Brevet FR2754531A1 — publié le 19980417

Procédé et dispositif de traitement des fluides aqueux d'usinage usés La présente invention a pour objet un procédé et dispositif de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types y compris les solutions vraies, comprenant une première étape de mélange obtenu dans une cuve, après mesure des caractéristiques propres de chaque effluent pour permettre ainsi d'effectuer dans une deuxième étape le traitement du mélange par un dispositif de traitement électrolytique par électroflottation etlou électrocoagulation-floculation, comprenant également la séparation des éléments polluants de la phase liquide, lesquels éléments polluants sont séchés ensuite dans un dispositif tel qu'un filtre-presse, laquelle séparation est permise pour les solutions vraies grâce à l'agglomération de celles-ci avec les flocs créés par le traitement des émulsions. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la réalisation d'équipements de traitement et de l'épuration des eaux par procédé électrolytique d'électroflottation etlou d'électrocoagulation-floculation. Une des applications principales de l'invention est le traitement des fluides aqueux d'usinage usés mais le traitement d'autres fluides mélangés est possible, ceci de manière à augmenter le rendement du procédé. On connaît en effet de nombreux procédés et équipements qui proposent de traiter les fluides d'usinage usés pour éviter leur rejet dans le milieu naturel, ce qui dégrade l'environnement et constitue une source de pollution importante, et enfin représente des coûts de plus en plus lourds pour les industriels concernés. En effet, tant par la volonté politique que la demande des populations et la prise de conscience de tous, les pays industrialisés sont contraints de protéger de plus en plus leur environnement et imposent à tous les producteurs de rejets de les traiter dans des centres de traitement agréés ou de les traiter sur site. Ces traitements représentent cependant un investissement important, et ne sont pas adaptés à tous les types de rejets. Des études et essais sont menés depuis quelques années pour trouver des solutions économiques et adaptées aux différents types de rejets. L'industrie métallurgique et mécanique recourt depuis de longues années à des fluides destinés à favoriser les travaux d'usinage en assurant la lubrification au cours de ceux-ci. Après avoir utilisé pendant longtemps des huiles entières ou des savons , ces industries utilisent de plus en plus largement des mélanges d'eau et de lubrifiants appelés fluides aqueux d'usinage ou encore huiles solubles . On peut caractériser le fluide d'usinage comme un mélange contenant une très forte proportion d'eau (95 à 98,5 %) et une faible proportion de principe actif (1,5 à 5 %), appelé concentré . Ce produit liquide, qui se détériore pendant son usage et doit donc être renouvelé plus ou moins fréquemment, constitue, de par sa nature, un facteur important de pollution. Les principaux fluides aqueux d'usinage sont classés en trois catégories principales: les émulsions, les pseudo-solutions (fluides semi-synthétiques - émulsions colloïdales) et les solutions vraies (fluides synthétiques). Les émulsions ou les pseudo-solutions sont, d'une manière générale, des mélanges d'huiles minérales ou de lubrifiants synthétiques, d'émulgateurs, d'inhibiteurs de corrosion et d'eau. Le rôle de l'émulgateur est de conférer une grande stabilité à l'émulsion, non naturellement stable. A ces composants principaux s'ajoutent souvent des additifs (agent antimousse, bactéricide,...). Les solutions vraies sont des mélanges complexes d'inhibiteurs de corrosion, de tensioactifs, d'additifs divers, tous solubles dans l'eau. Le cas le plus typique de solution vraie est le fluide de rectification, utilisé à très haut taux de dilution (2 à 4 % de concentré et 96 à 98 % d'eau). On conçoit très vite que la nature physique très différente de ces deux grandes catégories (émulsions d'une part, solutions vraies d'autre part) implique la nécessité de filières de traitement différentes, qui ont pour but la maintenance des fluides (extraction des composants indésirables tels que matières en suspension, huiles ou graisses parasites...) et restitution du mélange eau-principe actif ou leur élimination par destruction ou extraction des composants indésirables et principes actifs et restitution d'une eau rejetable en milieu naturel. L'objet de l'invention est d'apporter une solution à l'élimination de tous les types de rejets, qu'ils soient des émulsions, des pseudosolutions ou des solutions vraies. Les techniques de traitement disponibles sont classées en quatre filières: - les traitements physiques traditionnels (centrifugation et ultrafiltration) dans lesquels l'émulsion est cassée mécaniquement, par l'action de forces gravitaires ou de pression, qui s'appliquent bien aux émulsions mais sont inopérantes pour les solutions vraies. - les traitements physico-chimiques dans lesquels les émulsions sont cassées chimiquement, par action sur les conditions chimiques d'interface qui maintiennent la stabilité de cette émulsion. Par cette action chimique, la stabilité de l'émulsion est rompue et l'huile peut alors être déposée de l'eau par simple décantation, ou par tout autre procédé de séparation de phases (flottation par exemple). Cette technique est uniquement applicable aux émulsions et ne peut être utilisée pour les solutions vraies. - les traitements thermiques par évaporation ou incinération applicables aux émulsions et aux les solutions vraies, mais qui ne peuvent être effectuées que dans des centres agréés et spécialement équipés pour éviter les rejets gazeux ; ces solutions sont donc d'un coût très élevé et nécessitent un transport des effluents jusqu'aux centres de traitement. - les traitements biologiques qui font l'objet de'réalisations expérimentales pour lesquelles le problème majeur, face à une technique peu souple , reste la variabilité de l'effluent à traiter, par ailleurs, les essais effectués ne donnent aucun résultat pour les solutions vraies. - les techniques électrolytiques qui évitent l'utilisation de produits chimiques qui ne font qu'augmenter la part concentrée des effluents. Parmi celles-ci, I'électrocoagulation-floculation permet le traitement d'effluents chargés en matières en suspension et en métaux, et l'électroflottation permet de séparer les émulsions. La flottation des matières en suspension est favorisée et accélérée par l'adsorption de micro-bulles d'air produites par électrolyse. Employées séparément ou en association, ces électrotechniques ne permettent cependant pas le traitement des solutions vraies, ce qui a restreint le développement de ces technologies dans le secteur considéré. Avec l'exposé précédent, nous pouvons mesurer tout l'intérêt de disposer d'un système de traitement efficace sur tout type de rejets de fluides d'usinage, et non pas uniquement sur les émulsions comme le propose par exemple le brevet n" WO9414708 sur un dispositif de séparation d'émulsions par précipitation électrochimique ou le brevet n0 W09419285 relatif à la production d' eau de nettoyage exempte de détergent, procédé et appareil de production de ladite eau, et procédé de séparation d'émulsion formée par l'utilisation de ladite eau de nettoyage dans l'eau et l'huile . L'objet de l'invention est donc de proposer une solution économique et pouvant être appliquée localement pour le traitement des fluides aqueux d'usinage usés qu'ils soient de type émulsions ou solutions vraies. Le même dispositif devant pouvoir avantageusement fournir des eaux de lavage, et retraiter les dites eaux, ou encore permettre de reconstituer un fluide d'usinage à partir de l'eau traitée, et donc de ne plus avoir de consommation d'eau autre que celle due à l'évaporation ou à l'entraînement de fluide d'usinage par les copeaux, ceci en éliminant les éléments empêchant la réutilisation, c'est à dire essentiellement les bactéries, le TH, le pH et la DCO. II n'existe en effet à ce jour aucun système de traitement autre que les traitements thermiques, pour traiter les solutions vraies. La présente invention vise ainsi à améliorer les procédés de traitement de rejets existants, en permettant en particulier un traitement continu dans un dispositif, assurant successivement les fonctions de cassage des huiles, ainsi que de présèchage des boues produites de façon à obtenir une réduction importante du résidu ultime qui aura ainsi concentré toute la pollution et pourra être détruit dans un centre spécialisé à un coût acceptable du fait de l'importante réduction de masse, tout en permettant la réutilisation des eaux après séparation du lubrifiant usagé. Le dispositif suivant l'invention comporte une première cuve assurant le mélange des effluents à traiter, tels que les émulsions ayant une DCO (Demande Chimique en Oxygène) de l'ordre de 20 000 mg/l et les solutions vraies ayant une DCO de l'ordre de 100 000 mg/l ceci de façon à constituer un effluent à traiter de pH acide afin de favoriser la destruction des bactéries et de DCO avec des proportions prédéterminées en fonction des caractéristiques de chacun des effluents et plus particulièrement des émulsions et des solutions vraies, lesquelles peuvent utilement être complétées par des eaux de lavage de manière à augmenter les capacités de traitement de l'unité. Le mélange sera tel que le pH sera de l'ordre de 3,5 car à cette valeur tous les ions ferreux sont dissous, et d'autre part, certaines molécules organiques sont cassées, et la DCO de l'ordre de 50 000 à 70 000 mg/l. Le dit mélange pourra être effectué de façon automatique par des dispositifs de mesure et de régulation appropriés et connus dans le domaine du traitement des effluents aqueux. Le dispositif suivant l'invention comporte ensuite tout système connu d'électroflottation etlou d'électrocoagulation-floculation, ceci afin d'effectuer un premier traitement ramenant la DCO à une valeur avoisinant 10 000 mg/l, et supprimant les MES (Matières En Suspension), donc les métaux lourds éventuellement présents, de façon à pouvoir effectuer un rejet des effluents en station industrielle, de même que les hydrocarbures. Le cassage des solutions vraies est réalisé grâce à l'agglomération de celles-ci avec les flocs créés par le traitement des émulsions en respectant les caractéristiques du mélange tel que défini précédemment. Au cours de cette phase, le pH augmente jusqu'à des valeurs de 5 à 7 du fait de l'électrolyse de l'eau, et le TH se trouve également considérablement diminué. La clarification est réalisée grâce aux microbulles de gaz générées par l'électrolyse de l'eau, qui entraînent à la surface, tous les mini-flocs créés lors de la coagulation. C'est ainsi que l'on obtient une boue par flottation, constituée essentiellement d'hydrocarbures et d'hydroxydes d'AI ou des hydroxydes de Fe, suivant le type d'électrodes utilisé. Pour faciliter l'agglomération des mini-flocs entre eux et pour améliorer la texture de la boue, on peut rajouter un floculant en petite quantité. Les avantages de ce procédé électrochimique par rapport aux procédés physicochimiques classiques sont nombreux: économies de produits (on dissout directement le coagulant dans l'effluent à traiter), installation compacte, faible production de boues... Dans le dernier bac utilisé dans le traitement, qui peut se situer en fin de réacteur, il est nécessaire de remonter le pH jusque 10 pour former les flocs: les Fe(OH)2. La fraction polluante, grâce à un passage par exemple dans un filtre-presse, aura ainsi une siccité supérieure à 50 %, et ne représentera ainsi qu'une masse de 50 kg environ pour 1 m3 d'effluents traités, soit une fraction infime à transporter pour effectuer un traitement par incinération par exemple, la présente invention permettant un traitement in-situ des effluents. Cette siccité peut être obtenue sur un filtre-presse grâce à la qualité du cassage des huiles qui procure un gâteau de boues très aéré et ne collant pas; la dite siccité pouvant être aisément portée à plus de 70 % par une simple aération. Lorsqu'il n'y aura pas de station industrielle sur le site, le dispositif suivant l'invention pourra être complété par un traitement complémentaire de type connu tel que biologique, électro-osmose, ou même de type membranaire. Ces différents traitements seront rendus possibles, car les effluents seront de qualité constante (indispensable pour un traitement biologique) et comporteront peu de MES (taux inférieur à 0,1 % et permettant l'utilisation de membranes). Par ailleurs, le talon de DCO restant offre un rapport DCO/DBO5(Demande Biochimique en Oxygène à 5 jours) de l'ordre de 3, donc convenant bien aux traitements biologiques. Les analyses effectuées après un traitement biologique donnent une DCO inférieure à 2 000 mg/l, donc permettant un rejet en station urbaine conformément à la réglementation. Les dits effluents pourront également être avantageusement réutilisés pour le lavage des sols réduisant d'autant la consommation d'eau neuve, mais également comme indiqué précédemment pour reconstituer des émulsions. II pourra également être complété dans certains cas par un traitement ultime de finition du même type que les précédents, tel que ozonation ou techniques membranaires si le traitement précédent est du type biologique, permettant ainsi d'obtenir une DCO permettant le rejet en milieu naturel conformément à la réglementation du site. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, il sera constitué une chaîne de traitement constituée de: - plusieurs cuves de stockage soit une par type d'effluents, c'est-à-dire les émulsions(1), les solutions vraies(2) et éventuellement les eaux de lavage (3); - un dispositif de mélange (4) des effluents après mesure manuelle (analyses par échantillonnage) ou automatique (analyses en continu) de manière à obtenir les conditions de traitement définies suivant l'invention; - un dispositif de traitement électrolytique par électroflottation eVou électrocoagulation-floculation (5), comportant un tel dispositif complété par un dispositif de séchage des boues par filtre-presse (6) permettant d'obtenir la siccité désirée; -un dispositif de récupération des effluents (7) pour recyclage ou traitement complémentaire; - selon une variante à l'invention, un dispositif de traitement complémentaire (8) tel par exemple qu'un réacteur biologique pour adapter la qualité des rejets à un rejet en station urbaine; - selon une autre variante à l'invention, un dispositif de traitement complémentaire (9) tel par exemple une filtration membranaire pour adapter la qualité des rejets à un rejet en milieu naturel. REVENDICATIONS 1.Procédé de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types, y compris les solutions vraies, comprenant au moins une première étape de mélange obtenu dans une cuve (4), après mesure des caractéristiques propres de chaque effluent pour permettre ainsi d'effectuer dans une deuxième étape le traitement du mélange par un dispositif de traitement électrolytique par électroflottation etlou électrocoagulation-floculation (5), comprenant également la séparation des éléments polluants de la phase liquide, lesquels éléments polluants sont séchés ensuite dans un dispositif connu tel qu'un filtre-presse (6), laquelle séparation est permise pour les solutions vraies grâce à l'agglomération de celles-ci avec les flocs créés par le traitement des émulsions, caractérisé en ce que: - on réalise la première étape à partir de plusieurs cuves de stockage soit une par type d'effluents, c'est-à-dire les émulsions(1), les solutions vraies(2) et éventuellement les eaux de lavage (3), alimentant un dispositif de mélange (4) des effluents après mesure manuelle ou automatique de manière à obtenir les conditions de traitement définies suivant l'invention, et à constituer un effluent à traiter de pH adapté et de DCO avec des proportions prédéterminées en fonction des caractéristiques de chacun des effluents et plus particulièrement des émulsions et des solutions vraies, lesquelles pourront utilement être complétées par des eaux de lavage de manière à augmenter les capacités de traitement de l'unité; - on réalise ensuite un traitement dans un système électrolytique connu d'électroflottation etlou d'électrocoagulation-floculation, ceci afin de ramener la DCO à une valeur avoisinant 10 000 mg/l, et supprimant les hydrocarbures et les MES dans des flocs emprisonnant les métaux lourds éventuellement présents, de façon à pouvoir effectuer un rejet des effluents en station industrielle; - un dispositif de sèchage des boues (6) afin d'obtenir une siccité supérieure à 50 %, et permettant ainsi de n'obtenir qu'une masse de 50 kg de boues environ pour 1 m3 d'effluents traités; - un dispositif de récupération des effluents (7) pour recyclage, réutilisation ou traitement complémentaire; - on réalise ensuite si nécessaire un ou plusieurs traitements complémentaires (8) et (9) pour adapter la qualité des rejets à un rejet en station urbaine ou en milieu naturel ou encore leur réutilisation pour la reconstitution de fluides d'usinage; 2. Procédé de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on obtient un abattement des taux de DCO, d'hydrocarbures et de MES permettant après un traitement complémentaire éventuel de type connu de rejeter les effluents en milieu approprié ou de les réutiliser en eaux de lavage. 3. Procédé de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la siccité et le faible volume des boues produites permet le traitement économique par un procédé tel que l'incinération ou autorise la mise en décharge de classe appropriée. 4. Procédé de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les effluents traités peuvent utilement être complétés par des eaux de lavage de manière à augmenter les capacités de traitement de l'unité. 5. Procédé de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le talon de DCO restant offre un rapport DCO/DBO5(Demande Biochimique en Oxygène à 5 jours) de l'ordre de 3 convenant bien à un traitement biologique complémentaire de finition. 6. Procédé de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le même type d'installation peut être utilisé pour le traitement en mélange de fluides solubles avec d'autres types de fluides, lesquels fluides servant d'agents coagulants pour les fluides solubles. 7. Dispositif de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types, y compris les solutions vraies, suivant un procédé comportant au moins une première étape de mélange obtenu dans une cuve (4), après mesure des caractéristiques propres de chaque effluent pour permettre ainsi d'effectuer dans la deuxième étape le traitement du mélange par un dispositif de traitement électrolytique par électroflottation etlou électrocoagulation-floculation (5), comprenant également la séparation des éléments polluants de la phase liquide, lesquels éléments polluants sont séchés ensuite dans un dispositif connu tel qu'un filtre-presse (6), laquelle séparation est permise pour les solutions vraies grâce à l'agglomération de celles-ci avec les flocs créés par le traitement des émulsions, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins plusieurs cuves de stockage soit une par type d'effluents, c'est-à-dire les émulsions(1), les solutions vraies(2) et éventuellement les eaux de lavage (3), alimentant un dispositif de mélange (4) des effluents après mesure manuelle ou automatique de manière à obtenir les conditions de traitement définies suivant l'invention, et à constituer un effluent à traiter de pH adapté et de DCO avec des proportions prédéterminées en fonction des caractéristiques de chacun des effluents et plus particulièrement des émulsions et des solutions vraies, lesquelles pourront utilement être complétées par des eaux de lavage de manière à augmenter les capacités de traitement de l'unité; - au moins un traitement dans un système électrolytique connu d'électroflottation etlou d'électrocoagulation-floculation (5), ceci afin de ramener la DCO à une valeur avoisinant 10 000 mg/l, et supprimant les hydrocarbures et les MES, donc les métaux lourds éventuellement présents, de façon à pouvoir effectuer un rejet des effluents en station industrielle; - au moins un dispositif de séchage des boues passage tel que par exemple un filtre-presse (6) afin d'obtenir une siccité supérieure à 50 -au moins un dispositif de récupération des effluents (7) pour recyclage ou traitement complémentaire; -un ou plusieurs traitements complémentaires (8) et (9), de type connu, tel que biologique, pour adapter la qualité des rejets à un rejet en station urbaine ou en milieu naturel; 8. Dispositif de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on obtient un abattement des taux de DCO et de MES permettant après un ou plusieurs traitements complémentaires éventuels de type connu 8) et (9) de rejeter les effluents en milieu approprié ou de les réutiliser en eaux de lavage ou en reconstitution de fluides d'usinage; 9. Dispositif de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la siccité et le faible volume des boues produites permet le traitement économique par un procédé tel que l'incinération ou autorise la mise en décharge de classe appropriée. 10. Dispositif de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les effluents traités peuvent utilement être complétés par des eaux de lavage de manière à augmenter les capacités de traitement de l'unité. 11. Dispositif de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le talon de DCO restant offre un rapport DCO/DBOS (Demande Biochimique en Oxygène à 5 jours) de l'ordre de 3 convenant bien à un traitement complémentaire biologique de finition. 12. Dispositif de traitement des fluides aqueux d'usinage usés de tous types selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le même type de dispositif peut être utilisé pour le traitement en mélange de fluides solubles avec d'autres types de fluides, lesquels fluides servant d'agents coagulants pour les fluides solubles.