De nombreuses industries utilisent de grandes quantités d’eau pour une variété d’usages qui comprend le refroidissement, la suppression de la poussière, le nettoyage, le contrôle de la température (traitement thermique), le transport des déchets (cendres, boues et écailles, etc.) et d’autres usages.

L’eau est une partie essentielle de certains procédés tels que le nettoyage de chaines de fabrication, le lavage de gaz, le lavage de matières premières, les bains de traitement de surface…

L’utilisation de grandes quantités d’eau génère également d’énormes quantités d’eaux usées qui peuvent contenir des solides en suspension et de nombreuses substances dissoutes et produits chimiques. La qualité des eaux usées dépend du procédé dans lequel l’eau est utilisée et de l’usage auquel elle est destinée.

Les principaux effets environnementaux des eaux usées non traitées de ces industries si elles sont rejetées dans les plans d’eau récepteurs sont les suivants : toxicité pour la vie aquatique, réduction de l’oxygène dissous, envasement dû aux solides en suspension, problèmes de goût et d’odeur, augmentation de la température affectant l’oxygène dissous, effet sur la vie aquatique, etc…

Les grands volumes d’eau de procédé qui entrent en contact direct avec les matières premières, les produits et les gaz résiduels doivent être traités en vue de la réutilisation de l’eau, du recyclage de l’eau ou de l’élimination des polluants aux niveaux fixés par les autorités réglementaires avant son rejet.

La qualité des eaux usées peut être contrôlée en adoptant des technologies améliorées développées pour différents procédés de nos jours. Des technologies sont également disponibles aujourd’hui pour traiter les eaux usées en vue de leur recyclage dans le même procédé ou dans d’autres procédés.

Le traitement des eaux usées aboutit également à la récupération de certains déchets solides qui peuvent être recyclés dans le processus, soit en tant que tels, soit avec un traitement ultérieur, contribuant ainsi à la conservation des ressources naturelles.

Afin de conserver l’eau en tant que ressource, il y a un mouvement vers non seulement la prévention de la pollution des eaux usées, mais aussi le traitement des eaux usées et leur recyclage dans un système fermé afin de réduire la consommation d’eau douce.

Exemple du traitement des eaux usées dans une aciérie

Les principaux procédés d’une aciérie intégrée qui nécessitent un traitement des eaux usées comprennent la fabrication du coke, la fabrication du fer, la fabrication de l’acier, le laminage à chaud et à froid et d’autres opérations telles que le décapage, l’étamage électrolytique et d’autres procédés de revêtement.

Les paramètres les plus importants, qui sont généralement réglementés par les autorités réglementaires, sont les matières en suspension, les huiles et graisses, le phénol, le cyanure, l’ammoniac et les métaux lourds comme le plomb, le zinc, le chrome et le nickel. En outre, il existe plusieurs composés organiques pour la fabrication du coke et les opérations de laminage à froid qui sont réglementés. Ce qui suit décrit les procédés normaux de traitement des eaux usées utilisés pour un traitement efficace des eaux usées de l’aciérie.

Contrôle des solides en suspension

L’élimination des solides en suspension des eaux usées est pratiquement nécessaire pour tous les ateliers de production de l’aciérie, depuis la fabrication du coke jusqu’aux usines de finition.

Les particules solides sont mises en suspension dans les flux d’eau de procédé pendant le nettoyage et le refroidissement des gaz de combustion et des gaz d’échappement, la granulation des scories, le décalaminage, le refroidissement des rouleaux et des produits, le rinçage des canaux dans les laminoirs, et pendant le rinçage des produits dans les opérations de finition, etc.

Les méthodes généralement employées pour éliminer les solides en suspension sont la sédimentation,  la séparation centrifuge et la filtration.

La sédimentation, aussi appelée clarification, consiste en une décantation par gravité. Le procédé est généralement réalisé soit dans un clarificateur, soit dans un séparateur à plaques inclinées spécialement conçu pour une application donnée. Les clarificateurs sont généralement de forme circulaire mais peuvent aussi être construits de forme rectangulaire.

L’avantage des séparateurs à plaques inclinées par rapport aux clarificateurs est qu’ils nécessitent beaucoup moins d’espace au sol. Toutefois, il faut faire preuve de prudence dans leur utilisation lorsqu’il y a une forte concentration d’huile et de graisse dans les eaux usées. L’inconvénient des séparateurs à plaques inclinées est qu’il y a un petit volume de stockage pour les boues au fond des séparateurs.

Les clarificateurs et les séparateurs à plaques inclinées sont conçus pour l’élimination continue des boues collectées du fond de l’unité. La boue de sous-écoulement est généralement épaissie par gravité avant d’être déshydratée dans l’un des différents types d’équipements de déshydratation des boues (par exemple, filtre-presse, presse à bande, centrifugeuse ou centrifugeuse, etc.

Ceci est fait pour réduire le volume des boues afin qu’elles puissent être manipulées facilement et économiquement lors de leur élimination. Les agents coagulants (tels que l’alun, le chlorure ferrique, le sulfate ferrique, le sulfate ferreux, le chlorure ferreux, le chlorure ferreux, les polyélectrolytes organiques commerciaux, etc), sont fréquemment ajoutés aux eaux usées avant la clarification pour favoriser la floculation des particules solides. Cela augmente leur taille effective et augmente ainsi leur taux de sédimentation.

La séparation centrifuge est une technologie utilisée pour éliminer les matières en suspension de la colonne d’eau à l’aide de forces centrifuges. La technique de séparation est aussi parfois appelée séparation par cyclone. Le processus dépend fortement de la taille des particules et de la gravité spécifique. Des particules plus grosses et une densité de particules plus élevée améliorent les performances de séparation.

La filtration sur plusieurs milieux ou sur un seul milieu, par pression ou par gravité, sont d’autres méthodes d’élimination des particules fines en suspension, qui sont généralement appliquées aux eaux usées de l’aciérie. Les eaux usées passent à travers un média filtrant contenu dans un conteneur de type bigbag filtrant.

Le système est normalement composé d’un certain nombre d’unités de filtration individuelles travaillant en parallèle. Parfois, la filtration latérale est utilisée pour traiter une partie de l’eau usée qui est ensuite mélangée à la partie non filtrée. Normalement, la conception du système de filtration est telle qu’il a le débit le plus élevé possible à travers le média filtrant, de sorte que la taille et le coût requis sont minimisés.

Dans un système multimédia typique, les eaux usées passent d’abord par une couche relativement grossière (par exemple du charbon anthracite), puis par une couche de fines particules (par exemple du sable). La plupart des particules sont éliminées par la couche de média grossier, tandis que la couche fine effectue le polissage final des eaux usées.

Les filtres multimédias sont généralement utilisés lorsqu’il y a une forte teneur en huile et en graisse dans les eaux usées. Des concentrations élevées d’huile et de graisse peuvent entraîner l’encrassement et/ou le blocage du média dans les filtres mono et multi-média.

Les particules collectées doivent être éliminées périodiquement du média filtrant par lavage à contre-courant. Lors du rétrolavage, le flux entrant d’eaux usées est arrêté et un courant d’eau traitée, et parfois d’air, passe à travers le média filtrant dans la direction opposée pour évacuer les solides collectés.

L’installation en parallèle d’un certain nombre d’unités de filtration permet de faire passer une unité dans le cycle de rétrolavage sans interrompre le traitement continu du flux d’eaux usées. Le reflux est habituellement décanté dans un réservoir de rétention à contre-courant, et les solides sont traités par un épaississeur et un équipement de déshydratation des boues. Les filtres à média unique et les filtres multimédias sont capables de donner un haut degré de clarté aux flux d’eaux usées.

Cependant, les clarificateurs sont généralement utilisés pour le prétraitement des eaux usées qui sont lourdement chargées de solides pour éliminer la majorité des particules avant la filtration. Les filtres peuvent être utilisés seuls sans clarification préalable au cas où les eaux usées contiennent moins de solides.

La quantité de solides en suspension et d’autres particules rejetées dans un cours d’eau récepteur peut habituellement être grandement réduite en faisant re-circuler l’eau vers le procédé. Cependant, le degré de recirculation possible est limité par la quantité de solides en suspension présents dans les eaux usées et l’accumulation dans la concentration de solides dissous dans le système, ce qui peut entraîner des dépôts et des blocages dans la tuyauterie et l’équipement.

Par conséquent, une certaine partie du volume d’eau de circulation doit toujours être libérée sous forme de soufflage pour contrôler la concentration de solides dissous à un niveau acceptable.

Traitement terminal

Une pratique courante dans le traitement des eaux usées de l’aciérie consiste à combiner les eaux usées de différents types d’opérations pour les traiter dans une station d’épuration dite terminale.

Cette pratique s’est révélée particulièrement efficace dans le traitement des eaux usées des différentes opérations de finition. Ces eaux usées peuvent généralement contenir des solides en suspension, des huiles libres et émulsionnées provenant du laminage à froid, des acides provenant des eaux de rinçage de décapage et des métaux lourds provenant des procédés de décapage et de revêtement.

Dans un système typique, les flux acides sont mélangés avec les flux d’huile émulsifiés pour briser les émulsions. Les déchets combinés sont ensuite passés à travers un séparateur d’huile par gravité, neutralisés à la chaux pour éliminer les acides et précipiter les métaux lourds, et traités pour éliminer les solides et les huiles restantes dans un clarificateur ou un filtre.