Traitement des eaux d émaillerie Formation APEV du 4 octobre 2012 S. Humez
Objectif de la formation Informer et aider les émailleurs à la gestion de leurs rejets Pourquoi? Limiter l impact écologique de leurs entreprises Le non respect des normes de rejets peut entraîner des sanctions administratives puis pénales allant jusqu à l arrêt de l exploitation. Les normes de rejets seront de plus en plus sévères et peuvent mettre en péril l exploitation. Connaître les nuisances afin d agir le plus possible en amont de la création des rejets Formulation recyclage 2
SOMMAIRE 1. Cycle de vie des émaux 2. Cadre légal sur les rejets 3. Les valeurs à respecter 4. Les principes du traitement La décantation La coagulation La floculation La précipitation des métaux Le traitement des boues 5. Exemple d installation 3
1. Cycle de vie des émaux Fournisseurs d émaux Emailleurs Réparation Fusion des émaux Préparation des émaux Application des émaux Cuisson des émaux Recyclage Selon composition et nature Création de rejets d émaillage Traitement des rejets Valorisation Mise en décharge 4
2. Cadre légal Les limites d émission des eaux résiduaires varient d une entreprise à l autre en concentration et en flux journalier et sont propres à l arrêté préfectoral qui concerne l entreprise. Base de l AP du 26/09/1985 La DREAL pilote, sous l autorité du préfet de région, les politiques du développement durable Service régional du ministère de l écologie Est née de la fusion en 2009 des anciennes directions régionales DIREN (environnement), DRE (équipement), DRIRE (industrie, recherche et de l environnement) Les rejets sont contrôlés: par l entreprise (devoir de surveillance) pour l entreprise par des laboratoires accrédités (résultats transmis DREAL) par la DREAL elle-même (contrôles inopinés) 5
3. Les paramètres surveillés Température ph Couleur Débit horaire (m 3 /h) Débit journalier (m 3 /j) MES DBO 5 DCO Hydrocarbures Cr, Pb, Zn, Mn, Sn, Al, Fe, Cd, Cu, Se 6
3. Les paramètres surveillés La Température (max. 30 C) L eau de rivière non polluée: 8mg/L de dioxygène, à 25 C Cette concentration diminue avec l augmentation de la température Risque pour les plantes et les animaux 7
3. Les paramètres surveillés Le ph (max. 8,5) L eau contient toujours les ions H 3 O + et OH - Ces ions ont un rôle majeur dans les réactions chimiques qui peuvent augmenter ou diminuer la toxicité des autres éléments. Les organismes vivants sont très sensibles aux variations brutales même limitées du ph. Les émaux ont généralement un ph basique, allant de 8 à 12 Il peut-être nécessaire d acidifier les eaux avant leur rejet dans la nature 8
3. Les paramètres surveillés Les Matières En Suspension (max. 30 ppm) Les MES sont les solides présents dans l eau. On les mesure en filtrant l eau (filtre 0,1 mm) et en pesant la quantité de dépôt arrêtée Mesure quantitative (mg/l), pas qualitative (nature des dépôts inconnue) Outre la pollution causée par leurs constituants, les MES ont des conséquences physiques dans un cours d eau: Tapissage et stérilisation du fond Colmatage du lit Piégeage de polluants toxiques 9
3. Les paramètres surveillés La DCO et la DBO Mesures indirectes de la pollution organique qui peut avoir de nombreuses origines. Cette matière organique peut être détruite: avec des additifs chimiques et en apportant de l oxygène. par les bactéries présentes dans l eau ou dans la rivière On peut mesurer la quantité d oxygène nécessaire pour cette dégradation: avec des produits chimiques standard (DCO) avec des bactéries (DBO) Une même substance dans l eau a une DCO et une DBO différente Apporter de la DCO ou de la DBO est une pollution pour les cours d eau, car l oxygène du cours d eau est consommé pour dégrader la pollution, et il n y a en plus pour les organismes vivants qui meurent. DBO et DCO faibles pour les ateliers d émaillage (ajouts) 10
3. Les paramètres surveillés Hydrocarbures (max. 5 ppm) Huiles, gasoil, essence, et produits du même type En mg d hydrocarbure par litre d eau Les hydrocarbures forment un film sur la surface qui isole l eau de l air: L eau ne peut plus s aérer au contact de l air et c est l asphyxie pour les plantes et les animaux. Présence en émaillerie liée aux équipements et fuites éventuelles. 11
3. Les paramètres surveillés Autres éléments (arrêté du 26/09/2012) Eléments Limites sources impacts Azote (N) Urée, Nitrites Favorise/défavorise le milieu aquatique Phosphore (P) 10 ppm Phosphates, frittes Favorise/défavorise le milieu aquatique Chlore (Cl) Chlorures, polymères Nuisible à certaines espèces, corrosion des canalisations Aluminium (Al) 5 ppm Polymères, frittes, ajouts, colorants, broyeurs Fer (Fe) 5 ppm Equipements, colorants, frittes, polymères Neurotoxique En excès, endommage les cellules Cadmium (Cd) 0,2 ppm Colorants, ajouts Troubles osseux, CMR Chrome 6 (Cr) 0,1 ppm Colorants, équipements Toxique Cuivre (Cu) 2 ppm colorants Toxique Plomb (Pb) 1 ppm Colorants, frittes CMR, saturnisme, anémie Etain (Sn) 2 ppm Colorants, frittes Zinc (Zn) 2 ppm Colorants, frittes, ajouts Toxique Manganèse (Mn) Sélénium (Se) Colorants, frittes 12
4. Principe du traitement des rejets D une manière générale, les rejets sont composés d eau et d impuretés: Origine organique: quelques ajouts (urée, gommes), alcool, huiles, etc. Origine minérale: Frittes, argiles, ajouts, colorants, etc. Ces impuretés sont: Solides Ou dissoutes 13
4. Principe du traitement des rejets Selon les types de polluants, des procédés spécifiques de traitement sont mis en œuvre. Avec les eaux d émaillage, les polluants sont essentiellement des matières minérales, non ou peu solubles, permettant une bonne séparation des deux phases: liquide (l eau) Solide (l émail) Ce processus de séparation se fera: de manière naturelle par simple séparation gravitaire dans des ouvrages de prétraitement rudimentaires par floculation/décantation où des produits de traitements et des installations spécifiques seront nécessaires. Une étape supplémentaire peut-être nécessaire pour insolubiliser les métaux dissous ou se placer dans des conditions de ph requises pour le bon déroulement des traitements physico-chimiques (neutralisation). 14
4. Principe du traitement des rejets La décantation La vitesse verticale d une particule solide est fonction de: son diamètre, sa masse volumique, celle du fluide, la viscosité du fluide et la pesanteur (cf. Loi de Stokes) Matériau Diamètre des particules (mm) Vitesse de décantation (m/h) Gravier 10 3600 Sable grossier 1 360 Sable fin 0,1 30 Argile 0,01 0,5 Bactéries 0,001 0,006 Particules colloïdales 0,0001 0,000006 Particules colloïdales 0,00001 0,0000006 Ceci ne tient pas compte de la tendance à l agglomération de particules, la turbulence, les passages préférentiels, etc. 15
4. Principe du traitement des rejets La décantation Pour qu une particule soit retenue, il faut que sa vitesse verticale soit supérieure à la vitesse ascensionnelle de l eau (cf. Vitesse de Hazen) V H =Q/S en m 3 /h.m 2 L efficacité de la décantation, va donc dépendre du débit d eau à traiter, de la surface du décanteur et du poids de la particule. Intérêt d agglomérer les particules Plus l agglomération est importante, plus la décantation est efficace ou plus le débit d eau peut-être important (rester sous 2 m 3 /h.m 2 ) 16
Contrions Enveloppe neutre 4. Principe du traitement des rejets La décantation Pour lutter contre ces phénomènes, le processus mis en œuvre pour la clarification des eaux comporte deux étapes distinctes : La Coagulation La Floculation Répulsion Répulsion électrostatique, forces de Van der Waals, interaction gravitationnelle ] Équilibre électrostatique qui nuit à la décantation 17
4. Principe du traitement des rejets La coagulation Pour pouvoir augmenter la taille des particules, il faut procéder à la neutralisation des forces répulsives pour que les forces d attraction puissent faire s agglomérer ces particules pour donner naissance à un floc. Les charges portées par les particules sont négatives (anioniques) et doivent donc être neutralisées par des espèces positives (cationiques). Attention au surdosage (retour aux forces de répulsions) Cette opération appelée «coagulation» est réalisée en ajoutant des produits chimiques amenant des charges cationiques : les coagulants. Coagulants minéraux : sels de fer (Fe 3+ ) ou d aluminium (Al 3+ ) Coagulants organiques : polymères cationiques Neutralisation des charges (-) (-) COAGULANT POLYMERE (+) (o) (o) 18
4. Principe du traitement des rejets La coagulation Coagulants minéraux : sels de fer (Fe 3+ ) ou d aluminium (Al 3+ ) Bon marché Boues volumineuses (hydroxydes formés retiennent beaucoup d eau) Corrosifs (sels d acides forts) Coagulants organiques : polymères cationiques type polyamines Les charges positives sont amenées par des ions ammonium quaternaire (R 3 -NH 4+ ) Boues moins volumineuses Plus chers Plus sensibles au surdosage 19
4. Principe du traitement des rejets La floculation Lorsque les particules assez ont été neutralisées, elles ont tendance à se rapprocher en formant de petits floc, trop fragiles. Cette seule étape de coagulation peut ne pas être suffisante pour obtenir une vitesse de décantation acceptable. Afin d augmenter davantage la taille des flocs, on procède à la deuxième étape du traitement : la floculation. Il s agit de former des pontages entre les particules coagulées. Les floculants sont organiques : polymères solubles dans l eau (anionique, cationique ou non ionique) Formation de pontages (o) + (o) FLOCULANT POLYMERE (o) (o) (o) (o) 20
4. Principe du traitement des rejets La précipitation des métaux Ils se trouvent dans l eau sous forme soluble libre ou complexée, ou sous forme insoluble en tant que matière en suspension. Il s agit de créer les conditions de l apparition d une forme insoluble de ces métaux. Pour obtenir la formation des hydroxydes métalliques (forme insoluble), il faut se placer dans des conditions de ph où leur solubilité est minimale. Cette valeur dépend du métal considéré (compromis). Un système d injection acide/base peut-être à considérer 21
4. Principe du traitement des rejets La précipitation des métaux Les eaux d émaillerie se prêtent plutôt bien à la précipitation des métaux. Zones de précipitation des principaux métaux 22
4. Principe du traitement des rejets Traitement des boues Les boues concentrées obtenues après traitement physicochimique dans une émaillerie ne nécessite pas de déshydratation chimique et une excellente siccité (75%) peutêtre obtenue par pressage mécanique. Un certain nombre d équipements est utilisé pour réaliser cette opération : Filtre rotatif Filtre à plateau (filtre presse) Filtre à bandes pressantes Décanteur centrifuge (centrifugeuse) Presse à vis 23
5. Exemple d installation floculant Eaux d émaillerie coagulant eau décantation homogénéisation coagulation floculation Filtre presse 24
Remarques - discussion Les normes de rejets seront de plus en plus strictes Le recyclage doit-être favorisé Les installations doivent être dimensionnées correctement par rapport aux débits à traiter Les produits coagulants et floculants doivent-être soigneusement sélectionnés et correctement dosés afin d obtenir des eaux correctement traitées Quelle est votre propre expérience? 25