Traitement et recyclage des eaux usées : guide complet des systèmes, technologies et réutilisation

Chaque mètre cube d’eaux usées transporte deux éléments qu’une installation ne peut plus se permettre d’ignorer : des polluants qui doivent être éliminés et de l’eau qui peut être réutilisée. Dans les secteurs municipaux et industriels, le traitement et le recyclage des eaux usées passent d’une réflexion de conformité à une stratégie fondamentale d’approvisionnement en eau. L'EPA des États-Unis définit la réutilisation de l'eau, également appelée recyclage de l'eau ou récupération de l'eau, comme le traitement et la réutilisation de l'eau usée provenant de sources telles que les eaux usées municipales, les eaux pluviales et les flux de processus industriels. Le principe est cohérent : au lieu de rejeter un effluent traité, vous le rénovez et le remettez en service pour l'irrigation, le refroidissement, les procédés industriels, ou encore la recharge des nappes phréatiques.

Comment fonctionnent le traitement et le recyclage des eaux usées

La filière de traitement qui permet le recyclage suit la même logique que l'usine soit municipale ou industrielle. Les différences de gravité et de densité effectuent le premier travail : le flux est ralenti afin que les solides se déposent et que les matériaux plus légers flottent à la surface.

Traitement primaire

Le traitement primaire commence par un criblage pour éliminer les chiffons, les plastiques et les gros débris, suivi par l'élimination des graviers pour le sable et le gravier. Le flux entre ensuite dans un bassin de décantation primaire, où les matières en suspension sont collectées au fond et les matières flottantes sont écumées par le haut. À ce stade, environ 30 à 45 pour cent des matières en suspension sont capturées, tandis que la plupart des polluants dissous restent dans l’eau.

Traitement secondaire

Le traitement secondaire transfère le travail à la biologie. Les micro-organismes des réservoirs aérés consomment de la matière organique dissoute et la convertissent en biomasse et en dioxyde de carbone. Le liquide mélangé s'écoule ensuite dans un clarificateur secondaire, où la biomasse se dépose, une partie est renvoyée pour maintenir le processus et le surplus est destiné au traitement des boues. Cette étape élimine 60 à 75 pour cent des matières en suspension et la majeure partie de la demande biologique en oxygène qui, autrement, épuiserait l'oxygène dans les eaux réceptrices.

Traitement tertiaire et avancé

Le traitement tertiaire est le point de départ réel du recyclage. La filtration, l'élimination des nutriments et la désinfection produisent une eau suffisamment propre pour l'irrigation, le refroidissement industriel et de nombreuses applications de traitement. Un traitement avancé avec des bioréacteurs à membrane, l'osmose inverse ou l'oxydation ultraviolette peut pousser la qualité vers des normes potables, permettant une réutilisation potable directe et indirecte dans les juridictions réglementées.

Quelle quantité d’eau un système de recyclage peut-il récupérer ?

Le taux de récupération dépend de la mesure dans laquelle vous prolongez le traitement. Le traitement primaire à lui seul ne restitue qu'un tiers des flux entrants au service ; l'ajout d'étapes biologiques, tertiaires et membranaires pousse ce chiffre vers 90 % ou plus.

La différence entre 45 pour cent et 92 pour cent n’est pas liée au marketing. C'est le résultat direct des étapes installées, de la qualité influente et de la discipline opérationnelle. Chaque étape supplémentaire du processus ajoute également des coûts d'énergie et de maintenance, c'est pourquoi l'objectif de récupération doit toujours être adapté à l'utilisation finale réelle de l'eau recyclée.

Équipement clé pour un train de recyclage fiable

Les systèmes de recyclage gagnent leur vie grâce à la disponibilité, et la disponibilité dépend du train mécanique. À l'entrée, des tamis et des dessableurs protègent les pompes et les unités en aval des matières solides grossières. Dans la canalisation des boues, les équipements de déshydratation ont un rôle tout aussi important : l'eau emprisonnée dans les boues doit être renvoyée en tête de l'usine pour être retraitée, sous peine d'être perdue dans la boucle de recyclage.

Pour les boues présentant des caractéristiques huileuses, fibreuses ou à haute viscosité, une machine de déshydratation des boues par presse à vis est souvent l'option la plus fiable. Son arbre à rotation lente comprime les boues contre un tamis cylindrique, éliminant le filtrat tout en produisant un gâteau sec à faible consommation d'énergie et à faible bruit. Le filtrat retourne au processus de traitement, fermant ainsi la boucle.

Machine de déshydratation des boues par presse à vis pour les boues à haute viscosité Cette presse à vis convient aux boues huileuses, fibreuses ou à forte viscosité. Son arbre à rotation lente presse les boues contre un tamis, produisant un gâteau sec avec une faible consommation d'énergie et un minimum de bruit. Il gère les aliments à haute et faible concentration. Voir le produit →

Lorsque le débit est important et le fonctionnement continu, un filtre-presse à bande est la bête de somme. Les boues sont réparties entre deux toiles filtrantes et passées à travers une série de rouleaux avec une pression croissante. Le filtrat pressé retourne dans le processus et le gâteau s'écoule en continu sans l'attention de l'opérateur. De nombreuses installations municipales soumises à des charges hydrauliques élevées s'appuient sur cette conception.

Filtre-presse à bande pour boues municipales à haut débit Ce filtre-presse à bande répartit les boues entre deux toiles filtrantes et les fait passer à travers des rouleaux avec une pression croissante, évacuant le gâteau en continu sans intervention manuelle. Sa conception compacte et entièrement automatique convient aux installations municipales présentant des charges hydrauliques élevées. Voir le produit →

Lorsque les coûts d'élimination des boues dominent le budget de fonctionnement, une machine de séchage des boues à bande basse température peut réduire considérablement le poids final. Le gâteau déshydraté entre dans le séchoir et en ressort avec une humidité réduite à moins de 30 pour cent, ce qui le rend moins cher à transporter et adapté à la récupération d'énergie. L'eau évaporée est condensée et renvoyée vers le système de traitement, une autre étape vers un recyclage complet.

Machine de séchage de boues à bande basse température Ce séchoir à bande basse température réduit le gâteau déshydraté à moins de 30 % d'humidité, réduisant ainsi les coûts de transport et permettant la récupération d'énergie. L'eau évaporée est condensée et renvoyée au système de traitement, répondant ainsi aux objectifs de recyclage complet. Voir le produit →

Aucun de ces équipements ne fonctionne de manière isolée. Les usines municipales traitant des flux combinés combinent généralement le criblage, la décantation et la déshydratation mécanique pour atteindre leurs objectifs de rejet et de réutilisation, une séquence revue sur notre traitement des eaux usées municipales page de candidature. Les producteurs industriels, des usines agroalimentaires aux usines pharmaceutiques, peuvent adapter la même logique à leurs profils de charge, avec des configurations adaptées dans notre traitement des eaux usées industrielles pages de candidature.

Une vue isométrique d'un système de recyclage

Le diagramme ci-dessous compresse l’idée complète en un seul dessin. L'influent pénètre par un tamis mécanique, passe dans une chambre à sable, puis traverse les étapes primaire, biologique et secondaire. Les boues se déposent au fond de chaque clarificateur et sont acheminées vers la ligne de déshydratation, où une presse à vis et un séchoir à bande les réduisent en un gâteau transportable. L'eau filtrée continue le polissage membranaire et atteint finalement un réservoir de réutilisation. Les lignes pointillées marquent le retour du filtrat et des condensats vers la tête de l'usine.

Considérations relatives au coût, au retour sur investissement et à l'approvisionnement

L’économie du traitement et du recyclage des eaux usées dépend de quatre variables : le coût de l’eau douce, les frais de rejet, les coûts d’élimination des boues et les prix de l’énergie. Les installations qui paient des tarifs d'eau industrielle élevés et sont soumises à des limites de rejet strictes ont tendance à connaître le retour sur investissement le plus court, souvent de l'ordre de trois à cinq ans pour des systèmes bien conçus.

Les acheteurs doivent spécifier des critères de performance mesurables avant de commander un équipement : concentration de solides du gâteau, taux de capture, consommation d'énergie par mètre cube et intervalle d'entretien recommandé. Un prix d'achat bas est rarement une bonne affaire si l'unité ne peut pas fonctionner en continu dans des conditions réelles de boues. Trois règles de passation des marchés permettent de maintenir les projets sur la bonne voie :

• Testez l’équipement avec les boues ou les eaux usées réelles, pas seulement avec de l’eau propre.
• Comparez le coût total de possession, y compris l'énergie, les produits chimiques, la maintenance et l'élimination, plutôt que le seul coût d'investissement.
• Vérifiez les réglementations locales en matière de rejet et de réutilisation avant de fixer la qualité de l’eau cible.