Etude de l efficacité du bioréacteur à membrane dans le traitement des effluents textiles d une entreprise Tunisienne

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1 Etude de l efficacité du bioréacteur à membrane dans le traitement des effluents textiles d une entreprise Tunisienne Raja Ben Amar Laboratoire Sciences des Matériaux et Environnement, Faculté des Sciences de Sfax, Tunisie raja.rekik@fss.rnu.tn Résumé Ce travail s inscrit dans un programme tunisien ministériel concernant le développement des ressources en eau non conventionnelles. Il est focalisé sur le traitement par bioréacteur à membrane (BAM) des effluents textiles issus d une entreprise de teinturerie dans l objectif d une réutilisation de l eau traitée. Les essais conduits sur site ont permis de comparer les performances d un bioréacteur à membrane (BAM) fonctionnant aussi bien dans les mêmes conditions que la station conventionnelle existante : boues activées (charge : 4,3 g/l) suivie d une coagulationfloculation), que selon un mode à forte charge (double de la première) : 9 à 1 g/l. Dans les deux cas, le BAM montre de meilleures performances en terme d élimination de DCO et de production de boue que la station classique existante. Parallèlement, une élimination quasitotale de la matière en suspension dans le perméat a été obtenue dans les deux cas. La procédure à forte charge conduit en plus à des avantages en terme de gain en encombrement, une meilleure acclimatation de la biomasse et donc une meilleure biodégradabilité. Introduction L industrie textile est caractérisée par une consommation relativement élevée d eau et de produits chimiques. L eau est utilisée principalement pour les opérations de lavage et de rinçage. Si l'on prend le cas du coton qui est la fibre la plus teinte au monde, l opération de teinture de 1 kg de coton nécessite entre 7 et 15 litres d'eau, 6 grammes de sel et 4 grammes de colorant réactif [1]. Sachant que la seule consommation mondiale annuelle en colorants réactifs est de l'ordre de 8 tonnes et que seulement 7% de ces colorants se fixent sur le coton, cela montre l'ampleur de la pollution engendrée pour cette seule famille de colorants. Les procédés classiques de traitement des eaux tels que la coagulation/floculation ou le système de boue activée sont peu efficaces pour l élimination des colorants réactifs dans les effluents déversés en raison de leur faible biodégradabilité et de leur forte solubilité dans l eau qui limite leur adsorption sur les solides [2,3]. Plusieurs auteurs ont essayé d adapter de nouvelles technologies se basant aussi bien sur la biologie ou la physicochimie, au traitement de ce type d effluents. L utilisation des procédés membranaires en aval des opérations usuelles de traitement [4] ou bien intégrés tels que les bioréacteurs à membrane permet l obtention d une qualité d eau traitée conforme aux normes de réutilisation [5]. La présente étude concerne la détermination des performances du bioréacteur à membrane immergée dans le traitement des effluents de l industrie textile d une entreprise tunisienne poduisant entre 25 et 3 m 3 /j d effluent. Le choix de cette technologie est dicté par la très forte fluctuation de la biodégradabilité de l effluent dans les conditions d un système classique de traitement par boue activée et par la nécessité de la réutilisation de l eau traitée compte tenu de la rareté des ressources en eau en Tunisie. 133 MSAS'28

2 II. Matériels et Méthodes La validation expérimentale a été effectuée sur le site de traitement des rejets hydriques de l entreprise SITEX, localisée à Ksar Hélal. Les caractéristiques moyennes des effluents produits sont données par le tableau 1. Il est à préciser que la variation de la température et du ph au cours d une saison reste très faible par rapport aux autres paramètres (DCO, Turbidité, MES etc.) qui sont dotés d une importante variation aussi bien journalière que saisonnière. Table 1. Caractéristiques principales des effluents de la SITEX Paramètre DCO DBO5 MES MVS Couleur Salinité ph T Unité mgo2/l mgo2/l g/l g/l U.C mg/l - C Valeurs Max et min obtenues au cours d une journée ,35 -,73,3 -, , Valeurs Max et min obtenues au cours d un trimestre ,2-1,9,15-1, , Deux types de systèmes de traitement ont été comparés : la station existante à boue activée (STEP) et le bioréacteur à membrane immergée (BAM) (figure 1). Fluid circuits E 8.5 A B C D E F 2 3 A C 6 F 3 cm B 7 9 D 12 Figure 1 : Schéma du bioréacteur à membrane immergée (BAM) installé à la SITEX MSAS'28 134

3 1. Alimentation ; 2. Agitateur magnétique ; 3. pompe d alimentation; 4. pompe de circulation des boues ; 5. Aérateurs ; 6. module membranaire MF/UF ; 7. Capteur de pression ; 8. Affichage de la pression ; 9. pompe de perméation ; 1. récupération du perméat par rétrolavage ; 11. Manomètre ; 12. récupération du perméat ; A. Entrée de perméat ; B. recirculation des boues entre les deux cuves ; C. pompe de circulation des boues du bac bilogique vers le module membranaire ; D. sortie de perméat ; E. air pour membrane et pour rétrolavage ; F. Retour du perméat pour rétrolavage. III. Résultats et discussions Lors du fonctionnement du bioréacteur à membrane, la séparation membranaire s effectue généralement en maintenant un flux constant : de l ordre de 1 l/h.m 2 sous une pression transmembranaire initiale très faible (<,5 bar durant les premiers jours de fonctionnement). Deux modes de fonctionnement du BAM ont été adoptés : - Un fonctionnement à faible charge (4 à 5 g/l) durant lequel, le débit a été fixé à 13,5 l/j afin de travailler dans les mêmes conditions que la STEP (1,36 Kg DCO/m 3.j) : période 1 -Un fonctionnement à forte charge (8 à 1 g/l) : Ce mode permet d apprécier les performances du BAM par rapport à la STEP : période 2 les conditions opératoires sont telles que la charge volumique reste inchangée par rapport au 1 er cas, mais la charge massique plus faible, ce qui favorisera la diminution de la production de boue. III.1 Fonctionnement selon le mode à faible charge La figure 2 montre une comparaison de performances en terme de DCO dans l eau traitée par les deux systèmes : STEP et BAM DCO soluble (mg/l) DCO alimentation (mg/l) DCOTotale alimentation (mg/l) BAM_soluble Figure 2 : Comparaison des performances des deux systèmes BAM et STEP en terme de DCO Les traitements par BAM à faible charge (identique à celle de la STEP) et par boue activée (STEP) conduisent aux mêmes performances en terme d abattement en DCO (soit une DCO résiduelle comprise entre 1 et 2 mg/l). Parallèlement, les performances sont identiques en terme d élimination de la coloration (figure 3). 135 MSAS'28

4 Couleur (U.C) Figure 3 Abattement de la couleur par les deux systèmes BAM et STEP III. 2 Fonctionnement selon le mode à forte charge Le traitement par BAM à forte charge (8 à 1 g/l en MES) conduit à de meilleures performances par rapport à celles obtenues selon la procédure BAM à faible charge (4 g/l environ). Ainsi, La DCO dans le perméat atteint des valeurs bien inférieures aux normes de rejet dans le milieu récepteur (<9mg/l) (figure 4). La figure 5 montre également que l abattement de la couleur est plus important lors d un traitement par BAM à forte charge. L eau traitée obtenue peut donc être réutilisée dans le procédé de teinture DCO soluble (mg/l) DCO alimentation (mg/l) DCOTotale alimentation (mg/l) BAM_soluble Figure 4 : Variation de la DCO soluble dans l eau traitée de la STEP et la DCO soluble dans le perméat (BAM) à forte charge MSAS'28 136

5 6 5 Couleur (U.C) Figure 5 : Abattement de la coloration par les deux systèmes : BAM à forte charge et STEP IV. Discussion et Conclusion Il ressort de ces différents résultats pour les deux modes de fonctionnement du BAM : - le BAM 1 (MES de l ordre de 4 à 5 g/l), grâce à la séparation membranaire a conduit à une meilleure efficacité dans l élimination des matières en suspension et de la turbidité par rapport à la STEP (MES quasiment nulles). En effet, l eau traitée par la STEP conduit à des MES qui peuvent atteindre,13 g/l et à une turbidité variable (> 1 NTU). En terme d élimination de la DCO et de la couleur, les valeurs obtenues sont très proches. - Le BAM 2 présentant une double concentration en MES que le BAM 1 (afin de vérifier la capacité d intensification des processus généralement recherché dans l utilisation du système de bioréacteur à membrane) conduit à des performances meilleures que celles de la STEP: en terme d élimination de la DCO, on atteint 97% contre 93% pour la STEP; de même en terme de dégradation de la couleur (15 UC contre 3 UC). En terme de turbidité, les valeurs enregistrées dans le perméat sont inférieures à 1 NTU. Par ailleurs, en terme de production de boue, les taux de conversion obtenus lors des périodes 1 et 2 sont respectivement de,11 g MESproduite /g DCO éliminé et,85 g MESproduite /g DCO éliminé. La diminution de la charge massique a donc permis de diminuer de 2% le taux de conversion. Références bibliographiques [1] C. Allègre, P. Moulin, M. Maisseu and F. Charbit, Treatment and reuse of reactive dyeing effluents. (26), Journal of membrane Sciences, 269, [2] Ganesh R, Boardman GD, Tincher WC. Fate of azo dyes in sludges. (2),Water Res. 34, [3] Sheng H. Lin and Chi M. Lin, Treatment of textile waste effluents by ozonation and chemical coagulation. (1993), Wat. Res., 27, 12, [4] M. Maisseu, C. Allègre, F. Charbit, P. Moulin, Traitement et valorisation d effluents provenant de la teinture du coton par epuisement avec des colorants réactifs. (26), Récents Progrès en génie des procédés, Paris, 93, C6-1- C6-8. [5] Baha Chamam, Marc Heran, Alain Grasmick and Raja Ben Amar, Comparison of textile dye treatment by biosorption and membrane bioreactor. (27), Environmental Technology, 28, MSAS'28