Introduction

Les méthodes physico-chimiques de gestion des eaux usées sont utilisées pour le prétraitement, le traitement final et le traitement spécifique en vue de leur réutilisation comme eau de procédé. Les eaux usées contiennent des particules de tailles variables. Par conséquent, plusieurs techniques de traitement sont nécessaires pour rendre l'eau recyclée potable, propre à l'élimination et conforme aux normes réglementaires strictes. La taille des particules influe sur l'efficacité du traitement.

Les produits chimiques sont utilisés dans les méthodes physico-chimiques de gestion des eaux usées pour modifier l'état physique des particules colloïdales, les rendant ainsi plus stables et coagulables en vue d'un traitement ou d'un filtrage ultérieur. Ces procédures de traitement sont utilisées en combinaison avec des méthodes de traitement biologique depuis plus d'un siècle. Avec une efficacité accrue et des prix plus bas, ces approches ont utilisé efficacement le traitement des eaux industrielles et le conditionnement des boues d’épuration dans le cadre du prétraitement. La capacité de biodégradation des matières organiques présentes dans les eaux usées peut être considérablement influencée par le traitement physico-chimique.

Un traitement physico-chimique consiste en une série de procédures qui peuvent être réalisées dans une seule unité ou dans des unités distinctes. La coagulation, la floculation et la sédimentation sont les trois processus impliqués. Divers facteurs et qualités physico-chimiques des eaux usées peuvent influencer l’efficacité globale d’une méthode physico-chimique de gestion des eaux usées.

Types de processus physicochimiques

La floculation, la coagulation, la flottation, la neutralisation, l'électroflottation, la technologie membranaire ou filtration membranaire, les décapants-absorbeurs de NH3 et le traitement des boues sont autant de méthodes physico-chimiques courantes de gestion des eaux usées.

Processus de coagulation/floculation

Introduction 

La coagulation-floculation est une procédure de traitement chimique de l’eau utilisée avant la sédimentation et la filtration (par exemple, filtration sur sables mouvants) pour améliorer la capacité d’un processus de traitement à éliminer les particules. La coagulation est une méthode de neutralisation des charges et de génération d'une matière gélatineuse qui piège (ou relie) les particules et leur permet de se déposer ou d'être capturées dans le filtre. La floculation est l'agitation douce des particules générées de cette manière pour les encourager à s'agglomérer en masses suffisamment grandes pour se déposer ou être filtrées hors de la solution.

Types de coagulants

Le sulfate d’aluminium est le produit chimique le plus souvent utilisé pour la coagulation. Les coagulants tels que le sulfate ferrique, le chlorure ferrique et l'aluminate de sodium sont également courants.

Sulfate d'aluminium : Le sulfate d'aluminium forme un floc d'hydroxyde d'aluminium lorsqu'il est ajouté à de l'eau naturellement alcaline (qui contient généralement du bicarbonate de calcium).

Chlorure ferrique : Le chlorure ferrique est une alternative moins privilégiée au sulfate ferrique car le chlorure peut rendre l'eau plus corrosive.

Sulfate ferrique : Associé au chlore, ce composé chimique peut produire un floc plus dense que le sulfate d'aluminium.

Sulfate de sodium : Ce composé chimique se présente généralement sous forme solide et contient généralement 70 à 80 % d’aluminate de sodium, tandis que sous forme liquide, il en contient environ 30 %.

Avantages et inconvénients des réacteurs

Avantages :

• Les réacteurs sont faciles à utiliser et économiques 
• Élimine une variété de particules de l'eau.
• Améliore le processus de filtrage.
• Les produits chimiques sont abondants et peu coûteux

 Inconvénients :

• Un apport chimique est nécessaire.
• La conception (par exemple, construction de la chambre et dose de produits chimiques) et la maintenance du système nécessitent un personnel qualifié.
• Les substances toxiques sont transférées vers la phase solide, entraînant la production de boues qui doivent être traitées ultérieurement.
• Le processus prend beaucoup de temps.

Électro coagulation

Introduction

L'électrocoagulation (EC) est une méthode physicochimique de technologie de gestion des eaux usées utilisée dans de nombreux secteurs différents. En utilisant une charge électrique pour maintenir les particules contaminants, les colloïdes en solution et les ions tels que les métaux lourds, la méthode les déstabilise et les agrège. La technique utilise généralement une anode et une cathode pour déstabiliser les charges, toutes deux stimulées par une source d'alimentation CC. Cette procédure sépare les particules floculées de l'eau, permettant de les éliminer et de les remplacer par de l'eau pure.

Types de réacteurs disponibles pour traiter les eaux usées

Les réacteurs à flux horizontal et les réacteurs à flux vertical sont deux types de réacteurs filtre-presse. Cependant, il n’existe pas de conception standard car les réacteurs sont personnalisés pour chaque processus et contaminant.

Réacteurs à filtre-presse : Dans ce type de réacteur, qui utilise un mécanisme de filtre-presse, les coagulants sont créés à travers des plaques métalliques qui servent d’électrodes et sont supportées par des cadres.

Réacteurs à flux horizontal rectangulaire : Ce modèle est une variante du réacteur discontinu dans lequel l’eau à traiter est acheminée par une pompe, ce qui permet d’obtenir un flux continu.

Réacteurs à flux vertical : Ce type de réacteur a fait l’objet de recherches dans diverses configurations et s’est avéré efficace pour éliminer différents contaminants. Dans cette configuration, l’eau contaminée circule dans un tube poreux.

Avantages et inconvénients des réacteurs

Avantages :

• Ne nécessite pas de produits chimiques pour le traitement. 
• Élimine le risque de restes de produits chimiques qui provoquent une toxicité et une odeur.
• Réduit le coût initial de la procédure.
• Il peut réduire la quantité totale de particules en suspension dans une solution jusqu'à 95 %.
• Les métaux peuvent être récupérés de la solution.

Inconvénients :

• Les électrodes doivent être nettoyées et entretenues régulièrement.
• Les électrodes ont une courte durée de vie et doivent être changées souvent.
• Cela peut prendre beaucoup de temps et coûter beaucoup d’argent.

Processus membranaire

Introduction

Les procédés membranaires sont la dispersion physique de particules via des membranes aqueuses. Ils fonctionnent parce que certaines membranes permettent aux particules ayant certaines propriétés de passer à travers tout en empêchant les particules ayant des caractéristiques différentes de passer à travers. 

Avec l’invention des membranes synthétiques hautes performances dans les années 1960, les membranes sont devenues une méthode pratique de filtration de l’eau. Les membranes pour le traitement de l’eau se sont améliorées, avec des membranes plus modernes créées à partir de matériaux nouveaux et utilisées dans une variété de conceptions.

Les membranes sont de plus en plus utilisées pour produire de l’eau potable à partir de sources souterraines, de surface et océaniques et pour améliorer les méthodes chimiques améliorées de gestion des eaux usées et de dessalement. Au cours des deux décennies précédentes, ces technologies ont été parmi les plus largement utilisées pour le traitement de l’eau. C'est un système avec beaucoup de puissance

Types de membranes

Les membranes sont utilisées pour le processus de traitement de l'eau afin de séparer les impuretés de l'eau en fonction de leur taille ou de leur charge. La microfiltration, l'ultrafiltration et la nanofiltration sont toutes des membranes couramment utilisées dans le processus.

Microfiltration : Les membranes de microfiltration possèdent des pores de 0.1 à 10 micromètres, suffisamment grands pour retenir les bactéries, la turbidité, les macromolécules, les colloïdes et autres contaminants. Elles sont utilisées pour la stérilisation à froid des aliments liquides et des produits pharmaceutiques, la réduction des micro-organismes présents dans l’eau, la préparation de l’eau pour la nanofiltration et l’osmose inverse, ainsi que pour d’autres applications.

Ultrafiltration : Les particules d’une taille de 0.001 à 0.1 µm sont éliminées par ultrafiltration. Les virus, les macroprotéines, les antibiotiques et autres substances sont retenus par ces membranes. Elles peuvent être utilisées pour éliminer les composés organiques dangereux des industries agroalimentaires.

Nanofiltration : La nanofiltration retient les particules de 0.1 nm à 0.001 µm, permettant ainsi la filtration de l’eau et l’élimination de la plupart des molécules. Cependant, les particules de faible masse moléculaire ne sont que partiellement retenues par la membrane.

Avantages et inconvénients des réacteurs

Avantages : 

• Performance exceptionnelle.
• Les unités compactes nécessitent moins d’espace que les méthodes de traitement traditionnelles.
• L'opération est simple.
• Les membranes peuvent être utilisées pour séparer une grande variété de polluants.
• La désinfection peut être effectuée sans utilisation de produits chimiques.

 Inconvénients : 

• Encrassement de la membrane,
• Pollution de l'approvisionnement en eau (due au lavage à contre-courant)
• de trafic doit être modifié de manière cohérente.