateur (5) des matières polluantes et à concentrer ces matières polluantes au niveau des chambres de filtration du filtre-presse (4).