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L'eau est un des principaux enjeux des années à venir. Les industriels consomment des quantités d'eau importantes pour les circuits de refroidissement les lavages de sols, de cuves et de tuyauteries, pour l'alimentation des chaudières mais aussi pour les fabrications. L'industriel doit faire face à un certain nombre de contraintes liées à cette consommation d'eau:
D'autres contraintes sont liées aux rejets ;
Face à ces contraintes, le recyclage de tout ou partie des effluents permet à l'industriel :
Il faut donc examiner le problème de l'eau sur un site industriel dans sa globalité en incluant dès la conception de l'usine les différentes possibilités de recyclage. Pour permettre un recyclage optimal, il faut en effet éviter de mélanger les effluents qui, une fois dilués, représentent un débit trop important pour être traités de façon économique. La pollution est traitée au point de production et non plus au "bout du tuyau". Néanmoins, le recyclage nécessite une très bonne connaissance des procédés de fabrication afin de répondre aux questions fondamentales:
Un outil fiable pour permettre le recyclage d'effluents dans le cas où ceux-ci sont biodégradables est le bio-réacteur à membrane. Le bio-réacteur à membrane (BRM) est une technologie innovante en ERI (Eau Résiduaire Industrielle) qui met en œuvre des technologies et des matériels récents et performants.
Le bio-réacteur à membrane est une installation d'épuration réalisant en continu deux fonctions dissociées physiquement en deux lieux :
Ainsi, l'élimination des pollutions dissoutes et particulaires permet d'obtenir une eau traitée d'excellente qualité pouvant être réutilisée pour un certain nombre d'applications.
Le bio-réacteur est le lieu de la dégradation biologique de la pollution. C'est un réacteur biologique dans lequel se développe une biomasse adaptée de microorganismes. Ceux-ci dégraderont la pollution dissoute dans l'effluent grâce à l'apport d'oxygène par le système d'aération. L'aération Le bio-réacteur présente un meilleur transfert d'oxygène que les bassins d'aération classique pour les raisons suivantes :
Les conditions de fonctionnement du bio-réacteur (forte charge volumique) font que celui-ci occupe un faible volume et surtout un très faible encombrement au sol.
La première étape (le bio-réacteur) sert à dégrader la pollution, digérée par les bactéries. La deuxième étape importante du traitement de l'effluent est la séparation de l'eau traitée d'avec la boue. En effet, eau et boue sont intimement mélangées sous forme de boue biologique. Leur séparation va se faire grâce aux membranes.
Les membranes peuvent être minérales ou organiques et de type micro filtration ou ultrafiltration. La membrane joue ici le rôle de filtration du concentrat. Elle est une barrière physique infranchissable aux particules de taille supérieure au seuil de coupure choisi (en général inférieur à 0,1 micron, dans la zone microfiltration / ultrafiltration). Aucune particule, et notamment aucun micro-organisme (bactéries ... ), ne peut donc se retrouver dans le perméat.
Le poste de nettoyage en place permet le lavage et le rinçage des membranes. Il est automatisé et alimenté par les bâches d'acide et de base. La séquence de lavage se déclenche et se réalise automatiquement. Les réactifs acide et basique s'autoneutralisent et sont renvoyés en tête de station.
Pour obtenir les mêmes résultats (en MeS (Matière en suspension) et DCO (Demande Chimique en Oxygène)) que le BRM, la station classique équivalente multiplie les postes (bassin aéré + clarificateur + flottateur + filtre à sable + filtre à charbon ... ) et donc les sources de problèmes tout au long de la chaîne (surveillance, exploitation, pannes, ...).
Les avantages du BRM sur une station classique sont essentiellement :
Dans une station classique, le clarificateur est le facteur limitant. Pour le BRM, la gestion de la biomasse est indépendante de celle des flux hydrauliques.
Le clarificateur entraîne des risques de rejet de matière en suspension (MeS), de prolifération de bactéries filamenteuses (surtout avec des effluents très biodégradables) et nécessite donc une surveillance accrue et des traitements tertiaires de sécurité (flottateur), consommateurs de réactifs (chlorure ferrique, charbon actif, ... ).
Laiterie : 500 m3/j - 1 500 kg DB05/j.(Demande Biologique en Oxygène à 5 jours) Recyclage d'eau dans l'usine 350 m3/j, soit 70 %. Les rejets vers le milieu récepteur sont donc considérablement diminués par rapport à une station de boues activées classique :
Le recyclage de 70 % peut passer facilement à près de 100 % par l'ajout d'un système de nanofiltration (NF) après le BRM. En effet, l'excellente qualité de l'eau traitée (pas de MeS) rend inutile tout prétraitement avant nanofiltration ou osmose inverse. Il suffit de réaliser une simple nanofiltration (basse pression, petit débit) sur le volume d'eau que l'on souhaite utiliser pour des usages nobles. Ainsi, le BRM traitera 100 % du débit et la nanofiltration seulement 30 %. Bien sûr, une purge de sel sera nécessaire, mais celle-ci représente un débit négligeable.
La grande fiabilité de fonctionnement du BRM et l'excellente qualité de l'eau traitée autorisent le bouclage d'une majeure partie des circuits d'eau. De plus, le BRM protège le milieu récepteur par un prélèvement d'eau et un flux polluant rejeté diminués. Amenant l'industriel à réfléchir globalement sur la gestion de l'eau dans l'usine, à repenser ses circuits d'eau et à modifier ses comportements. Le bioréacteur à une membrane correspond à une première démarche vers l'usine propre du futur.
Françoise PETITPAIN
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LE BIO-RÉACTEUR
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