Beaucoup de gens ne sont pas sûrs de cela, et même les professionnels chevronnés ont souvent une compréhension floue. PAC, PAM, PFS, hypochlorite de sodium, inhibiteurs de tartre, agents défluorants, sources de carbone... les noms sont difficiles à retenir, les fonctions sont confuses et les produits chimiques sont souvent dosés au hasard-ajoutés alors qu'ils ne devraient pas l'être, ou omis lorsque cela est nécessaire. Ce n’est pas que les opérateurs ne soient pas intelligents ; c'est simplement que personne n'a jamais clairement réglé tout cela à leur place.
Le défi des produits chimiques pour le traitement de l’eau réside dans leur grande variété : il en existe de nombreux types, certains servent à des fins multiples et les conventions de dénomination varient. Lorsque plusieurs sont utilisés ensemble, le problème n'est pas seulement de les oublier-il s'agit de les mélanger. Aujourd’hui, décomposons-les systématiquement.
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Coagulants et Floculants : Le duo dynamique du traitement physicochimique
L'un déstabilise, les autres ponts-ne les mélangent pas.
Ces deux types de produits chimiques sont presque toujours utilisés ensemble, mais leurs fonctions sont complètement différentes ; ne les confondez pas.
Les coagulants gèrent la déstabilisation : ils neutralisent la charge superficielle des particules colloïdales dans l'eau, provoquant l'agglutination de fines particules-qui autrement resteraient en suspension-en minuscules "micro-flocs". Les floculants gèrent le pontage : ils lient ces minuscules micro-flocs ensemble en gros et lourds flocs qui peuvent se déposer ou être déshydratés efficacement.
L'une neutralise la charge à la surface des particules afin qu'elles ne se repoussent plus ; l'autre utilise des polymères à longue chaîne-pour relier les particules déstabilisées entre elles. L’ordre d’addition compte également : la déstabilisation doit précéder la transition ; inverser l’ordre ne donne pratiquement aucun résultat.
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Choisir entre trois types de coagulants
Choisissez PAC pour l’élimination de routine de la turbidité ; choisissez des agents à base de fer-pour éliminer le phosphore.
Il existe trois coagulants couramment utilisés.
PAC (chlorure de polyaluminium) : économique, efficace pour éliminer la turbidité et adaptable à une large plage de pH. Adapté aux eaux usées municipales et industrielles, c'est le choix idéal pour les opérations de routine. PFS (Polyferric Sulfate) : offre des capacités d'élimination du phosphore plus fortes que le PAC et produit des flocs denses et à décantation rapide-. C'est le choix préféré pour les eaux usées à haute teneur en phosphore, telles que celles des abattoirs, des usines de papier et des usines chimiques de phosphore. Chlorure ferrique : Très efficace pour la coagulation et l'élimination du phosphore, mais très corrosif. Il nécessite des mesures anti-corrosion pour l'équipement et n'est généralement pas le premier choix, bien qu'il soit utilisé dans des scénarios spécifiques. Pour l’élimination de routine de la turbidité, choisissez PAC ; pour une élimination spécialisée du phosphore, choisissez des coagulants à base de fer-cette règle empirique échoue rarement. Certaines usines ont du mal à réduire leurs niveaux de phosphore tout en continuant à utiliser du CAP ; passer à un produit à base de fer- donne des résultats immédiats. Ce n’est pas que le PAC soit inefficace ; ce n'est tout simplement pas le bon outil pour ce travail spécifique.
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Le floculant de base : PAM
Utilisez Anionic pour aider à la sédimentation ; Utiliser des produits cationiques pour la déshydratation
Le floculant principal est le PAM (polyacrylamide). Il existe trois types basés sur la charge ionique, chacun avec des applications distinctes.
Le PAM anionique est plus efficace pour les eaux usées contenant des niveaux élevés de limon et de matières inorganiques.-idéal pour les eaux de lavage du charbon, les eaux usées de céramique et pour faciliter la sédimentation dans les bassins de décantation primaires. Le PAM cationique porte une charge positive et est spécialisé dans la déshydratation des boues ; l'ajouter avant un filtre-presse améliore la libération de l'eau, réduisant potentiellement la teneur en humidité des boues de 97 % à moins de 80 %. Le PAM non-ionique a une gamme d'applications étroite et est rarement utilisé.
N'oubliez pas : utilisez un anionique pour faciliter la sédimentation et un cationique pour la déshydratation. Cependant, le PAM présente un piège : choisir le mauvais poids moléculaire ou le mauvais degré ionique conduit à des résultats très différents. Même parmi les produits PAM cationiques, les différences de poids moléculaire (par exemple, 8 millions contre . 12 millions) ou de degré ionique (par exemple, 20 contre . 40) peuvent entraîner des variations significatives de la teneur en humidité du gâteau de boues obtenu. Différentes qualités d'eau nécessitent des tests à grande échelle pour une sélection appropriée ; ne vous attendez pas à ce qu’un seul type de PAM fonctionne pour chaque situation.
J'ai vu de nombreuses usines où les performances du PAM fluctuaient après avoir changé de marque, pour découvrir que le degré ionique différait de celui du lot précédent. Ainsi, lorsque vous changez de fournisseur, ne vous concentrez pas uniquement sur le prix -assurez-vous que les paramètres de poids moléculaire et de degré ionique correspondent à vos exigences.
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Sources de carbone : carburant pour les systèmes de dénitrification
Quatre types de sources de carbone : avantages et inconvénients
Lors de la dénitrification, si la source de carbone est insuffisante, les bactéries ont faim et les niveaux d'azote total ne diminuent pas. Il s'agit d'un problème courant. Les usines avec un rapport carbone-à-azote (C/N) adéquat n'ont pas besoin d'en ajouter davantage, mais les usines de traitement des eaux usées industrielles avec de faibles rapports C/N nécessitent presque toujours un supplément.
Chacune des quatre sources de carbone présente ses propres avantages et inconvénients. J'ai déjà rédigé une étude comparative-"Sources de méthanol, d'acétate de sodium, de glucose ou de carbone composite : que devriez-vous choisir pour la dénitrification ?"-mais voici un bref résumé. Le méthanol offre l'équivalence carbone la plus élevée et le coût le plus bas, mais en tant que produit chimique dangereux de classe A, son stockage et son transport nécessitent une approbation de sécurité incendie-une barrière que les petites usines ne peuvent souvent pas se permettre d'éliminer. L'acétate de sodium présente des taux d'utilisation élevés et ne nécessite aucune période d'adaptation lors de la commutation, ce qui en fait un excellent choix pour un contrôle de précision ; cependant, il cristallise et obstrue les canalisations en hiver, provoquant des maux de tête pour les usines des régions du nord. Le glucose est sans danger mais agit lentement- ; il ne doit pas être choisi si le temps de rétention hydraulique dans le réservoir est insuffisant. Les sources de carbone composites, formulées à partir de plusieurs composants, offrent une efficacité d'utilisation élevée au sein de diverses populations microbiennes ; ils excellent dans des conditions de basse-température, sont sûrs et non-cristallisants, et conviennent à un dosage stable à long-terme.
Lors de la sélection d'une source de carbone, tenez compte de trois facteurs : la possession de qualifications chimiques dangereuses, les fluctuations de la température de l'eau en hiver et le volume de traitement. S'il est qualifié, le méthanol est le choix le plus économique ; sans réserve, l'acétate de sodium suffit si la température de l'eau reste supérieure à 15 degrés toute l'année-. Cependant, si les températures hivernales descendent en dessous de 12 degrés, les sources de carbone composites-qui offrent une utilisation élevée à basse température-et ne cristallisent pas-peuvent en fait entraîner des coûts globaux inférieurs à ceux de l'acétate de sodium.
Il y a beaucoup à discuter concernant les sources de carbone, mais comme ce sujet a été traité en détail dans des articles précédents, je ne le répéterai pas ici.
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Spécialistes en traitement avancé
Déployé uniquement pour des paramètres spécifiques dépassant les limites
Les deux premières catégories sont utilisées par presque toutes les stations d’épuration. Cette catégorie est différente :-elle est déployée uniquement pour traiter des paramètres spécifiques qui dépassent les limites de rejet.
Agents d'élimination du fluor : ils sont principalement utilisés pour les eaux usées contenant du fluor- provenant d'industries telles que le photovoltaïque, l'électronique, les semi-conducteurs, l'exploitation minière et la métallurgie, ainsi que les produits chimiques à base de phosphore. La plupart des usines traitant des eaux usées chargées de fluorure-utilisent un processus d'élimination en deux-étapes : une étape initiale de précipitation de sels de calcium réduit les niveaux de fluorure à 20–30 mg/L, suivie d'une étape de polissage utilisant des agents d'élimination du fluorure spécialisés pour ramener les niveaux en dessous de 2 mg/L. L'étape du sel de calcium présente des défis en termes de volume de boues élevé et de contrôle difficile du pH, tandis que l'étape de l'agent spécialisé repose sur la sélection du dosage correct et l'ajustement du pH dans la plage appropriée. Lorsque les deux étapes sont bien intégrées-, le coût global est inférieur à celui de la méthode au sel de calcium pur et le volume des boues peut être réduit de moitié. J'ai analysé cela en détail dans des articles précédents, je vais donc en rester là pour l'instant.
Agents chélateurs de métaux lourds : ils ciblent les métaux lourds tels que le mercure, le plomb, le cuivre, le nickel et le chrome présents dans les eaux usées provenant de la galvanoplastie, de la fabrication de circuits imprimés et des opérations minières. Le mécanisme implique des groupes chélateurs au sein de l’agent formant des précipités stables avec des ions de métaux lourds, capturant efficacement les métaux lourds de l’eau. Par rapport à la méthode traditionnelle de précipitation des hydroxydes, les agents chélateurs de métaux lourds offrent plusieurs avantages : une large plage de pH efficace (ils ne sont pas aussi sensibles au pH-que la précipitation alcaline), une efficacité contre les métaux lourds complexés (alors que la précipitation des hydroxydes est largement inefficace contre le cuivre ou le nickel complexés) et la production de boues stables en plus petites quantités qui ne se dissolvent pas facilement.
Notez toutefois que ces agents ne constituent pas une panacée-à tous ; différents métaux lourds nécessitent différents types d’agents chélateurs. Étant donné que les conditions de chélation pour le cuivre, le nickel et le chrome diffèrent, des tests à grande échelle sont nécessaires pour vérifier le choix. Le dosage doit également être précis : un sous-dosage entraîne des effluents dépassant les limites de rejet, tandis qu'un sur-dosage gaspille de l'argent en produits chimiques.
Les agents décolorants sont largement utilisés dans l’impression textile, la teinture et le traitement des eaux usées de la fabrication du papier ; ce sont généralement des polymères d'ammonium quaternaire qui se décolorent rapidement. Comme ce n’est pas notre objectif premier, nous ne le mentionnerons que brièvement.
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Système-Produits chimiques de support
Ils ne traitent pas directement les polluants mais sont indispensables.
Ces types de produits chimiques ne traitent pas directement les polluants mais sont essentiels au fonctionnement normal du système.
Les inhibiteurs de tartre sont indispensables pour les membranes RO et les systèmes d’eau en circulation. Les ions calcium et magnésium peuvent former du tartre qui obstrue les pores de la membrane ; les inhibiteurs de tartre empêchent ces sels de cristalliser et de précipiter. Les organophosphonates (tels que HEDP et ATMP) sont efficaces contre le tartre de carbonate de calcium, tandis que les polymères (tels que le PAA) fonctionnent bien contre le tartre de silice et de fer. Suivez les recommandations du fabricant de la membrane lors de la sélection d'un inhibiteur ; ne faites pas de choix arbitraires.
Les biocides empêchent la prolifération de bactéries et d'algues sur les surfaces des membranes et à l'intérieur des canalisations. Les biocides oxydants (par exemple, l'hypochlorite de sodium, le dioxyde de chlore) agissent rapidement-et sont peu coûteux, mais s'épuisent rapidement, nécessitant un dosage continu. Les biocides non-oxydants (par exemple, les isothiazolinones, les sels d'ammonium quaternaire) offrent des effets plus longs-durables et sont moins affectés par le pH. L'expérience pratique suggère d'alterner entre les types oxydants et non - ; compter sur un seul type peut conduire à une résistance microbienne, rendant inefficaces même des doses élevées.
Ajusteurs de pH : l'hydroxyde de sodium est l'option la plus propre pour augmenter le pH, tandis que la chaux est bon marché mais produit une quantité importante de boues ; L'acide chlorhydrique ou sulfurique est utilisé pour abaisser le pH et est également utilisé dans le nettoyage des membranes. Ceux-ci peuvent être utilisés tout au long du processus, mais évitez les ajustements aléatoires-avant de modifier le pH, réfléchissez clairement à la raison, au niveau cible et si l'ajustement aura un impact sur les processus en aval.
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Un produit chimique, des utilisations multiples ; une substance, plusieurs noms
Un changement d'étape de processus signifie un changement de fonction
La salle de dosage de produits chimiques abrite plusieurs « multitâches » -le même produit chimique remplit des fonctions entièrement différentes en fonction de l'étape du processus. C'est également là que la confusion surgit le plus souvent sur-site.
La chaux est un exemple classique. Il est utilisé pour l’ajustement du pH, l’élimination du fluorure, l’adoucissement de l’eau et comme aide à l’élimination chimique du phosphore. Il apparaît à la fois dans l'étape de traitement physico-chimique et dans l'étape de traitement avancée, mais les niveaux de dosage diffèrent par ordres de grandeur, on ne peut donc pas simplement copier-coller les paramètres de dosage. Le sulfate ferreux est similaire ; bien qu'il soit principalement un coagulant, il élimine également le phosphore et la couleur. Dans des conditions acides, il réduit le chrome hexavalent en chrome trivalent-une étape cruciale dans le traitement des eaux usées de galvanoplastie chargées de chrome-. L'hypochlorite de sodium est utilisé non seulement pour la stérilisation et la désinfection, mais également pour la décoloration, la destruction du cyanure (dans des conditions alcalines) et le nettoyage des membranes et des canalisations.
Les divergences dans les conventions de dénomination provoquent encore plus de confusion. Différentes personnes utilisent des noms différents pour la même substance : PAC signifie chlorure de polyaluminium, bien que certains l'appellent chlorure d'aluminium basique ; l'alcali liquide, la soude caustique et l'hydroxyde de sodium font tous référence à la même chose ; le carbonate de sodium est du carbonate de sodium ; PAM signifie Polyacrylamide, qui est en outre classé en types anioniques, cationiques et non-ioniques. Les « sources de carbone composites » en sont l'exemple le plus typique ; différents fournisseurs utilisent des noms commerciaux et des formulations différentes, de sorte que le nom à lui seul révèle peu de choses.
Par conséquent, ne mémorisez pas les produits chimiques par leur nom ; mémorisez-les selon la fonction qu’ils remplissent au sein du système. Si le même produit chimique est utilisé dans une étape différente du processus, les paramètres de dosage et de contrôle changeront complètement ; à l’inverse, deux produits portant le même nom ne partagent pas nécessairement la même composition. Lorsqu'il y a un décalage entre les bons de commande et la réalité sur-site, clarifiez exactement ce qu'est la substance et ce à quoi elle est destinée avant de discuter du prix.
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Conclusion avec un tableau récapitulatif
Référence rapide pour huit catégories de produits chimiques
Coagulants : les produits représentatifs comprennent le PAC, le PFS et le chlorure ferrique. Leurs fonctions principales sont de déstabiliser les particules pour former des flocs, ainsi que d'éliminer la turbidité et le phosphore. Les scénarios d'application typiques incluent les réservoirs de sédimentation primaires et l'élimination avancée du phosphore.
Floculants : Les produits représentatifs comprennent le PAM (anionique/cationique). Leurs fonctions principales sont de relier les particules en gros flocs et de faciliter la sédimentation et la déshydratation. Les scénarios d'application typiques incluent les bassins de décantation et les filtres-presses. Sources de carbone : les produits représentatifs comprennent le méthanol, l’acétate de sodium et les sources de carbone composites. Leur fonction principale est de compléter le carbone pour favoriser la dénitrification (élimination de l'azote), généralement utilisée dans les réservoirs anoxiques.
Agents défluorants : Les produits représentatifs comprennent les sels de calcium et les agents défluorants spécialisés. Leur fonction principale est l’élimination en profondeur du fluorure lors des étapes de traitement secondaire, généralement utilisées pour les eaux usées de fabrication photovoltaïque et électronique.
Précipitants de métaux lourds : les produits représentatifs comprennent les précipitants chélatants. Leur fonction principale est de capturer les métaux lourds et de former des précipités stables, généralement utilisés pour la galvanoplastie et les eaux usées de fabrication de circuits imprimés.
Antitartre : les produits représentatifs incluent HEDP et PAA. Leur fonction principale est d'empêcher le tartre sur les membranes et dans les canalisations, généralement utilisés dans les systèmes RO et les systèmes d'eau en circulation.
Biocides : les produits représentatifs comprennent l'hypochlorite de sodium et les isothiazolinones. Leur fonction principale est la stérilisation et l’inhibition des algues, généralement utilisées dans les systèmes à membrane et les systèmes d’eau en circulation.
Ajusteurs de pH : les produits représentatifs comprennent la soude caustique liquide (NaOH), l'acide chlorhydrique et la chaux. Leur fonction principale consiste à ajuster les niveaux de pH, applicables à toutes les étapes du processus.
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Trois principes de sélection chimique
Effectuez d'abord des tests sur banc-à grande échelle · Calculez les coûts totaux · Examinez le processus
Tout d'abord, effectuez des tests sur banc-à grande échelle avant de passer au scale-up. La qualité de l’eau affecte considérablement le fonctionnement des produits chimiques ; La dose de PAC, par exemple, peut varier entre 50 et 300 mg/L-comment pouvez-vous le savoir sans faire de tests ? Ne vous contentez pas d’écouter le « dosage typique » d’un fournisseur ; votre "typique" n'est pas le même que le leur.
Deuxièmement, calculez les coûts totaux, et pas seulement les prix unitaires. Les produits chimiques coûteux peuvent nécessiter des dosages plus faibles et offrir des performances stables, ce qui pourrait entraîner un coût inférieur par tonne d'eau traitée. À l’inverse, les produits chimiques bon marché peuvent nécessiter des dosages élevés ou donner des résultats médiocres-entraînant des retouches et des coûts globaux plus élevés.
Troisièmement, assurez-vous que les produits chimiques correspondent au processus. La flottation à air dissous (DAF) nécessite des flocs légers, tandis que la sédimentation nécessite des flocs lourds, ce qui signifie que la sélection du PAC et du PAM diffère complètement. Les systèmes biochimiques sont sensibles à la toxicité chimique ; n’ajoutez jamais d’oxydants puissants aux réservoirs biochimiques. Pour les systèmes à membrane, consulter la liste de compatibilité du fabricant lors de la sélection des antitartres et des biocides ; l'utilisation de produits chimiques incompatibles peut endommager les membranes.
Ces trois principes semblent simples, mais moins de la moitié de toutes les usines les suivent réellement -la plupart ne pensent à effectuer des tests qu'après l'apparition d'un problème, découvrant souvent trop tard qu'elles ont toujours utilisé les mauvais produits chimiques. Trois principes de sélection des produits chimiques
Effectuez des tests à petite échelle-avant d'augmenter la dose (les doses de PAC peuvent varier de 50 à 300 mg/L ; vous ne connaîtrez pas la bonne quantité sans tester). Calculez les coûts totaux plutôt que les prix unitaires (les produits chimiques coûteux peuvent nécessiter des dosages plus faibles et offrir des performances stables, ce qui entraîne un coût inférieur par tonne d'eau traitée). Assurez-vous que les produits chimiques correspondent au processus (la flottation à air dissous nécessite des flocs légers, la sédimentation nécessite des flocs lourds et les systèmes à membrane nécessitent de vérifier les listes de compatibilité).
Pensées finales
Les produits chimiques peuvent paraître complexes, mais ils deviennent clairs lorsqu'ils sont classés par fonction : l'étape physico-chimique repose sur la coagulation et la floculation ; l'étape biochimique repose sur des sources de carbone ; l'étape de traitement avancée repose sur des produits chimiques spécialisés ; et ceux-ci sont complétés par des inhibiteurs de tartre, des biocides et des ajusteurs de pH. Le véritable défi n'est pas de mémoriser les noms, mais de déterminer exactement quel produit chimique convient à la qualité de votre eau et aux performances de votre processus-peut varier considérablement entre le même type de produit chimique et celui de différents fabricants. Alors, ne lésinez pas : exécutez des tests à petite échelle-, calculez les coûts totaux et évaluez la compatibilité des processus. Suivre avec diligence ces trois étapes peut vous éviter de nombreuses retouches ultérieures.
