Trait Poll Hydrique
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CITET 11 - 14 Décembre 2006 Pollution hydrique industrielle: lestechniques de traitement
Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 1
1
Pollution Hydrique
Industrielle: les techniques
de traitement
2
UTILISATIONS DE L’EAU
Applications
Utilisations Applications Activités Industrielles
Production de vapeur Chaudières Toutes
Thermique Echangeurs de chaleur Chauffage - Refroidissement
Toutes
Echange liquide-gaz Lavage de gaz Incinération - Traitements de surfacesRégénération de catalyseur Centrales électriques thermiques
Lavage Minerais - BâtimentVéhiculesMétauxTextile
Mines – BTP - Centre d'entretien routier TransportsMécanique, métallurgieTeinturerie, ennoblissement, laveries
Rinçage MétauxTextilesProduits alimentaires
Mécanique, métallurgieTeinturerie, ennoblissement, laveriesAgro-alimentaire
Solvant MétauxRéactifs/produits organiques etminéraux
Mécanique, métallurgieTeinturerie, ennoblissement, laveriesChimie, Pharmacie
Support PigmentsMinérauxEmulsions huileusesProduits organiques etminéraux
Fabrication colles, encres, peintures, vernis,résineMécanique, traitements de surfacesChimie, pharmacie
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CARACTERISATION DES EFFLUENTS
Le diagnostic de la production
ÉnergieFluidesAdditifs
OutilOutildede
ProductionProduction
Produit finiou
semi-fini
RejetsRejetsliquidesliquides
SousproduitsPertes
MatiMatièèresrespremipremièèresres
6
LES OBJECTIFS
Mise en conformité – Valorisation - Recyclage
Energie, Fluides, Additifs
OutilOutildede
ProductionProduction
Produit finiou
semi-fini
MatiMatièèresrespremipremièèresres
RejetsRejetsliquidesliquides
AménagementsGestion des flux
Mise enconformité
RecyclageRécupérationConcentrationValorisation
Milieurécepteur
Déchetsultimes
Sous produitsPertes
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UTILISATIONS DE L’EAU
Analyse type
8
UTILISATIONS DE L’EAU
Analyse type
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UTILISATIONS DE L’EAU
Analyse type
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UTILISATIONS DE L’EAU
Analyse type
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UTILISATIONS DE L’EAU
Analyse type
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Que le traitement d'épuration des eaux résiduaires soit de nature
physico-chimique ou biologique, il est souvent nécessaire d'effectuer
des opérations préliminaires sur les eaux brutes: il s'agit du pré-traitement.
Celui-ci a pour but:
- soit d'éliminer de l'eau brute, les éléments dont la nature ou lesdimensions constitueraient une gêne pour le traitement
proprement dit,
- soit de modifier les caractéristique physico-chimiques de l’effluentafin de rendre possible ou d'améliorer son traitement, enparticulier si celui-ci fait appel à des techniques biologiques
LeLe pr pr éé--traitementtraitement et les Traitements primaireset les Traitements primaires
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Le dégrillage ou criblage
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Grille de
retenue
Chariot
Le dégrillage à nettoyage automatisé
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On rencontre différents
types d'appareillages:
* dilacération à tambour
* pompes dilacératrices
* dilacérateurs à hé1ice
* broyeurs
La dilacération
16
Le Tamisage - micotamisage
Le tamisage est une filtration sur support mince, destiné à
retenir les matières en suspension de petites dimensions.
Suivant la dimension des orifices de passage du support, on
distingue deux variantes:
- en macrotamisage (une tôle perforée ou treillis métallique
avec passage supérieur à 0,300 mm) est destiné à retenir
certaines matières en suspension, flottantes ou semi-flottantes,
débris végétaux ou animaux, insectes, brindilles, algues,
herbes, etc...
- le microtamisage (sur toile métallique ou plastique à maille
inférieure à 100 µm) est destiné à retenir les particules de
petites dimensions contenues dans l’eau.
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Le dessablage
Le dessablage a pour but de séparer les matières denses
facilement décantables qui pourraient se déposer dans les
canalisations de l’installation et risqueraient d'endommager les
pompes et autres appareils contre l’abrasion. La séparation
repose sur la différence de densité existant entre les solides à
séparer et les matières organiques plus légères qui doivent
rester en suspension pour être traitées chimiquement ou
biologiquement.
Le domaine usuel du dessablage porte sur les particules de
granulométrie supérieure à 200 µm. Une granulométrie
inférieure sera du ressort de la décantation.
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Dégraissage - déshuilage
Ces opérations concernent beaucoup de cas d'eaux résiduaires
issues des divers secteurs industriels: charcuterie, conserves de
viandes, abattoirs, margarineries, huileries, divers vidanges
et les eaux résiduaires urbaines.
On peut distinguer deux cas:
- Cas où les matières huileuses forment une émulsion stable,
entretenue par le brassage de l’eau.- Cas où les matières grasses forment une phase indépendante
non émulsionnée.
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Dégraisseur - déshuileur
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Elimination des matières grasses non émulsionnées
Souvent, ces matières sont moins denses que l’eau et la
séparation en est possible par voie gravitaire.
En général, pour améliorer la séparation et donc le volume du bassin, on fait une injection d'air en fond de bac qui a pour
effet de faire flotter les huiles et graisses en surface. II suffit
ensuite de racler le dessus du bassin et d'é1iminer ainsi les
matières grasses. On effectue un nettoyage de la surface soit par pont racleur ou par pompe suceuse.On peut dans certains cas, combiner le dessablage et le
déshuilage dans un seul appareil muni d’un pont roulant
servant simultanément à racler le fond en aspirant les
sédiments (sables) et à écrémer la surface.
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Égalisation
Objectifs amortir les fluctuationsdans le temps :
• du débit de l'effluent
• et/ou de ses caractéristiques
26
L'égalisation va permettre:• d'amortir les fluctuations (débit,COT,
composé toxique) préjudiciable au bonfonctionnement d'un procédé biologiquebiologique
• de faciliter le contrôle du pH (par
mélange de courants d'acide et debase)
• d'amortir les fluctuations de débit dansun procédé physico-chimique (avec unecapacité nominalenominale d'ajout de réactifschimiques)
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égalisation (suite)• d’assurer le fonctionnement continu du
procédé de traitement lorsque l'effluent estdisponible de façon discontinue
• de régulariser les rejets dans un réseaumunicipal d'égout alimentant une stationd'épuration
28
Utilisation d'un bassind'égalisation qui fonctionne:
• à niveau constant (mais le débit peutvarier - régulateurs de concentration):
ce qui rentre=ce qui sort
• à niveau variable (pour assurer un débitconstant en sortie - régulateurs de débit)
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Le bassin doit être:• suffisamment bien mélangé pour éviter
les dépôts des matières solidesdécantables et permettre le mélange siplusieurs effluents sont introduits
• suffisamment volumineux pour
permettre de délivrer un débit constant
30
• L’agitation et l’aération vont permettreen outre:
- l’oxydation des produits réducteurs
- une réduction de la DBO parstrippage des composés volatiles.
• Le brassage peut être réalisé par:- 1 - admission distribuée de l’eau et
cloisonnement du bassin
- 2 - turbine
- 3 - diffuseurs d’air
- 4 - aération mécanique
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C0 C1
C0
t
C1
t
Egalisation des concentrations
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Exemple de variation de débits:
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Courbe du débit cumulatif(volume cumulé)
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Égalisation de débit• Tracer la courbe des débits cumulatifs
entrants (E)
• Tracer la droite du volume cumulatifsortant (débit constant) (S)
• Identifier les écarts(E-S) maxi V1 et miniV2
• volume nécessaire=V1+V2- v1 pour stocker temporairement lesforts débits
- v2 pour compenser temporairementles faibles débits d'entrée
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Destruction Oxydative / Réductive des contaminants
Réactions d’oxydo-réduction
Réduction (Gain d’électron)
Oxydation (Perte d’électron)
Les traitements physico-chimiques
36
Traitement nécessitantl’oxydation des polluants
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Traitement nécessitant
l’oxydation des polluants (suite)
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Traitement nécessitant laréduction des polluants
• Chrome VI
+−
−
++↓
→++
2H3SO2Cr(OH)
O4H3SOCrO2
2
43
224
• Métaux lourds: Cd, Hg, Pb, Se(VI), etc...
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Exemples de réaction d’oxydo-réduction
Réduction
Oxydation
40
Potentiel d’oxydation
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TRAITEMENTS PHYSICO CHIMIQUES
Destruction des cyanures - NaClO
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TRAITEMENTS PHYSICO CHIMIQUES
Destruction des cyanures - NaClO
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TRAITEMENTS PHYSICO CHIMIQUES
Destruction des cyanures - NaClO
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Chloration des cyanures
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Les traitements de neutralisation des eaux résiduaires
consistent à neutraliser l’acidité ou la basicité des effluents et
constituent selon les cas une fin en soi ou un préalable
indispensable à d'autres traitements.L'objet des traitements de neutralisation ou d'ajustement du pH
est le plus souvent l’un des suivants :
- Obtention d'un effluent dont le pH correspond aux
prescriptions en matière de rejet dans le milieu naturel.
- Obtention d'un effluent admissible dans une installation
d'épuration biologique aérobie ou anaérobie: les micro-
organismes épurateurs requièrent des conditions de milieu proche de la neutralité (6 < pH < 8).
Neutralisation
46
Neutralisation des effluentsacides avec
• carbonate de calcium CaCO3 (pierre àchaux, lait de chaux si en suspension)
• hydroxyde de calcium Ca(OH)2 (chauxhydratée ou éteinte)
• carbonate de sodium, Na2CO3• soude NaOH
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TRAITEMENTS PHYSICO CHIMIQUES
Neutralisation - pH
Dans l'eau pure on a :Dans l'eau pure on a :[H[H++]x [OH]x [OH--] = Produit ionique de H] = Produit ionique de H22O = 10O = 10
--1414 avec [Havec [H++] = [OH] = [OH--] = 10] = 10--77
Le pH ou potentiel d'hydrogLe pH ou potentiel d'hydrogèène est dne est dééfini par :fini par :pHpH == -- loglog1010 [H[H+
+]]ououpHpH == -- loglog1010 (10(10-
-1414 /[OH/[OH--]) = 14 + log]) = 14 + log1010[OH[OH--]]
Inversement :Inversement :[H+] = 10[H+] = 10--pHpH
EtEt[OH[OH--] = 10] = 10--1414 / [H+] soit [OH/ [H+] soit [OH--] = 10] = 10--1414 / 10/ 10--pHpH = 10= 10(pH(pH--14)14)
48
TRAITEMENTS PHYSICO CHIMIQUES
Neutralisation - Réactions
HCl + NaOHHCl + NaOH NaCl + HNaCl + H22OO
HH22SOSO44 + 2 NaOH+ 2 NaOH NaNa22SOSO44 + 2 H+ 2 H22OO
2 HNO2 HNO33 + Ca(OH)+ Ca(OH)22 Ca(NOCa(NO33))22 + 2 H+ 2 H22OO
HH22SOSO44 + Ca(OH)+ Ca(OH)22 CaSOCaSO44 + 2 H+ 2 H22OO
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Neutralisation sur lit de pierre à
chaux
Pompe de
recyclage
recyclage Influent: courant acide
Réservoir
d’alimentation
50
Colonne de laboratoire pourtest de neutralisation:
Pierre àchaux granulé
Effluent
neutraliséEffluent
acide
pompe
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Précipitation des métaux
lourds:• effluents :-des industries de traitement de surface- des lixiviats d'hydrométallurgie-gaz de combustion charbon ou orduresménagères
• précipitation sous forme- d'hydroxyde, carbonate
- sulfure (très peu soluble)(importance du pH ⇒ voir courbes)
On appelle en général métaux lourds leséléments métalliques naturels, métaux ou danscertains cas métalloïdes, les métauxcaractérisés par une masse volumique élevée,supérieure à 5 grammes par cm3
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TRAITEMENTS PHYSICO CHIMIQUES
Précipitation des métaux par ajustement du pH
Les insolubles obtenus sont des hydroxydes mLes insolubles obtenus sont des hydroxydes méétalliques selon latalliques selon lar r ééaction :action :MeMezz++ + z OH+ z OH-- Me(OH)Me(OH)zz
La concentration (en mole/l) des espLa concentration (en mole/l) des espèèces en solution est donnces en solution est donnéée par lee par leproduit de solubilitproduit de solubilitéé Ps.Ps.Ps = [Ps = [MeMezz++]x[OH]x[OH--]]zz
La solubilitLa solubilitéé du mdu méétal est effectivement fonction du pH.tal est effectivement fonction du pH.On a :On a :[[MeMezz++] = Ps / [OH] = Ps / [OH--]]zz avec [OHavec [OH--] = 10] = 10(pH(pH--14)14)
d'od'oùù[[MeMezz++] = Ps / (10] = Ps / (10(pH(pH--14)14)))ZZ
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TRAITEMENTS PHYSICO CHIMIQUES
Solubilité des métaux en fonction du pH
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pH de
précipitation des
métaux (d'après L.
Hartinger cité
dans le " guide
d'analyse
des eaux de rejets
de traitements de
surface ", CETIM,
1990)
58
COAGULATION - FLOCULATION
Présentation
particules colloparticules colloïïdales stabilisdales stabiliséées et maintenues en suspensiones et maintenues en suspension
par des forcespar des forces éélectrostatiqueslectrostatiques
interaction entre les particules = potentielinteraction entre les particules = potentiel ZZéétata
pour dpour déécanter les collocanter les colloïïdesdes
procprocééddéé dit dedit de «« floculationfloculation »»
coagulationcoagulation
floculationfloculation
Type de paramType de paramèètre concerntre concernéé ::
Coagulation - Floculation
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COAGULATION - FLOCULATION
Coagulation
Neutralisation des chargesNeutralisation des charges éélectrostatiqueslectrostatiques
ActionAction
Ajout dAjout d’’unun éélectrolytelectrolyte – – Cation trivalentCation trivalent
MoyenMoyen
Transformation des colloTransformation des colloïïdes endes en «« micromicro--flocsflocs »»
60
Les réactifs chimiques:• sulfate d'aluminium hydraté (alun)
Al2(SO4)3 ⇒ Al(OH)3 précipite
• chlorure ferrique:
FeCl3⇒ Fe(OH)3 précipite
• sulfate ferrique Fe2(SO4)3 ⇒ Fe(OH)3
• co-précipitation avec chaux ou carbonatede calcium pour compenser l'acidification
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COAGULATION - FLOCULATION
Coagulation - Réactions
RRééaction daction d’’hydrolysehydrolyse
MeMezz++ + z H+ z H22OO Me(OH)Me(OH)zz + z H+ z H++
Le cation mLe cation méétallique est hydrolystallique est hydrolyséé
Le pH de lLe pH de l’’effluent est modifieffluent est modifiéé
NeutralisationNeutralisation
LL’’effluent coaguleffluent coaguléé doit être neutralisdoit être neutraliséé
pH = pH dpH = pH d’’insolubilisationinsolubilisation de Mede Me
62
COAGULATION - FLOCULATION
Floculation
AgglomAggloméération des colloration des colloïïdes ddes dééstabilisstabilisééss
enen «« macromacro--flocsflocs »»
ActionAction
MoyenMoyen
Obtention dObtention d’’une phaseune phase ddéécantablecantable et filtrableet filtrable
«« PontagePontage »» par polympar polymèères (floculant)res (floculant)
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Floculants:
• polymères de haut poids moléculaire àstructures linéaires et solubles dansl'eau
• polymères non-ioniques, anioniques(-)ou cationiques(+)
• les flocs vont se rassembler sur le longdu polymère (croissance des flocs)
64
COAGULATION - FLOCULATION
Floculation – Les floculants
polyacrylamide, oxyde de polyéthylènenon-ionique
polyéthylèneimine, polymère d’amine quaternairescationique
polyacrylate, polyméthylacrylateanionique
type chaîne organique
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COAGULATION - FLOCULATION
t=0 t=12 mint=2 min
témoin témoin
68
Tests en laboratoire: jar test = test en bécher
• phénomènes complexes
• dosage déterminé par essai au labo-ajout de réactifs
-agitation-décantation
• effet des quantités de réactifs et du pHsur la turbidité de l'effluent aprèsdécantation.
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Décanteur recirculation contact de boues
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Décantation
• sédimentation ou décantation: procédéd'enlèvement des matières solidesdécantables en suspension dans l'eau(sédimentation boue concentrée
décantation liquide clarifié)
• on met à profit les différences dedensité entre les phases liquide etsolide
• 4 types de décantation
76
DECANTATION
Principe
Méthode simple de séparation liquide-solide par différence dedensité
Vitesse de sédimentation (équation de Stokes)
V = g/18 η (ρs - ρl) . d2 . Fsavec
V (cm.s-1); g (981 cm.s-2); η viscosité dynamique (g.cm-1s-1)
ρs masse volumique du solide (g.cm-3);
ρl masse volumique du liquide (gcm-3)
d diamètre de la particule (cm); Fs constante de la particule
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Courbe Fs vs Re
0,1
1
10
100
1000
10000
0,01 0,1 1 10 100 1000 10000
Re
F s
Stokes NewtonVan Allen
Fs =24/Re Fs =0,4Fs =24/Re+3/Re0,5+0,34
78
Type I: sédimentation departicules isolées
• en milieu dilué, pour des particules nonfloculantes
• les particules décantent
indépendamment les unes des autres• la vitesse de chute des particules est
constante: vitesse terminale de chute
• pas de perturbations thermiques ettrajectoire rectiligne: bassin idéal deHazen,
-
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Type II: sédimentation de
particules floculantes• dans un milieu encore dilué (50
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Type III: sédimentation enzone
• pour des particules floculantes dans unmilieu assez concentré (MES>500 mg/l)
• les flocs ne décantent pas de façonindépendante mais en bloc
• décantation d'ensemble freinée
• caractéristique des suspensions de
boues activées et agents chimiquesfloculés (décanteurs secondaires -courbe de kynch)
84
Décantation en zone• dans un milieu concentré MES>500mg/L
zone clarifiée
décantation de particules
isolées Vs constante
zone de transition
zone d’épaississement
a
-
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-
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Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 44
87
DECANTATION
Vitesses de sédimentation
Quelques valeursQuelques valeurs
25 - 130sable (0,1 – 0,3 mm)
0,5 m/hAl(OH)3
1 m/hBaSO4
particules vitesse (m/h)
88
DECANTATION
Types de décanteurs
-
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89
DECANTATION
Schéma de principe
DDéécanteur canteur
Floculateur Floculateur
EffluentEffluentpr pr éé-- traittraitéé
pHpHddéétoxiqutoxiquéé
BouesBouesConditionnementConditionnement
EffluentEffluentclarificlarifiéé
90
-
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91
FLOTTATION
Principe
ProcProcééddéé de sde sééparation entre une phase liquide et une phaseparation entre une phase liquide et une phasesolide ou deux phases liquides.solide ou deux phases liquides.
Flottation naturelleFlottation naturelle
Diff Diff éérence de densitrence de densitéé entre les phasesentre les phases
SSééparation naturelle de phases liquidesparation naturelle de phases liquides
Flottation forcFlottation forcééee
RRééduction de la masse volumique de la phaseduction de la masse volumique de la phase àà ssééparer parer
Association particulesAssociation particules -- gaz (air)gaz (air)
92
Flottation à air dissous
• L'effluent est mis sous pression (de 3.4à 4.8 atm) en présence d'air qui sesolubilise. Par détente, l'air dissous est
relargué sous forme de petites bulles degaz auxquelles certaines MES peuvents'attacher et être ainsi entraînées dansl'ascension.
-
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Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 47
93
Flottation à air dissous (suite)• Le système peut fonctionner avec ou
sans recyclage. (voir figure)Le recyclage évite de soumettrel'effluent aux conditions depressurisation qui peuvent endommagerla qualité de certains flocs.
• L'effluent clarifié est récupéré en piedde l'unité de flottation.
94
effluent
Air
Vanne de
détente
dispositif d’écumage
(pompe pressurisante)Cuve tampon
sansrecyclage:
-
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Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 48
95
avec recyclage:
Injection
d’air
effluent
Q
R
Vanne de
détente dispositif d’écumage
Cuve
tampon
96
FLOTTATION
Flottation forcée
L'L'ééquation dequation de StokeStoke s'applique aux bulles de gazs'applique aux bulles de gaz
VitesseVitesse ascentionnelleascentionnelle des bulles de gazdes bulles de gaz
V = g/18V = g/18 ηη ((ρρll -- ρρgg) . d) . d22
avecavec
V (cm.sV (cm.s--11); g (981 cm.s); g (981 cm.s--22);); ηη viscositviscositéé dynamique (g.cmdynamique (g.cm--11ss--11))
ρρll masse volumique du liquide (g.cmmasse volumique du liquide (g.cm--33););
ρρgg masse volumique du gaz (gcmmasse volumique du gaz (gcm--33))
d diamd diamèètre de la bulle de gaztre de la bulle de gaz
-
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97
FLOTTATION
Schéma de principe
Flottateur Flottateur
Floculateur Floculateur
EffluentEffluentpr pr éé-- traittraitéé
pHpHddéétoxiqutoxiquéé
ConditionnementConditionnement
EffluentEffluentclarificlarifiéé
air air
PressurisationPressurisation
BouesBoues
98
FILTRATION
Principe
Filtration
-
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99
FILTRATION
Type de filtration
100
FILTRATION
Filtration frontale et volumique
Filtration continueDéshydratation des boues
Filtre rotatif sous videFiltres à bougies
Surprécouche
Filtre double couche
Filtre à bande
Filtre à bande sous vide
Filtre à bande pressante
Filtre-presse
Procédés
Filtration finale ou de protection
Pré-concentration des bouesFiltration finale ou de protection
Déshydratation de matièresminérales valoridables
Déshydratation des bouesbilogiques
Déshydratation des bouesminérales et biologiques
Application
Sur gâteau
Surgarnissage
Sur média
Type defiltration
-
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-
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103
FILTRATION
Filtre à bandes
104
FILTRATION
Filtre à bandes
-
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105
FILTRATION
Filtre à vide
106
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Traitement aérobie - Principe
OO22MO +MO + BiomasseBiomasse COCO22 + H+ H22O +O + BiomasseBiomasse
-
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107
Les procédés biologiques detraitement des eaux usées
Anaérobies
Aérobies
Anoxiques
CH4, CO2, Norganique, NH4+
… boues
CO2, H2O, NO3- (nitrification)
… boues
CO2, H2O, N2 (dénitrification)
… boues
108
Les procédés biologiques detraitement des eaux usées
Procédés à cultures fixées
Procédés à cultures libres
Reproduction en réacteur de l’effet auto-épurateur des sols (lits bactériens, biodisques, lits fluidisés, filtres biologiques …)
Reproduction en réacteur de l’effet auto-épurateur des rivières
(boues activées, lagunages, méthaniseurs …)
-
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109
Procédés biologiquesd’épuration des eaux usées
Boues
en excès
Réacteur
Biologique
Décanteur
secondaire
Eaux
usées
Eaux
épurées
Recyclage de la biomasse
(air, agitation)
Schéma de principe
Décanteur
primaire
B o u e s
110
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Conditions d’application des traitements biologiques
temptempéératurerature
≈≈5 < pH
-
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111
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Sensibilités des traitements biologiques
mméétaux lourds :taux lourds : CuCu,, Cr Cr , Ni,, Ni, ZnZn, Hg, Pb, Hg, Pb
CNCN--, CrO, CrO44==, Cr , Cr 22OO77=
=, F, F--
organoorgano--haloghalogéénnééss
aromatiques cycliques (toluaromatiques cycliques (toluèène, benzne, benzèène)ne)
112
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Boues activées – schéma de principe
Bassin dBassin d’’aaéérationration
DDéécanteur canteur
EffluentEffluentàà traiter traiter
Air Air
RecirculationRecirculation des bouesdes boues
conditionnementconditionnement
boues enboues enexcexcèèss
eau traiteau traitééee
-
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113
Qualité des flocs bactériens
Bulking filamenteux Boues saines Bulking non-filamenteux
1 - Organismes filamenteux prédominants.2 - Floc solide et large.3 - Interférence des filamentsavec la décantation.4 - Surnageant clair.5 - IM élevé.
1 - Organismes filamenteuxet zoogléals en équilibre.2 - Floc solide et large.3 -Pas d'interférence desfilaments avec la décantation4 - Surnageant clair.5 - IM faible.
1 - Pas d'organismes filamenteux2 - Floc fragile et petit.3 - Pas d'interférence desfilaments avec la dé cantation4 - Surnageant turbide.5 - IM faible.
114
Problèmes Causes
Boues noircissantes faible teneur en O2
Mousses blanches Faible teneur en boues
Mousses brunes Age de boues élevé
Bactéries filamenteuses,manque d'O2carence nutriments,toxiques
Boues flottantes noire Age élevé de boues(au niveau du clarificateur)
Gonflement de boues
Problèmes fréquents !!!
-
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115
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Boues activées – Conditions opératoires
production de m.s.production de m.s. ≈≈ 0,8 kg m.s. / kg DBO0,8 kg m.s. / kg DBO55
consommation Oconsommation O22 ≈≈ 0,8 kg O0,8 kg O22 / kg DBO/ kg DBO55
charge appliqucharge appliquéée : 0,2e : 0,2 àà 1,5 kg DBO1,5 kg DBO55 / kg MES . j/ kg MES . j
[MES] = 3[MES] = 3 àà 6 g / l6 g / l
116
RBS - Réacteur Biologique Séquentiel
Phases typiques
-
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117
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Cultures fixées - Biofiltration
118
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Cultures fixées - Lit à ruissellement
-
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TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Cultures fixées - Biofiltration
120
Lit bactérien
-
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121
122
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Biofiltration - Conditions opératoires - Résultats
-
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123
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Comparatif Lit à ruissellement - Boues activéesCharge - Rendement
124
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Comparatif Lit à ruissellement - Boues activées
Avantages - Inconvénients
-
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125
PRINCIPE GENERAL
J P 6 8 . d e s i g n e r - 4 - 3 0 / 0 7 / 1 9 9
8 - C N F M E
Moto-réducteur
Eaudécantée
ou tamisée
Eauépurée
Biofilm
Biodisques
Principe Général
126
Disques biologiques - RBC
-
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127
Aérateurs amarrés - Lagunage aéré
128
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Boues activées – Bioréacteur à membrane
Bassin dBassin d’’aaéérationration
EffluentEffluentàà traiter traiter
Air Air MembraneMembrane
RecirculationRecirculation des bouesdes boues
boues enboues enexcexcèèssconditionnementconditionnement
eau traiteau traitééee
-
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-
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131
BioréacteurModule
membranaire
Eau filtrée
Eau brute
Boue en excès
Recirculation
Bioréacteur avec boucle externeLes 2 procédés unitaires
sont séparés
Turbulence parrecirculation dela liqueur mixte
2 montages possibles- 1er montage -
Aération
Filtration sur support crée un dépôt en surface qui génère une chute de perméabilité
⇒ Économique pour le procédé industriel
Le dépôt est contrôlé par la turbulence au voisinage de la membrane
132
Bioréacteur
Modulemembranaire
Eau filtrée
Eau brute
Boue en excès
Bioréacteur avec module intégréLe procédé membranaire est
à l’intérieur du milieu
réactionnel
Turbulence parcirculation d’air au
voisinage des membranes
- 2ème
montage -
Aération
-
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134
Application: Biostyr.
-
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135
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Traitement anaérobie - Principe
Milieu r Milieu r ééducteurducteurMO +MO + BiomasseBiomasse COCO22 + CH+ CH44 ++ BiomasseBiomasse
applicationapplication àà la digestion des boues de stationla digestion des boues de station
dd’é’épuration urbainespuration urbaines
traitement des effluentstraitement des effluents àà forte concentration en MOforte concentration en MO
136
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Méthanisation
-
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TRAITEMENT BIOLOGIQUE
138
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Méthanisation - Conditions opératoires - Résultats
-
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Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 70
139
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
Comparatif Méthanisation - Traitement anaérobieAvantages - Inconvénients
140
Oxydation Avancée
• élimination totale, transformation encomposés plus biodégradables
• ozone, chlore, l’air, permanganate K
dépendance du pH - présence catalyseur • ozonation: élimination de la couleur et
des composés organiques réfractaires etde l ammoniaque
-
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PROCEDES D’OXYDATION AVANCEE
Présentation – Oxydants et combinaisons
Applications dApplications dééveloppveloppéées pour la destruction des espes pour la destruction des espèècescesr r ééfractaires aux traitements conventionnelsfractaires aux traitements conventionnels
OO33 et Het H22OO22
Oxydants de baseOxydants de base
CombinaisonCombinaison
OO33 + UV+ UV
HH22OO22 + UV+ UV
OO33 + H+ H22OO22 radical OHradical OH••
142
PROCEDES D’OXYDATION AVANCEE
Potentiels d’oxydation
2,87F2Fluor
1,49HOClAcide
hypochloreux
2,42OOxygène atomique
1,23O2Oxygène
1,78H2O2Peroxyde
d’hydrogène
O3
OH•
Symbole
2,08
Potentiel (V)
2,80Radical hydroxyl
Oxydant
Ozone
-
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PROCEDES D’OXYDATION AVANCE
Temps de réaction et Réduction de la DCO
Réduction DCO % = f(t)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 30 60 90 120 150 180 210 240Temps de traitement (min)
D C
O (
m g O 2 / l )
O3 + H2O2
O3
144
PROCEDES D’OXYDATION AVANCEE
Applications
DCODCO duredure
pr pr éé--traitement : amtraitement : améélioration biodlioration biodéégradabilitgradabilitéé
AOXAOX
postpost--traitement : r traitement : r ééduction faibleduction faible ∆∆ / norme/ norme
RRééductionduction dudu rapport DCO/DBOrapport DCO/DBO55
conversion DCO en DBOconversion DCO en DBO55
-
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PROCEDES D’OXYDATION AVANCEE
Avantages et inconvénients
procprocééddééss éécologiquescologiques
niveau dniveau d’’investissementinvestissement
≈≈ 1,21,2 MioFFMioFF pour 2,5 kg Opour 2,5 kg O33 / h/ h
≈≈ 3,53,5 MioFFMioFF pour 30 kg kg Opour 30 kg kg O33 / h/ h
AvantagesAvantages
InconvInconvéénientsnients
cocoûût dt d’’exploitationexploitation
absence de transfert de pollutionabsence de transfert de pollution
pas dpas d’’apport de salinitapport de salinitéé
► niveau de technicité assez élevé
146
Dans ce procédé de traitement d'eaux on oxyde lesimpuretés organiques et minérales contenues ensolution dans l'eau à l'aide de l'oxygène de l'air ; suivantla nature des polluants présents, on travaille à destempératures comprises entre 150 et 300°C à despressions pouvant atteindre 200 bars. Dans ces
conditions opératoires, le carbone des polluantsorganiques est entièrement oxydé en CO2 ; le soufre, lephosphore et le chlore sont respectivement transformésen acide sulfurique,
phosphorique et chlorhydrique, l'azote présent sous formed'amines conduit à de l'ammoniac. Les cationsmétalliques lourds (Cu2+) catalysent l'oxydation.
Procédé CIBA - GEIGY oxydation à chaud deseaux usées
-
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Les eaux usées sont injectées dans le réacteur à l'aide d'une pompehaute pression ; elles sont réchauffées dans un échangeur à contrecourant. Le réacteur est alimenté en air par un compresseur; ledébit d'air est calculé de sorte qu'il y ait 10% d'excès d'oxygène parrapport à la demande chimique en oxygène de l'eau considérée. Leréacteur est une colonne à bulles à plateaux; dès le premier étage,on observe une conversion de 80% ; trois
autres étages sont cependant nécessaires pour oxyder les polluantsplus résistants. On obtient avec un temps de passage d'une heureune diminution de la DCO de 97%.
La chaleur de réaction est suffisante pour compenser les pertes dechaleur et pour réchauffer les eaux usées jusqu'à la température deréaction.
Une installation fonctionne depuis 1980 à Brunsbüttel (RFA) pour letraitement des effluents d'une unité de production de colorants.
Procédé CIBA - GEIGY( suite)
148
-
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Oxydation par voie humide
(OVH)
150
Description du procédéPréparation: préchauffage et pressurisation de l’effluent
Réaction: oxydation des polluants dans le réacteur
Post-traitement: séparation des gaz de l’effluent chaud oxydé
-
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PROCEDES MEMBRANAIRES
Principe
Membranes permMembranes perm--sséélectiveslectivesApplication dApplication d’’une pression transune pression trans--membranairemembranaire
Filtration tangentielleFiltration tangentielle
ProcProcééddééss
MicrofiltrationMicrofiltrationUltrafiltrationUltrafiltrationNanofiltrationNanofiltration
Osmose inverseOsmose inverse
Autres procAutres procééddéés utilisateurs de membraness utilisateurs de membranes
DialyseDialyse -- ÉÉlectrodialyselectrodialyse
154
PROCEDES MEMBRANAIRES
Procédés de séparation / taille des particules
1 mm100,10,010,001
µm1001010,10,01
A100101
OsmoseOsmose
NanofiltrationNanofiltrationUltrafiltrationUltrafiltration
MicrofiltrationMicrofiltration
FiltrationFiltrationsur msur méédiadia
DDéégrillagegrillage
-
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155
PROCEDES MEMBRANAIRES
Mise en œuvre - principe
SolutionSolutionàà
traiter traiter
ConcentrâtConcentrât
PermPermééatat
156
PROCEDES MEMBRANAIRES
Flux perméation MF - UF en fonction du temps
-
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PROCEDES MEMBRANAIRES
Schéma de principe
Cuve deCuve detravailtravail
ConcentrâtConcentrât
PermPermééatat
EffluentEffluent àà traiter traiter
Pompe dePompe degavagegavage
Pompe dePompe derecirculationrecirculation
Cuve deCuve delavagelavage
MembranesMembranes
158
PROCEDES MEMBRANAIRES
Osmose inverse - Principe
SolvantSolvantSolutionSolution
membranemembranesemisemi--permpermééableable
SolvantSolvantSolutionSolution
PressionPressionosmotiqueosmotique
Direction du flux jusquDirection du flux jusqu’à’àll’é’équilibre osmotiquequilibre osmotique
SolvantSolvantSolutionSolution
P > Pression osmotiqueP > Pression osmotique
Direction du fluxDirection du fluxInversInverséé par une pressionpar une pressionextextéérieure > p osmotiquerieure > p osmotique
-
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PROCEDES MEMBRANAIRES
Osmose inverse - Pression osmotique
160
PROCEDES MEMBRANAIRES
Osmose inverse – Conversion - Réjection
ConcentratConcentrat(rejet(rejet
saumure)saumure)
PermPermééatat (produit)(produit)CC
AlimentationAlimentation
CC00
Taux de Conversion (%) = 100 (VTaux de Conversion (%) = 100 (V permpermééatat / V/ V alimentationalimentation))
Taux de RTaux de Réé jection (%) = 100 (C jection (%) = 100 (C00 – – C )/ CC )/ C00
MembraneMembrane
-
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PROCEDES MEMBRANAIRES
MF - UF - Nanofiltration - Osmose inverse
162
PROCEDES MEMBRANAIRES
Les membranes
-
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PROCEDES MEMBRANAIRES
Conditions opératoires
164
Echange d’ions
Principe
-
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167
Echange d’ions
Résines anioniques
168
Echange d’ions
Adoucissement
-
8/18/2019 Trait Poll Hydrique
85/100
CITET 11 - 14 Décembre 2006 Pollution hydrique industrielle: lestechniques de traitement
Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 85
169
Echange d’ions
Décarbonatation
170
Echange d’ions
Déminéralisation partielle
-
8/18/2019 Trait Poll Hydrique
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171
Echange d’ions
Déminéralisation totale - Cation fort - Anion fort
172
Echange d’ions
Purification d’acides
-
8/18/2019 Trait Poll Hydrique
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173
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Les procédés
cathodiques pour la r cathodiques pour la r éécupcupéération des mration des méétauxtaux
anodiques pour la r anodiques pour la r ééggéénnéération des oxydants usration des oxydants usééss
l'l'éélectrodialyse pour la r lectrodialyse pour la r éécupcupéération de produitsration de produits
chimiques dans les effluents ou la dchimiques dans les effluents ou la déésalinisationsalinisation
174
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Principe
++--
AnodeAnodeCathodeCathodeII
ee--ee--
CC++
AA-- AA-- A + eA + e--
CC++ + e+ e-- CC
RRééductionductionOxydationOxydation
-
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175
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Electrolyse - les électrodes
176
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Electrolyse - Dépôt cathodique - Métaux précieux
-
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177
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Electrolyse - Dépôt cathodique - Métaux non ferreux
178
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Electrolyse - Avantages
Comparatif Electrolyse - Echange d’ions
-
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179
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Electrolyse - Couplage avec l’échange d’ions - Principe
180
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Oxydation anodique
-
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Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 91
181
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Electrolyse - Couplage avec l’échange d’ions - Avantages
182
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Electrodialyse
-
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Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 92
183
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Application à l’électrodialyse
184
PROCEDES ELECTROLYTIQUES
Limites de l’électrodialyse
-
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187
PROCEDES THERMIQUES
Champ d’application en traitement d’effluents industrielPROCEDES THERMIQUES
Décomposition thermique – Récupération d’acide
ssééparation et la r paration et la r éécupcupéération du solvant d'une solutionration du solvant d'une solution
et la concentration du solutet la concentration du solutéé ou du polluant.ou du polluant.
la conversion de sels avec r la conversion de sels avec r éécupcupéération de l'aciditration de l'aciditéé liliééee
188
PROCEDES THERMIQUES
Décomposition thermique - Récupération d’acides
-
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PROCEDES THERMIQUES
Evaporation - Energie
éénergie totale pour la vaporisationnergie totale pour la vaporisation
≈≈ 2600 kJ/kg2600 kJ/kg àà 1 bar soit 0,720 kWh/kg1 bar soit 0,720 kWh/kg
Porter une solution de sonPorter une solution de son éétat liquidetat liquide àà l'l'éétat vapeur tat vapeur
base rendement = 90%base rendement = 90%
2900 kJ/kg soit 0,800 kWh/kg ou 800 kWh/t2900 kJ/kg soit 0,800 kWh/kg ou 800 kWh/t
192
PROCEDES THERMIQUES
Evaporation - Schéma de principe
-
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Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 97
193
PROCEDES THERMIQUES
Evaporation - Types d’évaporateur
194
PROCEDES THERMIQUES
Evaporateurs à effets multiples
-
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Lutte contre la pollution industrielle: lesmoyens de traitement 98
195
PROCEDES THERMIQUES
Evaporation avec pompe à chaleur
196
PROCEDES THERMIQUES
Evaporation seule – Conditions
effluents sans contrainte / concentrationeffluents sans contrainte / concentration
pas de contrainte de qualitpas de contrainte de qualitéé dudu concentratconcentrat / recyclage/ recyclage
qualitqualitéé dede condensatcondensat conforme / objectifs de rejetconforme / objectifs de rejet
ou de recyclageou de recyclage
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PROCEDES THERMIQUES
Couplage avec les techniques membranaires - Principe
PROCEDES THERMIQUES
Couplage avec l’échange d’ions - Principe