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Quand les eaux usées s'évaporent...

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Quand les eaux usées s'évaporent...

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Le traitement des eaux usées industrielles est soumis à des normes de plus en plus strictes. Alcimed revient sur le potentiel d'une technologie alternative : l'évapoconcentration.

Le traitement des effluents aqueux pour les industriels est soumis à des réglementations de plus en plus strictes, notamment à travers la mise en application de la Directive Cadre sur l'Eau. En parallèle, les industriels, qui sous-traitent leur gestion des eaux usées visent le « rejet zéro », concept qui consiste à recycler toutes les eaux usées industrielles et donc de limiter les apports d'eau en amont et les rejets d'eaux usées en aval. Aujourd'hui, l'amélioration des technologies, de leurs coûts, et le durcissement des contextes réglementaires ouvrent des opportunités à une technologie comme l'évapoconcentration. Cette technologie est développée depuis une cinquantaine d'année par les industriels de la chimie ou de l'agroalimentaire, dans les procédés de fabrication de poudres par exemple. De manière générale, elle concerne des eaux peu concentrées en matières en suspension (<20 mg/l, estimation Alcimed), et peut donc être applicable pour concentrer certains types d'eaux usées. Elle vient se positionner, selon les effluents à traiter, comme traitement concurrent direct des technologies classiques comme l'ultrafiltration ou l'osmose inverse. Ces dernières sont également utilisées de manière complémentaire, dans le cas de prétraitements, par exemple, afin de traiter des effluents de plus en plus complexes et de réaliser des économies d'eau.

Le principe d'une unité d'évapoconcentration (évaporateur) est de porter l'effluent ou les eaux usées à ébullition pour séparer l'eau du concentrât (liquide ou solide à valoriser) et du condensat (partie liquide évaporée puis recondensée). L'utilisation d'un évaporateur permet l'obtention d'un volume très limité de déchets : le ratio concentrât/condensat peut être jusqu'à vingt fois inférieur aux ratios de filtrations classiques membranaires. De plus, le concentrât (eau propre) peut être valorisé en étant utilisé dans d'autres procédés industriels comme en eau de lavage ou en eau de refroidissement. Certains industriels peuvent également chercher à valoriser le concentrât comme matière première.

Des applications en devenir

Les distributeurs de technologies ou des sociétés de conseil dans le traitement des eaux, type Hytec Industries, Serep ou encore Afig Foessel, en relation avec des fabricants, proposent déjà des unités d'évapoconcentration standards pour les eaux usées. Ces unités ciblent des gammes de débits assez faibles (entre 1 et 10 m3/h). Les fabricants, comme GEA Kestner, sont, quant à eux, capables de réaliser des unités sur-mesure pour des débits allant jusqu'à 1 000 m3/h. Le dimensionnement de telles unités reste encore peu répandu pour le traitement des eaux mais représente un axe de développement intéressant. La technologie convainc des secteurs industriels depuis quelques années. Par exemple, la Monnaie de Paris, au lieu de traitements physico-chimiques, utilise dorénavant un évaporateur de 400 l/h pour traiter ses effluents riches en métaux*.

« Sans être universels, les évaporateurs présentent l'avantage de pouvoir être utilisées pour des eaux usées de compositions variées. Ils sont moins sensibles aux phénomènes d'encrassement que les procédés membranaires classiques. En revanche, les eaux trop concentrées (teneur en eau < 90 %) ou comprenant des composés volatiles, sont plus difficiles à évaporer sans « embarquer » d'éventuels polluants » précise Cécile Darcet, consultante chez Alcimed. Pendant longtemps, cette technologie n'a pas été appliquée à la dépollution des eaux, à cause de son coût d'installation jugé trop important par rapport aux techniques de dépollution classiques : les investissements peuvent s'échelonner de 100 k€ pour les petites installations jusqu'à 1 M€ pour les plus grosses. Une autre limite de l'évapoconcentration est qu'elle est coûteuse énergétiquement en raison du changement de phase liquide-vapeur. D'après l'Ademe, les consommations énergétiques théoriques d'un évapoconcentrateur sont de l'ordre de 800 à 1 000 kWh par tonne d'eau vaporisée, par rapport à des consommations énergétiques de 10 à 200 kWh par tonne d'eau traitée par osmose inverse.

Ces consommations ont été néanmoins fortement améliorées ces dernières années, notamment par le développement de différents systèmes de récupération de chaleur couplés à l'évaporateur. « Ce sont bien la nature et le volume de l'effluent à traiter, ainsi que le contexte énergétique d'un site industriel qui permettent d'orienter la stratégie de traitement des eaux usées par évapoconcentration. Le secteur du traitement des eaux usées, étant peu propice à l'innovation technologique, il est intéressant de souligner l'émergence d'une nouvelle solution de traitement qui s'impose et réservée aujourd'hui dans des cas bien spécifiques » conclut Jean-Philippe Tridant Bel, responsable de l'activité Énergie d'Alcimed.

* Source : « L'eau, l'industrie, les nuisances », n° 325, « Effluents contenant des métaux ; assembler des procédés pour répondre à chaque situation »

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