Bien que l’on dise que «l’eau et l’huile ne se mélangent pas», ce qui est en grande partie vrai, elles peuvent également exister en une solution connue sous le nom d’émulsion. Le traitement d’émulsions ou d’eaux usées huileuses est indispensable à cause de la teneur polluante élevée de ces effluents.
Dans une émulsion où l’eau est le composant majoritaire, l’huile apparait sous forme de gouttes dispersées uniformément dans toute la phase aqueuse. La concentration et la taille des gouttes d’huile dépendent principalement de l’agitation. Si on laisse reposer l’émulsion, les deux composants auront tendance à se séparer à cause de la différence de densité. Cependant, on n’obtient généralement pas une séparation parfaite et une partie des gouttes d’huile reste en suspension dans l’eau. Il existe des composés, comme les tensio-actifs, qui sont des émulsionnants (ou émulsifiants), c’est-à-dire qu’ils maintiennent deux substances mélangées qui sont non miscibles.
Les émulsions huileuses sont générées par de nombreuses applications industrielles, comme par exemple:
- Les eaux contaminées par des hydrocarbures.
- De l’eau injectée dans des puits de perforation afin de déplacer l’huile.
- Le lubrifiant dans les processus de mécanisation, utilisé pour réduire l’usure des pièces métalliques.
- Les eaux de rinçage en processus de galvanisation et de traitement de surfaces.
Dans tous les cas, que l’on souhaite déverser ces effluents au réseau public des égouts ou que l’on ait l’intention de réutiliser l’eau, il sera nécessaire de disposer d’un système efficace de traitement des émulsions huileuses. Il existe différents processus qui permettent cet objectif, même s’il est vrai qu’aucune technique n’est adaptée à toutes les situations qui peuvent survenir, à l’exception de l’évaporation sous vide. Les processus les plus répandus pour la séparation de l’eau et de l’huile sont les suivants:
Flottation par air dissous (DAF). Dans des conditions d’absence d’agitation, on met à profit la différence de densité pour séparer l’huile de l’eau par flottation. À mesure que les gouttes d’huile se forment au sein de la phase aqueuse, elles montent à la surface. Pour accélérer le processus de flottation de l’huile, de l’air fait des bulles dans la partie inférieure du réservoir. La séparation est efficace mais elle exige un grand espace et des appareils aux dimension considérable lorsque le débit à traiter est élevé. Cependant, cette technique n’est pas viable lorsque les émulsions d’huile et d’eau sont stables, dans ces cas-là il faut tenter de rompre l’émulsion préalablement en ajoutant un produit chimique.
Évaporation sous vide. Le processus d’évaporation est le seul qui permet de séparer l’huile de l’eau sans besoin de prétraiter l’effluent et sans exiger de processus ultérieurs, car l’eau produite est de qualité élevée et cela permet sa réutilisation directe. Quant aux déchets, à la différence des processus à membranes, il ne produit aucun autre effluent résiduel. Un résidu semi-solide est produit, qui par sa composition peut être valorisé dans d’autres processus, comme dans une codigestion anaérobie. Un autre avantage de l’évaporation sous vide des effluents huileux est sa grande capacité d’adaptation aux caractéristiques changeantes de l’effluent à traiter, ce qui en fait une alternative robuste et efficace. De plus, comme on fonctionne en conditions sous vide, la consommation énergétique est contenue ce qui permet de parvenir à un rendement énergétique élevé. Ce sont des équipements compacts et en général il n’est pas nécessaire de disposer d’un espace physique important et leur utilisation est simple et peut être automatisée. Il s’agit sans doute de l’alternative principale pour le traitement des effluents huileux.
Traitement biologique. L’élimination des huiles et des graisses par dégradation biologique, bien que possible, présente une série de difficultés qu’il est préférable d’éviter, que ce soit en conditions aérobies ou anaérobies. En premier lieu, l’huile et les graisses ne disposent pas d’une composition qui permette leur biodégradation sans ajout de produis chimiques ou mélange avec d’autres déchets, de manière à ce que les microorganismes trouvent tous les nutriments dont ils ont besoin pour leur croissance. En second lieu, le processus biologique ne supporte pas bien les fluctuations dans le débit ou dans la charge d’entrée. De plus, dans un processus aérobie, la biodégradation d’huiles et de graisses entraine d’importantes consommations d’oxygène, ce qui exige une consommation d’énergie et des coûts d’exploitation élevés. Et, enfin, le fonctionnement de ce processus nécessite un opérateur qualifié.
Membranes VSEP. L’utilisation de membranes filtrantes peut permettre la production d’eau de grande qualité à partir de n’importe quelle émulsion d’huile dans l’eau. Cependant, le filtrage par membranes comporte une faiblesse : l’encrassement des membranes, qui est dû à la formation d’une couche formée d’une bio pellicule, de la matière organique, des dépôts non organiques ou de nature colloïdale, etc. Cette couche s’accumule sur les membranes par processus naturels lors du processus de filtrage et elle entraine une diminution de la capacité de traitement. Pour résoudre ce problème, les membranes vibrantes VSEP ont été développées. Il s’agit d’une technique alternative dans laquelle la production d’ondes de cisaillement en surface des membranes tangentes qui réalise l’action de nettoyage. La vibration de la membrane et la production des ondes de cisaillement permettent que les solides déposés sur la surface de la membrane se remettent en suspension dans le liquide et sont charriés par celui-ci, ce qui expose à nouveau les pores de la membrane au liquide. Une grande différence concernant les membranes conventionnelles consiste à ce que le design de base est vertical et non pas horizontal, ce qui fait que l’espace nécessaire par unité est inférieur que pour d’autres systèmes de séparation.
Cette technique, même si elle produit un débit d’eau de grande qualité, produit également un effluent concentré qui demande une gestion en conséquence. De plus, pour allonger la vie utile des membranes vibrantes, il convient de réaliser un prétraitement de l’aliment. Comme dans tous les processus à membranes, l’entretien, le nettoyage et la maintenance des membranes sont des facteurs très importants à prendre en compte.
En résumé, les émulsions huileuses doivent Être traitées avant leur déversement. Il existe différents processus qui permettent de séparer l’huile de l’eau et même de produire un effluent d’eau de qualité élevée qui permette d’être réutilisé. Parmi toutes les alternatives possibles, celle qui présente les avantages les plus importants est l’évaporation sous vide, par sa simplicité, sa flexibilité, sa solidité et son efficacité.
