Les nanobulles pour le prétraitement des eaux usées industrielles

Les effluents de procédés industriels — issus de l'agroalimentaire et des boissons, de l'industrie laitière, de l'équarrissage, de l'apprêt textile et de la métallurgie — arrivent au prétraitement avec des concentrations en contaminants qui dépassent couramment celles des eaux usées municipales d'un à deux ordres de grandeur, et les pénalités liées aux rejets industriels ou aux rejets directs sont généralement calculées directement à partir de ces concentrations. Ce guide examine où la technologie des nanobulles trouve véritablement sa place dans une filière de traitement industrielle : le stade du clarificateur, la décoloration textile, le stade biologique (MBBR) et l'affinage à l'ozone — ainsi que les cas où l'argument est plus ou moins solide que pour l'application municipale équivalente traitée sur notre page consacrée aux eaux usées municipales.

Au niveau du bassin d'égalisation ou de prétraitement, l'objectif est la réduction des graisses et huiles (FOG), de la DBO et des MES par écumage — le même mécanisme interfacial que celui décrit pour la contamination par les hydrocarbures sur notre page consacrée à la remédiation environnementale. Comme ce mécanisme repose sur la surface interfaciale et le partage thermodynamique plutôt que sur la chimie du gaz, l'air est généralement le bon choix à ce stade : il est gratuit, ne nécessite aucune compression et peut être aspiré par simple aspiration de pompe. Réservez l'oxygène ou l'ozone aux étapes où une réaction chimique spécifique — la demande biologique en oxygène ou l'oxydation des chromophores — constitue réellement l'objectif, comme décrit aux sections 4 et 5.

C'est sur la prévalence des émulsions que les flux industriels diffèrent le plus des flux municipaux. Les eaux grasses d'équarrissage, les eaux de lavage des écrémeuses laitières et les émulsions de fluides de coupe en métallurgie sont spécifiquement conçues, ou naturellement structurées, pour être stables — les fluides de coupe, en particulier, sont formulés pour résister à la séparation de phases pendant leur utilisation, ce qui les rend précisément résistants à la décantation gravitaire une fois devenus eaux usées. La rupture mécanique du film interfacial stabilisant — le même mécanisme de cavitation/cisaillement évoqué comme critère de choix de la méthode de génération sur notre page consacrée aux eaux usées municipales — est l'une des rares approches capables de traiter ces émulsions techniques sans recourir à des désémulsifiants chimiques.

De nombreuses stations de traitement des eaux usées industrielles utilisent des réacteurs à biofilm mobile (MBBR) plutôt que des boues activées classiques, car le biofilm à croissance fixée gère bien les charges variables et élevées typiques des effluents industriels. Le même principe que celui présenté sur notre page consacrée aux eaux usées municipales s'applique directement ici, et compte sans doute davantage : l'efficacité de l'aération classique à fines bulles est dégradée par l'accumulation de tensioactifs à l'interface des bulles — l'effet dit du « facteur alpha » — et la charge en tensioactifs plus élevée des effluents industriels aggrave cette dégradation au lieu de l'atténuer pour les équipements d'aération existants.

L'injection de nanobulles d'air dans le bassin d'aération, en complément des diffuseurs à fines bulles ou des supports MBBR existants, crée la même compétition de piégeage des tensioactifs que celle décrite pour les stations municipales, avec une force motrice plus marquée compte tenu de la concentration en tensioactifs plus élevée typique des affluents industriels. Une étude à l'échelle pilote sur l'aération par nanobulles dans un système MBBR a montré un taux d'oxygène dissous durablement plus élevé et une densité microbienne du biofilm plus importante par rapport à l'aération à grosses bulles, se traduisant par une dégradation plus rapide de l'ammoniac — une preuve directe pour cette configuration de réacteur spécifique, et pas seulement pour les boues activées.