STATIONS D ÉPURATION. Une entreprise de Bayer et LANXESS

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1 STATIONS D ÉPURATION Une entreprise de Bayer et LANXESS

2 STATIONS D ÉPURATION Introduction INTRODUCTION Les stations d épuration du Secteur Environnement de CURRENTA sont spécialisées dans le traitement d eaux usées contaminées par des composés organiques. L eau potable est notre aliment le plus important et c est pourquoi nous utilisons l eau avec beaucoup de soin. Nous réduisons sans cesse notre consommation d eau en améliorant nos procédés, nous évitons, partout où c est possible, de polluer l eau que nous utilisons et nous dépolluons les eaux souillées en mettant en œuvre des méthodes extrêmement efficaces, dont certaines sont le résultat de notre recherche. Chaque année, le CHEMPARK de Leverkusen consomme environ 240 millions de m 3 d eau qui proviennent, directement ou indirectement, à 95 % du Rhin. Au cours des dix dernières années, la consommation d eau a nettement baissé alors que la production est restée pratiquement stable. L utilisation responsable de cette ressource vitale qu est l eau a une longue tradition dans le CHEMPARK. Dès 1901, une «commission de l eau» s occupait en effet de cette substance précieuse, à la fois matière première et consommable. Même si nous utilisons aujourd hui les systèmes les plus performants d épuration des eaux usées, nous ne nous reposons pas sur nos lauriers et poursuivons notre recherche afin d améliorer encore l utilisation de cette précieuse ressource. L eau, un élément indispensable pour la chimie L eau est indispensable à la chimie, que ce soit comme composant des produits, comme solvant, nettoyant et réfrigérant, comme vecteur énergétique sous forme de vapeur et, bien entendu, par l utilisation quotidienne qu en font les hommes et les femmes qui travaillent chez nous. Le Secteur Environnement de CURRENTA met en œuvre des méthodes modernes d épuration des eaux usées. 02

3 Les trois quarts de cette eau sont utilisés à des fins de refroidissement par les entreprises de production. Cette eau de refroidissement n entre pas en contact avec les produits et nous pouvons donc la rejeter directement dans le Rhin par un système de canalisations séparé, après l avoir soumise à un contrôle effectué par des services indépendants. Nous pouvons également déverser directement dans le Rhin les eaux usées chargées en minéraux n exigeant pas d être traitées, qui ne contiennent que peu ou pas du tout de souillures organiques, ainsi que les eaux pluviales non polluées. Seulement 10 % environ de l eau utilisée entre en contact avec des produits et doit donc être épurée. Il s agit d eaux usées acides ou alcalines, contaminées par des composés organiques, issues des unités de production, des laboratoires ou des centres techniques, ainsi que d eaux usées provenant des sanitaires ou des cuisines. Ces eaux usées sont soumises dans notre propre station d épuration biologique de Leverkusen-Bürrig à un traitement poussé, après avoir subi des mesures physico-chimiques préalables mises en œuvre sur leur lieu de production et visant à en éliminer les substances qui perturberaient l épuration biologique ou ne sont pas aptes à une élimination biologique. Les eaux usées épurées sont ensuite rejetées dans le Rhin. Le procédé d épuration de l eau Il permet une épuration optimale portant à la fois sur les eaux usées municipales et industrielles. L épuration des eaux usées selon des méthodes modernes se fait en plusieurs étapes successives correspondant aux différentes substances contenues dans l eau : élimination mécanique des matières grossières et du sable (dégrillage, dessablage) ; neutralisation (les eaux usées acides ou alcalines sont neutralisées afin de ne pas perturber par la suite l épuration biologique) ; décantation primaire assurant simultanément la séparation des substances non dissoutes et des substances précipitées lors de la neutralisation ; homogénéisation des qualités d eaux usées différentes ; épuration biologique, pendant laquelle les substances biodégradables sont «consommées» par des bactéries, entraînant le développement de la masse bactérienne ; décantation secondaire séparant les boues biologiques de l eau épurée ; une partie de ces boues biologiques est renvoyée vers l étape d épuration biologique afin de maintenir la concentration en boues à un niveau constant. Le reste des boues est évacué vers l unité de traitement des boues. 03

4 Historique de l épuration des eaux Faits et chiffres Les premiers procédés mécaniques et biologiques d épuration des eaux usées municipales remontent à la fin du XIXe siècle. Le traitement des eaux usées industrielles par des méthodes mécaniques, biologiques et chimiques date du milieu des années 50. Avant, on estimait généralement qu il n était pas possible d épurer par des moyens biologiques les eaux usées contaminées par des produits chimiques Bayer crée une «commission de l eau» sur le site de production de Leverkusen. La pollution des eaux usées produites par l usine fait l objet de relevés mensuels. Entrée en service 1971 : Épuration biologique en bassins 1980 : Épuration biologique en tours : Nouveaux bassins biologiques 1928 Les eaux usées sont analysées régulièrement selon certains paramètres (29 composants). Fonction Épuration d eaux usées contaminées par des composés organiques 1954 Mise en place d un laboratoire d analyse des eaux usées et des effluents gazeux. Principaux groupes Neutralisation, décantation primaire, épuration biologique, décantation secondaire 1958 Bayer AG et EC (Erdölchemie GmbH) construisent la première station d épuration à l usine de Dormagen. Capacité 1,7 million d équivalents-habitants, dont CHEMPARK : 1,4 million d EH Comité de bassin de la Wupper : 0,3 million d EH Faisant suite au projet de 1958, une station d épuration mécanique et biologique des eaux usées est construite dans la partie de l usine de Leverkusen située sur le territoire de Flittard. L expertise issue de cette station a ensuite servi à la construction de la station d épuration collective de Leverkusen, qui traite les eaux usées du CHEMPARK et celles du bassin versant inférieur de la Wupper (comité de bassin de la Wupper). Mise en service de la première tranche d extension (la deuxième étape d épuration actuelle) La station d épuration biologique du CHEMPARK Uerdingen entre en service. Quantités d eau usées Capacité de dégradation Dégradation de l azote CHEMPARK : m 3 /j Comité de bassin de la Wupper : m 3 /j Par temps de pluie : m 3 /j max. Bürrig : (sanitaire, pressage des boues, eaux de lavage issues de l incinérateur, lixiviats) : env m 3 /j 95 % (les 5 % restants sont pris en charge par la capacité d auto-épuration du Rhin) Depuis 1995, la dénitrification et la nitrification permettent de retirer des eaux usées 800 t/a d azote de plus qu auparavant. Réduction supplémentaire de 40 % des composés organiques azotés (cf. nouveaux bassins biologiques) 1978 Construction de la deuxième station d épuration mécanique et biologique au CHEMPARK de Dormagen. Déphosphatation Par précipitation simultanée, concentration de sortie fiable < 0,6 mg/l Deuxième phase d extension de la station de Leverkusen avec les tours d épuration biologique. Le contrat de coopération d épuration collective des eaux usées entre Bayer Industry Services (actuellement CURRENTA) et le comité de bassin de la Wupper est prolongé jusqu à Temps de séjour Alimentation par la galerie Gisela : env. 1,5 h Neutralisation : env. 0,5 h Décantation primaire : env. 3 5 h Stockage : env h Tours d épuration biologique : env h Bassins biologiques I & II : env. 5 8 h 2007 Fin de la première tranche du chantier des nouvelles tours d épuration biologique. Le projet «Épuration biologique en cascade» devrait être achevé d ici 2010 et réduire de plus de 40 % les eaux usées contenant des oxydes d azote. Bassins de décantation secondaire : env. 6 8 h Décanteurs tronconiques : env h Temps de séjour total des eaux usées dans la station d épuration : env. 2 3 jours

5 STATIONS D ÉPURATION La station d épuration de Leverkusen-Bürrig LA STATION D ÉPURATION DE LEVERKUSEN-BÜRRIG Pas à pas : Vue d ensemble des éléments et des processus du circuit d eaux usées. Dégrillage mécanique Les eaux usées biodégradables issues du CHEMPARK de Leverkusen empruntent une galerie de douze mètres de profondeur et de deux kilomètres de long qui les conduit en deux heures à la station d épuration de Bürrig. À leur arrivée à la station, elles sont dégrillées, c est-à-dire débarrassées des matières les plus grossières. Neutralisation Ces eaux usées, issues de la production, sont en général très acides (ph de 1,5 environ). Afin de protéger les bactéries de la station d épuration, on ajoute du lait de chaux, le dosage étant fonction du ph des eaux usées. Les matières minérales (composés de calcium, d aluminium et de fer, etc.) et une partie des matières organiques sont précipitées. Décantation primaire Pendant l étape suivante, la décantation primaire, les produits de précipitation issus du processus de neutralisation et les autres matières solides tombent au fond des bassins et sont séparés par des moyens mécaniques. Les boues de décantation primaire ainsi produites sont collectées avec des boues provenant des autres étapes d épuration (cf. ci-dessous) et dirigées vers le traitement des boues d épuration. Stockage Après le nettoyage mécanique et la neutralisation, les eaux usées sont entreposées dans des cuves tampon, où se produit une compensation de la concentration et de la quantité afin d améliorer la dégradation biologique lors des étapes suivantes. Épuration biologique en tours La conception Les processus d épuration biologique des eaux usées sont comparables à l auto-épuration des cours et plans d eau : les bactéries se nourrissent des matières contenues dans les eaux usées et les transforment, en utilisant l oxygène dissous dans l eau, en dioxyde de carbone, en eau et en biomasse. 04

6 Silo à chaux Bassins de décantation primaire Eaux usées issues de l usine Dégrillage Neutralisation Cuve de stockage Traitement des boues d épuration Flottation Incinération des effluents gazeux Dénitrification Décanteurs tronconiques Sortie Bassins ouverts Épuration biologique Bassins de décantation secondaire Épuration biologique en tours Eaux usées municipales Air Le circuit des eaux usées dans la station d épuration de Leverkusen-Bürrig. Dans les stations d épuration biologique, ce processus s effectue sur un espace réduit et beaucoup plus rapidement que dans la nature. L efficacité des bactéries dépend de leur spécialisation, qui se développe au bout d un certain temps en fonction des substances présentes dans l eau. De plus, les bactéries ont besoin d une alimentation optimale en oxygène, qui est assurée de façon particulièrement efficace par le traitement biologique en tours. Les spécialistes en procédés du Secteur Environnement de CURRENTA ont mis au point une méthode, très économe en énergie, qui permet d incorporer au mélange composé d eau et de boues bactériennes l oxygène de l air nécessaire à la dégradation biologique. Des injecteurs fonctionnant selon le principe de pompes à jet d eau insufflent de l air comprimé dans les tours d épuration. Ces injecteurs sont un élément important de l épuration biologique en tours. Leur utilisation permet en effet de remplacer les grands bassins d épuration à ciel ouvert, d une profondeur de trois à sept mètres, munis de différents systèmes d aération, par des tours couvertes de 30 m de hauteur. Étant donné que les tours, en raison de la colonne de liquide élevée, permettent une utilisation beaucoup plus efficace de l oxygène de l air, il en résulte une production moindre d effluents gazeux. Les effluents gazeux, qui contiennent également des substances organiques expulsées, sont collectés et incinérés dans une unité de traitement thermique spéciale. Cela évite les nuisances olfactives pour l environnement. Décantation intermédiaire Les eaux usées traitées dans les tours d épuration biologique passent par des cyclones, dans lesquels s effectue le dégazage du mélange d eaux usées et de boues, et s écoulent ensuite vers le module de décantation intermédiaire, suspendu en hauteur. C est là que les boues activées et l eau sont séparées. La plus grande partie de la boue activée est reconduite aux tours biologiques par des pompes centrifuges, une partie plus réduite, la boue renouvelée excédentaire, est retirée et dirigée vers le traitement des boues d épuration. Nitrification, dénitrification En plus des bactéries déjà présentes, dégradant les composés carbonés, d autres souches bactériennes sont nécessaires pour traiter les molécules azotées, comme les composés d ammonium. Dans un premier temps, des bactéries nitrifiantes transforment, à des températures supérieures à 10 C et en utilisant de l oxygène, les composés d ammonium en nitrate. 05

7 Lors d un procédé en amont, ce nitrate est transformé en azote moléculaire et s échappe dans l air ambiant. Comme ce processus ne fonctionne qu en l absence d oxygène (anoxique) et en présence de composés carbonés, 80 % des eaux usées s écoulant des tours sont acheminées par pompage vers une cuve séparée. Cette cuve contient très peu d oxygène de l air et suffisamment de composés carbonés issus des eaux usées non épurées qui la traversent avant d être dirigées vers les tours. Ce procédé, appelé dénitrification en amont, permet de retirer chaque année plus de 800 tonnes d azote des eaux usées. Des quantités considérables d azote sont également éliminées avec les boues excédentaires. Déphosphatation Lors de la neutralisation au lait de chaux, une grande partie des phosphates est précipitée et séparée avec les boues de décantation primaire. En outre, les phosphates sont précipités par apport de sels d aluminium et de fer lors des étapes de traitement biologique. Les avantages des tours biologiques Les tours biologiques affichent une série d avantages par rapport aux bassins biologiques plans et ouverts : L injecteur garantit une utilisation optimale de l oxygène incorporé. La réduction de la quantité d effluents gazeux réduit les coûts d incinération de ces effluents. La conception fermée et le traitement des effluents gazeux évitent les nuisances olfactives pour le voisinage. Le système d injecteurs permet d économiser jusqu à 70 % d énergie. Le brassage total des eaux usées et des boues activées est garanti sans mélangeurs mécaniques supplémentaires. Les tours biologiques ne comprennent aucune pièce en mouvement et l installation est donc extrêmement facile à entretenir et a une grande fiabilité de fonctionnement. La conception verticale garantit un contrôle simple et fiable des fuites, évitant toute infiltration inaperçue des eaux usées dans le sol. Les tours biologiques ont un encombrement réduit de 50 à 70 % par rapport aux stations d épuration conventionnelles. Épuration biologique en bassins L eau provenant de la décantation intermédiaire des cuves des tours biologiques est traitée avec les eaux usées de la ville de Leverkusen et des communes environnantes. Cette opération, la deuxième étape biologique, a lieu dans des bassins d activation ouverts, où des aérateurs de surface assurent l introduction d oxygène et le brassage. Avant d être introduites dans les bassins, les eaux usées municipales sont dégrillées, dessablées et décantées dans une station de décantation primaire du comité de bassin de la Wupper. Décantation secondaire Enfin, la boue activée est séparée dans trois bassins de décantation secondaire et dix décanteurs tronconiques puis les eaux usées épurées, surveillées en permanence, sont rejetées dans le Rhin. La boue excédentaire issue de la décantation secondaire est dirigée vers le traitement des boues d épuration. Traitement des boues d épuration Les boues produites par la station d épuration de Bürrig (boues issues de la décantation primaire des eaux usées industrielles et communales et boues excédentaires) sont concentrées, homogénéisées et déshydratées dans des filtres-presses à membrane. Le gâteau de filtration est ensuite éliminé dans notre incinérateur à boues d épuration. Les cendres qui restent après l incinération sont enfouies dans notre décharge. Flottation La flottation est un autre procédé de traitement des eaux usées. Elle consiste à insuffler des bulles de gaz qui adhèrent aux flocons de boue présents dans les eaux usées. Cette augmentation de leur flottabilité les fait remonter à la surface du liquide où ils constituent une couche d écume, le flottat, qui est éliminée. La galerie «Gisela», par laquelle les eaux usées s écoulent du CHEM- PARK à Leverkusen-Bürrig, est praticable.

8 STATIONS D ÉPURATION Contrôle et surveillance CONTRÔLE ET SURVEILLANCE Le Secteur Environnement de CURRENTA mène en permanence de vastes analyses pour garantir le respect les exigences complexes d une élimination durable. 06

9 Les eaux usées brutes, les eaux usées issues des différentes étapes de l épuration et les eaux usées épurées provenant de la dernière étape de traitement font l objet de contrôles réguliers au plan biologique et chimico-analytique afin de garantir la sécurité du fonctionnement de la station d épuration. Les eaux usées épurées sont contrôlées en permanence pour assurer le respect des valeurs de l autorisation de rejet. Nous procédons en outre à des contrôles continus du taux d épuration à l aide d autres paramètres. Les données analytiques de l alimentation et de l évacuation fournissent, avec la quantité d eaux usées, des indications sur la teneur et la composition des matières contenues dans les eaux usées et sur le taux d épuration de la station. On mesure notamment les matières décantables, les paramètres globaux comme la demande chimique et biochimique en oxygène, des substances minérales et organiques importantes ainsi que la salinité. On vérifie en outre en permanence si les eaux usées contiennent des matières pouvant nuire à la capacité de dégradation des boues bactériennes. Nous avons mis en place à l intention des autorités de surveillance un point de contrôle, accessible à tout moment, pour l analyse des eaux usées épurées issues de la station d épuration biologique. Dans le cadre de leur obligation de surveillance, les autorités prélèvent des échantillons dans les eaux rejetées par la station d épuration et contrôlent qu elles respectent bien l autorisation de rejet. Les agents chargés des prélèvements peuvent intervenir à tout moment, même le week-end et la nuit, sans avis préalable. La qualité des eaux usées traitées fait l objet d une surveillance permanente. 07

10 Publié par Currenta GmbH & Co. OHG Leverkusen Allemagne Mise à jour : mars 2010