Chapitres

Définition

L’immense majorité des activités industrielles produisent des effluents liquides, en quantité plus ou moins importante, qui doivent être gérés correctement à cause de la charge polluante qu’ils contiennent. Ces effluents sont produits lorsque l’eau est utilisée pour réfrigérer ou chauffer, lors du nettoyage e l’équipement, dans le processus lui-même, etc.

La norme environnementale est toujours plus restrictive et elle ne permet généralement pas que les effluents liquides puissent être déversés sans un traitement préalable. La solution conventionnelle passe par l’installation d’une série de processus physiques-chimiques et/ou biologiques qui traitent l’eau de manière à parvenir à respecter la norme sur les déversements.

Cependant, il existe de ombreuse situations où l’effluent, traité ou non, peut être déversé pour des raisons géographiques , ou l’évacuation de l’effluent représente un effort économique important. Dans d’autres situations, lorsque sont produits des effluents liquides de nature complexe, lles systèmes de traitement conventionnels nécessaires ne sont pas compétitifs sur le plan économique.

Face à ces scénarios, le concept de déversement zéro s’impose comme l’option la plus durable au niveau écologique et, dans de nombreux cas, également au niveau économique.

Le concept de déversement zéro se base sur l’utilisation de techniques et de processus qui permettent la réutilisation de la totalité des eaux usées avec un double objectif : (1) réduire au maximum la consommation d’eau de réseau, et (2) réduire la quantité de déchets qui doivent être gérés en externe.

Les avantages de l’application de cette philosophie, concernant la solution conventionnelle, sont nombreux, on peut souligner en particulier les suivants:

  • Économies dans la consommation d’eau de réseau.
  • Réduction radicale de la quantité de déchets à gérer en externe.
  • Amélioration de l’image d’entreprise grâce à la sensibilité à l’environnement que démontre la mise en place de ce système.
  • Facilité pour la mise en place ultérieure d’un système de gestion environnementale.
  • Économies sur la gestion externe des déchets.
  • Économies sur la fiscalité du déversement.
  • Économies sur les éventuelles sanction administratives pour non mise aux normes.
  • Flexibilité du système concernant les changements de composition.
  • Besoin de peu d’espace car ce sont des systèmes compacts.
  • Simplicité d’exploitation.
  • Degré d’automatisation élevé.
  • Pas besoin de personnel technique spécialisé.
  • Faible coût de personnel.
  • Économies sur la consommation de réactifs chimiques.
  • Niveau élevé d’autosuffisance dans la consommation d’eau.
  • Possibilité de mettre profit les chaleurs résiduelles d’autres processus, en diminuant extraordinairement les coûts d’exploitation.

La mise en place d’un système de gestion basé sur le concept de déversement zéro suppose le traitement de tous les effluents liquides nécessaires, jusqu’à ce que leur qualité permettent leur introduction de nouveau dans le processus, de manière à ce que le rejet final soit minimal.

Le champ d’application de ce système de gestion est tellement étendu que le nombre
d’activités différentes qui produisent des effluents liquides, avec une petite limitation. Dans
le tableau sont résumées les activités dans lesquelles le système de gestion de
déversement zéro est particulièrement utile et avantageux
.
Eaux usées industrielles

Technologies utilisées dans un Système de Déversement Zéro

Les technologies utilisées pour concentrer et réduire l’effluent final peuvent se classer de la manière suivante:

Technologies de Membranes

Technologies de Séparation Thermique

Elles sont centrées sur la concentration du rejet des techniques à membrane pour produire de l’eau distillée, réutilisable dans le processus, et un déchet solide sec, ce qui rend possible l’objectif de ne produire aucun type de déversement.

  • Évaporation sous Vide: réduit au maximum le déversement, avec des critères
    d’efficacité, de solidité et de durabilité.
  • Crystaliseurs: Si l’on souhaite que le seul résidu soit un solide sec, l’évaporation sous vide est utilisé en étant suivi d’un crystalliseur, le quel cristallise le résidu de l’évaporateur.

L’évaporation sous vide est la technologie plus utile pour obtenir un déversement zéro. Grâce à cette technologie on peut récupérer environ 95 % des eaux usées, ce qui permet d’obtenir une eau distillée qui peut être réutilisée. Les résidus de saumure restantes peuvent être réduits à l’état solide dans un crystalliseur.

Cependant, l’évaporation seule peut être une option pour des débits considérables. Une manière de résoudre ce problème est d’intégrer des technologies de membrane, particulièrement l’osmose inversée et l’électrodyalyse réversible, avec l’évaporation. Aujourd’hui, il est habituel de combiner les deux technologies dans la conception de systèmes de déversement zéro.

Grâce à la combinaison des technologies de membranes avec l’évaporation et la cristallisation, les systèmes de déversement zéro se sont avérés plus efficaces et moins coûteux. La manière dont sont combinées ces technologies dépend de l’effluent à traiter.

Zéro dumping technologies

MF: microfiltrage ; UF: ultrafiltrage ; EDR: électrodyalyse réversible.

Dans le graphique, on observe le cercle vertueux que représente le concept de déversement zéro. Il n’est pas nécessaire, dans tous les cas, de mettre en place tous les processus représentés. Les processus de membrane (MF, UF, EDR et OI) génèrent une quantité élevée d’eau apte à être réutilisée. Et les processus thermiques (évaporation et cristallisation) traitent les rejets produits lors des processus précédents, ce qui produit plus d’eau apte à la réutilisation et un résidu final solide et sec.

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Conception d’un système d’écoulement zéro

La plupart des industries utilisent de l’eau sous une de ses formes dans leurs processus de production. Cette eau finit par créer des effluents qui devront être traités avec pour objectif d’obtenir de nouveau de l’eau propre, qui pourra être réutilisée grâce à un système de déversement zéro, ou déversée dans la nature en fonction des intérêts de l’entreprise.

Cependant, les courants d’effluents et leur composition s’avère très variable et c’est là l’un des principaux problèmes dans la conception d’un système de déversement zéro: comprendre l’effluent à traiter.

Facteurs essentiels de la conception:

À cause du fait que chaque effluent est différent, il est impossible de concevoir un système de déversement zéro qui fonctionne comme un système unique et applicable de manière générale. Ainsi, la composition de l’effluent est essentielle dans la conception d’un système de déversement zéro.

Un effluent mal décrit conduira à une conception éloignée de son niveau optimal, soit parce que le système est trop grand et cher ou trop petit pour parvenir à la séparation requise. Le débit permet de déterminer la taille de l’installation et, par conséquent, le coût initial de celle-ci.

D’autre part, les composants de l’effluent doivent aussi être analysés et de préférence à plusieurs reprises pour voir s’il est possible d’avoir différentes compositions. En fonction du processus utilisé, les compositions peuvent varier légèrement.

Les mesures les plus répandues à analyser aujourd’hui sont la demande chimique d’oxygène (DQO), la demande biochimique d’oxygène (DBO), le carbone organique total (TOC), ainsi que l’analyse d’inorganiques (anions, cations, silicium).

Malgré la versatilité concernant la nature de la contamination de ce système de gestion, ce n’est pas tant le cas pour ce qui concerne la quantité de débit à traiter. Pour des déversements élevés (débits supérieurs à 50 m3/h), ce n’est pas une technologie compétitive.

Il faut également prendre en compte que, lorsque l’effluent est riche en composants volatiles, le distillat doit être post-traité afin de pouvoir être réutilisé. Et ce processus augmente sensiblement l’investissement initial.

Aujourd’hui, la plupart des installations de déversement zéro se déroulent dans différents secteurs industriels et dans des activités liées à la production d’énergie, ainsi que dans des déchetteries de déchets ménagers.

Description générale des principaux composants d’un système de déversement zéro

1. Osmose inversée

L’osmose inversée est un processus où l’eau est sous pression pour passer au travers d’une membrane semi-perméable, en laissant les sels inorganiques dissous et le silicium derrière.

Il faut prendre en compte que certains composés organiques et les solides en suspension peuvent endommager les systèmes d’osmose inversée, il est donc recommandé d’effectuer un prétraitement ou un filtrage avant d’utiliser cette technologie.

2. Électrodéionisation (EDI)

Il s’agit d’un processus de membranes dans lequel les électrolytes migrent au travers de membranes sélectives de charge en réponse à un champ électrique.

Pendant le processus, la polarité des électrodes s’inverse plusieurs fois par heure et l’eau douce et les eaux usées concentrées s’échangent dans la pile de membrane pour éliminer la saleté et la desquamation.

L’électrodéionisation exige également l’élimination préalable des solides et des composés
organiques pour un fonctionnement fiable.

3. Évaporateurs sous vide

Les évaporateurs sous vide sont l’une des technologies plus efficaces pour la réduction et le traitement des déchets industriels liquides en base aqueuse. C’est une technologie propre, sûre, très versatile et avec un coût de gestion très faible.

On trouve une grande variété d’évaporateurs: évaporateurs sous vide par pompe à chaleur, évaporateurs sous vide par compression mécanique de la vapeur, les évaporateurs sous vide pour débits élevés, ceux à pellicule descendante, à circulation forcée, avec grattoir et ceux qui fonctionnent à l’eau chaud par effet multiple, etc.

Le grand avantage des évaporateurs sous vide est qu’ils produisent un distillat très propre, qui, en général, contient moins de 10 ppm, c’est l’une des principales raisons pour les utiliser dans des systèmes de déversement zéro

Normalement, l’évaporateur est utilisé pour traiter les rejets des membranes et concentrer les résidus contenus dans l’effluent jusqu’à un état pratiquement solide.

Il se distingue par sa capacité à concentrer les saumures, un problème très répandu dans de nombreuses industries.

4. Crystalliseurs

Un crystalliseur est un type d’évaporateur à circulation forcée, qui utilise un compresseur mécanique de vapeur comme source d’énergie.

Le crystalliseur parvient à réduire à un solide sec le rejet d’un évaporateur pour son élimination postérieure. D’autre part, on obtient une eau à la pureté élevée pour sa réutilisation.

5. Lacs d’évaporation

La procédure d’évaporation par plans d’eau a été utilisé depuis longtemps pour le traitement des eaux usées. L’idée consiste à déposer les eaux usées dans un grand lac ouvert, de manière à ce que l’eau s’évapore sous l’effet de la radiation solaire et du vent.

Cela implique une réduction des coûts, en même temps que l’on obtient une amélioration de la concentration des matériaux (ou sous-produits) qui peuvent être valorisés commercialement.

Ils peuvent aussi présenter certains problèmes, surtout ceux liés à la production d’odeurs lorsqu’on se trouve à proximité de noyaux de populations et que l’on entrepose de l’eau avec une charge organique élevée. Dans ces situations, on peut appliquer des technologies pour masquer les odeurs, qui consistent à vaporiser un produit chimique qui neutralise l’odeur.

Il est fréquent aussi que, en période de pluie, le lac se remplit bien plus qu’il ne s’évapore. Pour résoudre ce problème, il est nécessaire de disposer d’un design adapté du lac et de l’aide d’un système de vaporisation d’eau (évaporation forcée), qui permettent d’avoir une vitesse d’évaporation plus de 20 fois supérieure à celle de l’évaporation naturelle.

Malgré leur simplicité, les lacs d’évaporation peuvent s’avérer très utiles pour parvenir à un déversement zéro en rejets salins et autres effluents à composante minérale, car aucun effluent n’est déversé directement dans le milieu naturel.

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