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Étude de différentes approches visant la réduction des polluants de rejets d'eaux usées d'une industrie agroalimentaire

Taktak, Ghofrane (2016). Étude de différentes approches visant la réduction des polluants de rejets d'eaux usées d'une industrie agroalimentaire. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’activité de production dans une entreprise alimentaire génère des eaux usées qui sont acheminées directement dans les égouts municipaux. Les règlements municipaux obligent les entreprises à respecter les normes en vigueur concernant les paramètres physico-chimiques suivants : pH, température, Demande chimique en oxygène (DCO), Matières en suspensions (MES), Huiles et graisses totales (HGT), et Huiles et graisses minérales (HGM). Dans cette perspective, le projet de recherche vise à étudier l’efficacité de différentes approches visant la réduction des polluants de rejets d’eaux usées en vue de déterminer la meilleure solution dans le contexte spécifique de l’entreprise. L’usine est composée de deux zones de production : Zone 1 et Zone 2. Chaque zone se caractérise par une production spécifique et génère des eaux usées traitées au niveau des trappes à graisses localisées à l’extérieur de l’usine. En effet, les eaux usées de la zone 1 sont acheminées au drain situé avant la « trappe à graisse no 1 » à travers un système d’égout complètement indépendant du système d’égouts de la zone 2. Ce dernier alimente la « trappe à graisse no 2 ». Dans le cadre de ce projet, une étude spécifique de la variation des paramètres pH, DCO, MES, HGT et HGM est effectuée en fonction des différentes approches de réduction de polluants. Ce projet se compose de six phases. Les trois premières phases sont réalisées dans l’entreprise alors que les trois autres phases sont réalisées en laboratoire.

Le pH est devenu plus homogène et enregistre un pH près de 7 suite à l’installation de l’aérateur (phase 3). Par ailleurs, au cours de la phase 4 (flottation à air dissous), on remarque que la flottation n’a presque pas d’effet sur la variation de pH. Finalement, les résultats obtenus dans les phases 5 et 6 démontrent que l’utilisation des membranes UF et NF rend le pH plus acide. En effet, le pH diminue de 6,2 à 5,7 avec la membrane UF et de 6,2 à 3,4 avec la membrane NF pour la zone 1. Pour la zone 2, on observe une diminution de pH de 9,8 à 8,9 avec la membrane UF et de 9,8 à 3,6 avec la membrane NF.

Après la fixation de tamis (phase 2), la concentration de la DCO a atteint la valeur de 916 mg/L dans la zone 1 et de 956 mg/L dans la zone 2. L’ajout d’un aérateur (phase 3) été efficace pour traiter de la DCO et avec attente d’une valeur de 515 mg/L au niveau de la trappe 1 qui est au-dessous de la norme de 800 mg/L. L’approche en utilisant un tamis et une flottation à air dissous permet de réduire la DCO jusqu’à la valeur de 782 mg/L dans la zone 1 et de 2181 mg/L dans la zone 2 avec 100 % d’eau pressurisée. La séparation membranaire permet d’atteindre la valeur de 960 mg/L avec la membrane UF et de 480 mg/L avec la membrane NF dans la zone 1. Pour la zone 2, le niveau de DCO a atteint la valeur de 2158 mg/L avec les membranes UF et la valeur de 624 mg/L avec la combinaison des membranes UF+NF. Donc, la mise en place d’une membrane NF est la méthode la plus efficace et garantit un taux de DCO le plus bas et qui respecte la norme (800 mg/L). Cependant, le problème de pH reste toujours présent et en dessous de la norme acide au niveau des deux zones 1 et 2.

Le taux d’HGT est actuellement de l’ordre de 1480 mg/L dans la zone 1 (10 fois plus que la norme) et de 2888 mg/L dans la zone 2 (20 fois plus que la norme). Malgré que la trappe à graisse, la vidange, le tamis, l’aérateur, la flottation et la séparation membranaire UF contribuent à réduire considérablement le taux d’huile et graisse totale, il reste toujours au-dessus de la norme. Par contre, avec la séparation membranaire NF, le taux d’huiles et graisses a atteint la valeur de 149 mg/L au niveau de la zone 1 et une valeur de 7 mg/L au niveau de la zone 2 et qui respecte la norme (150 mg/L).

Pour les concentrations de MES, l’utilisation la trappe à graisse avec vidange mensuelle permet de réduire les valeurs de MES qui respectent la norme (500 mg/L) pour atteindre 261 mg/L dans la trappe 1 et 322 mg/L au niveau de la trappe 2. Avec la présence de tamis (phase 2), le MES a atteint une valeur de 50 mg/L avec Vidange + Tamis au niveau de la trappe 1, et une valeur de 79 mg/L avec Vidange + Tamis au niveau de la trappe 2. Avec la méthode de flottation à air dissous (Phase 4), le taux de MES pour la zone 1 a atteint la valeur de 252 mg/L et une valeur de 1098 mg/L dans la zone 2, avec un pourcentage de 100 % d’eau pressurisée. Enfin, avec la filtration membranaire (phases 5 et 6), le taux de MES est presque égal zéro dans la zone 1 (élimination complète des matières en suspensions). Cependant, la valeur de MES a atteint 262 mg/L dans la zone 2 mais qui respecte la norme (500 mg/L).

Les différentes phases du projet ont permis d’identifier le potentiel de chaque approche de traitement. La combinaison de méthodes de prétraitement tamis + aération avec la méthode de traitement par filtration membranaire (UF+ NF) permet de répondre aux exigences réglementaires pour les paramètres physico-chimiques étudiés. Afin de garantir avec plus de certitude les résultats obtenus, des études complémentaires sont nécessaires pour tester ces méthodes en fonction des variations de caractéristiques d’eau des zones 1 et 2 dans un horizon plus représentatif (horaire, journalier, hebdomadaire, mensuel, etc.).

Titre traduit

Study of different approches [i.e. approaches] to reduce wastewater pollutant released by food industry

Résumé traduit

The production activity in the food company generates wastewater and processed directly to municipal drains. Montreal municipal regulations require companies to respect actual standards regarding the following physicochemical parameters: pH, Temperature, Chemical Oxygen Demand (COD), Total Suspended Solids (TSS), Oil and Grease, and Mineral Oil and Grease. Despite the continuous efforts of the company to treat wastewater (source reduction, grease trap, etc.), several critical parameters remain out of control and don’t comply with targets fixed by the municipal standards. Thus, the objective of this project is to study and evaluate the efficiency of different existent methods for wastewater treatment in a specific industrial context. Through a methodology based on different steps, different methods are tested. The manufacturing site is divided into two different production zones: “Zone 1” and “Zone 2”. Each zone is characterized by a specific type of production and générâtes wastewater. Wastewater is processed to two major grease traps located outside the plant. Indeed, wastewater of Zone 1 is processed to the drain located before “Grease trap 1” through a completely independent sewerage system from zone 2. On the other hand, wastewater from zone 2 is processed to “Grease trap 2”. In this study, we investigate the improvement of the following parameters: pH, COD, TSS, Oil and Grease and Mineral Oil and Grease.

The pH became homogeneous and registers a value of 7 after installing the aerator (phase 3). Furthermore, during phase 4 (dissolved air flotation); we note that the flotation has no effect on pH. Finally, the results obtained in phase 5 and 6 (use of UF and NF membranes) on pH demonstrate that the use of UF and NF membranes makes it more acid. Indeed, the pH decreases from 6.2 to 3.4 with the use UF membrane for zone 1. Similarly, the pH decreases from 9.8 to 8.9 with the use NF membrane in zone 2.

The concentration of COD is reduced after fixing the Sieve and reach 916 mg/L in zone 1 and up to de 956 mg/L in zone 2 (Phase 2). Adding an aerator (Phase 3) increased the efficiency to reduce the concentration of COD to 515 mg/L at “Grease trap 2”. This result respects the standard value which is equal to 800 mg/L. The analysis using a sieve and dissolved air flotation reduce the COD to reach 782 mg/L in zone 1 and up to 2181 mg/L in zone 2. The membrane separation processes reduce the COD to reach 960 mg/L with the use of UF membrane and 480 mg/L with the use of NF membrane in Zone 1. For Zone 2, COD is reduced to achieve 2158 mg/L with the use of UF membrane and 624 mg/L with the combination of UF and NF membranes. So using a NF membrane is the most effective method for COD treatment in this case, and guarantees the lowest rate and compliance with municipal standards for both zones.

In phase 1, the Oil and Grease is about 1480 mg/L in Zone 1 (10 times more than the standard) and 2888 mg/L in zone 2 (20 times more than the standard). Although the use of grease trap, draining, sieve, aerator, flotation and UF membrane separation contribute to reduce significantly the Oil and Grease rate, it remains above the standard. However, with the use of NF membrane separation, the Oil and Grease is reduced and reach the value of 149 mg/L at zone 1 and up to 7 mg/L at zone 2. For both zones, the results comply with municipal standards.

For the Total Suspended Solids (TSS), the use of grease trap with monthly drain reduces TSS values to reach 261 mg/L at grease trap 1 which respects the standard (500 mg/L). The TSS value reaches 322 mg/L at Grease trap 2. With the presence of Sieve (phase 2), the TSS reaches a value of 50 mg/ L with Draining +Sieve at grease trap 1, and a value of 79 mg/L at grease trap 2. Using the dissolved air flotation method (Phase 4), the MES rates for zone 1 has reached the value of 252 mg/L and a value of 1098 mg/L in zone 2 , with a percentage of 100% water pressure. Finally, with membrane filtration (phases 5 and 6), the TSS rate is almost equal zero in zone 1 (complete removal of suspended solids). However, the value of TSS is only reduced to 262 mg/L in zone 2 but with respect to the standard (500 mg/L). Regarding the VSS, it has a similar behavior to the TSS rate.

During this project, the different phases of analyzes have identified the potential of each method of treatment. Certainly the combination of pretreatment method of sieve + ventilation with the method of treatment with membrane filtration UF + NF can meet the regulatory requirements for physicochemical parameters studied. To ensure with certainty the results, further studies are necessary and possible to test these methods in light of changes in water characteristics of zones 1 and 2 in a more representative horizon (hourly, daily, week, month, etc. ) this will help detect critical periods in the most polluted discharges wastewater.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie concentration génie de l'environnement". Bibliographie : pages 103-106.
Mots-clés libres: Eaux usées Épuration. Polluants de l'eau Aspect sanitaire. Eaux usées Propriétés. Eaux usées Stations de traitement aérobie. Eaux usées Épuration Microtamisage. Eaux usées Épuration Aération. Eau Épuration Flottation à l'air dissous. Eau Épuration Filtration sur membrane. Aliments Industrie et commerce Déchets Élimination. pH, huiles et graisses totales, DCO, MES, vidange, tamisage, séparation membranaire (UF et NF)
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Monette, Frédéric
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 10 févr. 2017 19:46
Dernière modification: 10 févr. 2017 19:46
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1808

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