Brevet FR2789328A1 — publié le 20000811

L'invention concerne un procédé d'épuration des eaux, en particulier des eaux contenant des agents tensioactifs, et une installation de mise en oeuvre du procédé. L'invention devra permettre le rejet de l'eau épurée dans le milieu naturel ou un recyclage pour des usages ultérieurs selon les spécifications techniques imposées par la norme et reprises dans le tableau suivant: Mesure Concentration maximale Concentration autorisée généralement constatée PH 5,5 à 8,5 5,5 à 8,5 Température DBO5: demande biologique en oxygène sur 5 jours. L'invention s'applique plus particulièrement mais non limitativement aux eaux contenant des émulseurs contenus dans les eaux d'extinction d'un incendie, et aux eaux issues d'un centre de lavage de véhicules. Les eaux d'extinction d'incendie ont deux origines possibles: les eaux issues d'un feu accidentel (immeuble, usine, accident routier, accident ferroviaire, accident aérien, accident maritime) et les effluents d'un Centre d'Entraînement à la lutte contre l'incendie. Ces effluents aqueux sont constitués: de matières en suspension, d'hydrocarbures, d'agents émulseurs (tensioactifs) et filmogènes et éventuellement d'agents chimiques tels que le bicarbonate de soude. 2 2789328 Les matières en suspension résultent de l'entraînement de déchets divers, notamment de particules d'imbrûlés (noir de carbone). Ces matières en suspension ne décantent pas naturellement (colloïdes). Les hydrocarbures proviennent des combustibles employés, une partie de ces hydrocarbures restent dissous dans l'eau d'extinction en raison de la présence d'un agent émulseur (pas de décantation). Les émulseurs (agents tensioactifs) et agents filmogènes sont injectés dans la lance incendie pour former sur le sol une mousse qui étouffe le feu par manque d'oxygène. Le rejet dans le milieu naturel d'eau usée ayant servi à éteindre des incendies pose un réel problème de pollution: pollution par les hydrocarbures, - pollution par les matières en suspension, - pollution par les matières organiques et en particulier par les agents émulseurs employés. L'agent émulseur est en fait la principale source de DCO et sa composition en fait une DCO très peu biodégradable (DCO/DBO > 4) même dans le cas de la nouvelle génération d'émulseurs dits biodégradables. On ne connaît à ce jour aucun procédé d'épuration des eaux issues d'extinction d'incendie donnant satisfaction et répondant aux spécifications du tableau ci-dessus. Un traitement biologique seul ne permettrait pas d'obtenir un rejet conforme en raison de la très faible biodégrabilité des émulseurs et le caractère discontinu de ce type de traitement serait incompatible avec la régularité en débit et en qualité que nécessite une telle épuration. Un traitement physico-chimique seul serait insuffisant pour satisfaire les normes de rejet en raison de la forte solubilité dans l'eau des tensioactifs qui les rend très difficiles à précipiter, et en raison des rendements épuratoires en DCO de l'ordre de 40 à 60 %. Enfin, les deux procédés pris individuellement ou en combinaison supposent des ouvrages importants difficilement transportables. Les stations de lavage de véhicules légers ou lourds (véhicules légers, camions, avions...), stations de lavage intérieur de camion citerne génèrent des eaux chargées en: - matières en suspension, 3 2789328 - hydrocarbures, - tensioactifs. Les procédés actuels, par exemple ceux décrits dans le brevet EP O 436 ou dans la demande EP O 567 951, utilisent des méthodes de décantation et/ou coagulation / floculation et/ou oxygénation généralement peu efficaces sur les tensioactifs et les hydrocarbures. Par ailleurs, ces procédés ont tendance à se dérégler lorsque la qualité de l'eau à traiter évolue (augmentation de la teneur en tensioactifs en cas de recyclage par exemple). L'invention a pour but de résoudre tous les problèmes évoqués, de permettre par une installation unique de rejeter une eau conforme à la norme en vigueur et ce, au moins pour chacune des deux applications citées, voire encore pour d'autres applications (par exemple les eaux de dégraissage industriel), cette installation devant en outre être aisément transportable. Ce but est atteint par un procédé d'épuration des eaux, en particulier des eaux contenant des agents tensioactifs, par exemple des émulseurs contenus dans les eaux d'extinction d'incendie, des eaux issues de centres de lavage de véhicules, comportant en début de chaîne une étape de premier stockage de l'eau à épurer, procédé caractérisé en ce qu'il comporte une première filtration tangentielle et une deuxième filtration tangentielle se succédant dans les conditions suivantes: - I'eau à traiter subissant un dégrillage avant de subir la première filtration tangentielle, - le premier concentrat issu de la première filtration tangentielle étant renvoyé à l'étape de premier stockage, - le premier perméat issu de la première filtration tangentielle étant envoyé, après une deuxième étape de stockage, dans l'étape de deuxième filtration tangentielle, - le concentrat issu de la deuxième filtration tangentielle étant renvoyé dans la deuxième étape de stockage, - le perméat issu de la deuxième filtration tangentielle constituant l'eau traitée. Ce procédé peut comporter en outre un traitement de décarbonatation du premier perméat issu de la première filtration tangentielle et/ou un traitement de déconcentration du concentrat issu de la deuxième filtration tangentielle. 4 2789328 L'invention consiste également en une installation d'épuration des eaux pour la mise en oeuvre d'un procédé, caractérisée en ce qu'elle comporte: Un étage de stockage (I) o l'eau à épurer est stockée dans un premier bassin de stockage d'o une pompe l'envoie dans l'étage suivant, À Un étage (Il) de dégrillage ou filtration, * Un étage (111) de première filtration tangentielle dans un module rejetant dans un premier bassin de stockage un concentrat de pollution, appelé premier rétentat, I'eau issue du dégrillage étant io envoyée au moyen d'une pompe à l'entrée du module qui comporte une boucle de recirculation en amont de la pompe. À Un étage (IV) de stockage o l'eau traitée issue de l'étage précédent et appelé premier perméat est envoyée et stockée dans un deuxième bassin de stockage, puis envoyée par une pompe dans lI'étage suivant. À Un étage (V) de deuxième filtration tangentielle dans un module à membranes, une pompe reçevant le fluide provenant du deuxième bassin de stockage et le fluide de recirculation alimentant l'entrée du module à membrane, le concentrat de pollution issu du module à membrane étant envoyé dans le deuxième bassin de stockage, le perméat issu du deuxième étage de filtration constituant l'eau traitée. Cette installation peut comporter en outre un étage de décarbonatation du perméat issu de la première filtration tangentielle et/ou un étage de déconcentration du concentrat issu de la deuxième filtration tangentielle. Cette installation comporte des pompes monoblocs afin de la rendre transportable. L'installation permet notamment: - de réaliser une épuration poussée au niveau de la molécule en combinant deux filtrations tangentielles, d'obtenir une eau traitée en dessous des normes de rejet en vigueur, d'utiliser des moyens peu encombrants pour que l'installation soit aisément transportable sur une remorque afin de réaliser les interventions sur le site à dépolluer, - de ne pas se dérégler quand la quantité de l'eau à traiter évolue. 2789328 On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description qui suit faite en référence aux figures annexées suivantes: - Figure 1: schéma d'une installation selon l'invention, - Figure 2: organigramme du procédé selon l'invention. L'installation schématisée sur la figure 1 comporte principalement les étages successifs suivants: À Un étage de stockage (I) o l'eau à épurer est stockée dans un premier bassin de stockage (1). Une pompe (Pl), éventuellement immergée, l'envoie dans l'étage suivant, o0 e Un étage (Il) de dégrillage ou filtration grossière dans un filtre à grille type panier ou grille (2) permettant de séparer les particules solides de l'eau à traiter afin de protéger la membrane de l'étage suivant, * Un étage (111) de première filtration tangentielle réalisant une micro ou ultrafiltration rejetant dans le bassin de stockage (1) un concentrat de pollution, appelé premier rétentat (3C). Cette micro ou ultrafiltration est réalisée sur des modules (3A) à membrane minérale d'un seuil de coupure compris entre 10 pm et 0,001 jim. L'eau issue du dégrillage est envoyée au moyen d'une pompe (P2) à l'entrée du module (3A) qui comporte une boucle de recirculation (3R) en amont de la pompe (P2). En rejetant le premier rétentat (3C) dans le bassin de stockage, cet étage permet de retenir et d'accumuler les matières en suspension, les hydrocarbures et une fraction des tensioactifs. Un étage (IV) de stockage o l'eau traitée issue de l'étage précédent et appelé premier perméat (3B) est envoyée et stockée dans un deuxième bassin de stockage (4), puis envoyée par une pompe éventuellement immergée (P3) dans l'étage suivant. * Un étage (V) réalisant une deuxième filtration tangentielle dans un module (5A) sur des membranes de manofiltration ou d'osmose inverse du premier perméat (3B) et dont le seuil de coupure est compris entre 0,01 et 0,0001 plm. Une pompe (P4) recevant le fluide provenant du bassin (4) et le fluide de recirculation (5R) alimente l'entrée du module à membrane (5A). Le concentrat de pollution (5C) issu du module à membrane (5A) est envoyé dans un bassin de stockage (4) ou dans un bassin spécifique (variante non représentée) situé dans la bouche de recirculation. L'eau traitée est appelée deuxième perméat (5B). Ce 6 2789328 perméat est rejetable dans le milieu naturel car conforme aux normes de rejets généralement admises (DCO inférieure à 300 mgO2/Il, DBO inférieure à 100 mg/l, teneur en matières en suspension inférieure à 30 mg/I, teneur en hydrocarbures inférieure à 10 mg/I. Pour obtenir ce résultat, il peut être nécessaire d'ajouter les étages optionnels décrits ci- après. Le deuxième perméat peut également être recyclé pour des usages ultérieurs. Un étage (Vl) de décarbonatation optionnel est ajouté pour protéger la membrane (5A) en fonction de la composition en sel du premier perméat (3B). Le traitement de décarbonatation repose selon une première variante sur l'acidification du milieu par un acide minéral, permettant de transformer les ions carbonates en C02 évitant ainsi leur cristallisation dans le traitement suivant. Par exemple mais non limitativement comme sur la figure 1, le perméat (3B) est pompé par une pompe éventuellement immergée (Ps) depuis le deuxième bassin de stockage (4) et envoyé vers un moyen d'acidification (6) précipitant le carbonate de calcium. Selon une deuxième variante non représentée, la décarbonatation est remplacée par un traitement électrolytique de l'eau générant des ions OH- précipitant le carbonate de calcium en le récupérant dans un décanteur, Un étage (VII) de traitement de déconcentration permettant de diminuer le coût de la destruction du résidu: - en cours d'utilisation du deuxième étage de filtration tangentielle, le concentrat (5C) peut être traité en continu ou en discontinu par un traitement physico-chimique de type coagulation-floculation ou flottation. Le traitement comprend un système d'injection de coagulant (7), un système de mélange (8), un système d'injection de floculant (9), un floculateur (10) et enfin un décanteur (11). Ceci peut être réalisé par la même pompe (P5) prélevant le mélange de perméat (3B) et des concentrat (5C) dans le bassin (4) et le distribuant successivement dans les moyens (6) à (11). - en fonction du type de molécule chimique contenu dans l'eau à traiter les moyens (7) à (10) peuvent être remplacés par un bassin aéré faisant office de traitement biologique aérobie, les boues issues du décanteur étant en partie recirculées vers le bassin aéré. 7 2789328 - en fonction du type de molécule chimique contenu dans l'eau à traiter, les moyens (7) à (10) peuvent être remplacés par un étage d'ultrafiltration ou de nanofiltration sur membranes minérales permettant de déconcentrer le concentrat du deuxième étage de filtration. Il peut s'agir notamment de renvoyer par une pompe l'eau du bassin (4) vers le bassin (1) (charge du premier étage de filtration). Dans ce dernier cas, I'opération sera plus particulièrement efficace lorsque le bassin (1) est vide ou à bas niveau (fin de concentration) et lorsque le deuxième étage de filtration tangentielle en est à un stade de concentration élevée. - en fonction du type de molécule chimique contenu dans l'eau à traiter les moyens (7) à (10) peuvent être remplacés par un traitement chimique d'oxydation à l'eau oxygénée, à l'ozone ou à l'hypochlorite de sodium (eau de javel). 1 5 - le décanteur (11) pourra être complété par une installation de microfiltration tangentielle assurant l'absence de matière en suspension dans le retour vers le bassin (4). Le traitement du concentrat (5C) par les moyens (7) à (10) permet d'en abaisser la DCO et donc de diminuer la charge organique de l'étage V de deuxième filtration. Cette opération offre le double avantage d'abaisser la DCO du deuxième perméat et de limiter l'encrassement des membranes de filtration. L'objectif final est d'obtenir un facteur de concentration volumique plus élevé de la charge de l'étage V donc de limiter le volume et donc le coût de destruction du deuxième rétentat. De façon avantageuse les moyens constituant l'installation seront agencés sur un chassis transportable jusque sur le site à dépolluer. Pour cet agencement, on utilisera des pompes (Pl) à (P5) monoblocs qui ne nécessitent pas un réalignement d'axes après un transport. La figure 2 montre un organigramme du procédé de fonctionnement de I'installation: Entre l'entrée d'eau à traiter et la sortie d'eau traitéel'eau subit les étapes suivantes: I premier stockage Il dégrillage 8 2789328 III première filtration tangentielle avec recirculation directe dans le premier stockage IV deuxième stockage V deuxième filtration tangentielle Vl décarbonatation optionnelle à partir du deuxième stockage et recirculation dans celui-ci VII déconcentration à partir du deuxième stockage et recirculation dans celui-ci. 9 2789328 REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration des eaux, en particulier des eaux contenant des agents tensioactifs, par exemple des émulseurs contenus dans les eaux d'extinction d'incendie, des eaux issues de centres de lavage de véhicules, comportant en début de chaîne une étape de premier stockage de l'eau à épurer, procédé caractérisé en ce qu'il comporte une première filtration tangentielle et une deuxième filtration tangentielle se succédant dans les conditions suivantes: 0 - I'eau à traiter subissant un dégrillage avant de subir la première filtration tangentielle, - le premier concentrat (3C) issu de la première filtration tangentielle étant renvoyé à l'étape de premier stockage, - le premier perméat issu de la première filtration tangentielle étant envoyé, après une deuxième étape de stockage, dans l'étape de deuxième filtration tangentielle, - le concentrat (5C) issu de la deuxième filtration tangentielle étant renvoyé dans la deuxième étape de stockage, - le perméat (5B) issu de la deuxième filtration tangentielle constituant I'eau traitée. 2. Procédé d'épuration des eaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première filtration tangentielle est un traitement d'ultrafiltration sur membranes minérales d'un seuil de coupure compris entre 10 pm et 0,001 gm. 3. Procédé d'épuration des eaux selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la deuxième filtration tangentielle est un traitement de nanofiltration sur membranes d'un seuil de coupure compris entre 0,001 jtm et 0,0001 pm. 4. Procédé d'épuration des eaux selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la deuxième filtration est un traitement d'osmose inverse sur membranes d'un seuil de coupure inférieure à 0,001 p.m. 5. Procédé d'épuration des eaux selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un traitement de décarbonatation du perméat (3B) issu de la première filtration tangentielle. 2789328 6. Procédé d'épuration des eaux selon la revendication 5, caractérisé en ce que la décarbonatation repose sur l'acidification du milieu par un acide minéral. 7. Procédé d'épuration des eaux selon la revendication 5, caractérisé en ce que la carbonatation repose sur un traitement électrolytique précipitant le carbonate de calcium. 8. Procédé d'épuration des eaux selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un traitement de déconcentration (5C) du concentrat issu de la deuxième filtration tangentielle. 9. Procédé d'épuration des eaux selon la revendication 8, caractérisé en ce que la déconcentration repose sur un traitement de coagulation floculation du perméat issu de la deuxième filtration. 10. Procédé d'épuration des eaux selon la revendication 8, caractérisé en ce que la déconcentration repose sur un traitement biologique aérobie. 1 1. Procédé d'épuration des eaux selon la revendication 8, caractérisé en ce que la déconcentration repose sur une filtration tangentielle sur des modules à membranes. 12. Procédé d'épuration des eaux selon la revendication 8, caractérisé en ce que la déconcentration repose sur un traitement chimique d'oxydation. 13. Installation d'épuration des eaux pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte: * Un étage de stockage (I) o l'eau à épurer est stockée dans un premier bassin de stockage (1) d'o une pompe (Pl) l'envoie dans l'étage suivant, * Un étage (Il) de dégrillage ou filtration, À Un étage (Ill) de première filtration tangentielle dans un module (3A) rejetant dans un premier bassin de stockage (1) un concentrat de pollution, appelé premier rétentat (3C), I'eau issue du dégrillage étant envoyée au moyen d'une pompe (P2) à l'entrée du module (3A) qui comporte une boucle de recirculation (3R) en amont de la pompe (P2). ]l 2789328 Un étage (IV) de stockage o l'eau traitée issue de l'étage précédent et appelé premier perméat (3B) est envoyée et stockée dans un deuxième bassin de stockage (4), puis envoyée par une pompe (P3) dans l'étage suivant. * Un étage (V) de deuxième filtration tangentielle dans un module (5A) à membranes, une pompe (P4) reçevant le fluide provenant du deuxième bassin de stockage (4) et le fluide de recirculation (5R) alimentant l'entrée du module à membrane (5A), le concentrat de pollution (5C) issu du module à membrane (5A) étant envoyé dans le io deuxième bassin de stockage (4), le perméat (5B) issu du deuxième étage de filtration constituant l'eau traitée. 14. Installation d'épuration de eaux selon la revendication 13, caractérisée en ce que le premier étage de filtration tangentielle comporte un module d'ultrafiltration sur membrane minérale de seuil de coupure compris entre 10 itm et 0,001 irm. 15. Installation d'épuration des eaux selon l'une des revendications 13 à 14, caractérisée en ce que le deuxième étage de filtration tangentielle comporte un module de nanofiltration sur membranes d'un seuil de coupure compris entre 0,001 pm et 0,0001 rim. 16. Installation d'épuration des eaux selon l'une des revendications 13 à 14, caractérisée en ce que le deuxième étage de filtration tangentielle comporte un module d'osmose inverse sur membranes d'un seuil de coupure inférieur à 0,001 pm. 17. Installation d'épuration des eaux selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un étage de décarbonatation du premier perméat (3B). 18. Installation d'épuration des eaux selon la revendication 17, caractérisée en ce que le perméat (3B) est pompé par une pompe (Ps) depuis le deuxième bassin de stockage (4) vers un moyen d'acidification (6) précipitant le carbonate de calcium dans un décanteur. 19. Installation d'épuration des eaux selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un étage de déconcentration du deuxième concentrat (5C). 20. Installation d'épuration des eaux selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle comporte un étage physico-chimique de type coagulation- 12 2789328 floculation comprenant un système de mélange (8), un système d'injection de floculant (9), un floculateur (10) et enfin un décanteur (11). 21. Installation d'épuration des eaux selon l'une des revendications 18 à 20, caractérisée en ce qu'une pompe (Ps) distribue le mélange de deuxième concentrat (5C) et de premier perméat (3B) contenus dans le deuxième bassin de stockage (4) successivement dans les moyens (6) à (11). 22. Installation d'épuration des eaux selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle comporte un bassin aéré faisant office de traitement biologique aérobie, les boues issues du décanteur étant en partie recirculées vers le bassin aéré. 23. Installation d'épuration des eaux selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle comporte un étage d'ultrafiltration ou de nanofiltration sur membranes minérales remplaçant les moyens (7) à (10). 24. Installation d'épuration des eaux selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle comporte un recyclage du concentrat du deuxième étage (bassin 4) en amont du premier étage (bassin 1). 25. Installation d'épuration des eaux selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle comporte un étage de traitement chimique d'oxydation. 26. Installation d'épuration des eaux selon la revendication 20, caractérisée en ce que le décanteur (11) pourra être complété par une installation de microfiltration tangentielle assurant l'absence de matière en suspension dans le retour vers le deuxième bassin (4) de stockage. 27. Installation d'épuration des eaux selon l'une des revendications 13 à 26, caractérisée en ce que les moyens qui la constituent sont agencés sur un chassis transportable et en ce que les pompes (P,) à (Ps) sont des pompes monoblocs.