Traitement des eaux usées du tissage du coton et des textiles

Plusieurs usines d'impression et de teinture de Shenzhen étaient auparavant dans le collimateur du Bureau de protection de l'environnement de Shenzhen. Il s'agissait de projets financés par l'étranger et introduits par le gouvernement local. Lorsque les usines ont été construites, elles étaient équipées d'installations de traitement des eaux usées. Cependant, en raison d'une technologie arriérée, d'installations vieillissantes, d'une mauvaise gestion et de l'expansion de la production, les rejets d'eaux usées ont dépassé les normes, polluant gravement les eaux de la baie de Mipeng. Le bureau municipal de protection de l'environnement de Shenzhen a sélectionné l'une des usines textiles comme recommandation précoce de traitement. Le projet de traitement a duré plus d'un an, de 1996 à la fin de 1997. Depuis le début des opérations en 1998, la qualité des effluents est stable et conforme aux normes. Le Bureau municipal de protection de l'environnement de Shenzhen l'a recommandé comme projet modèle.

L'usine textile est une entreprise à grande échelle, détenue à 100 % par Hong Kong. Elle a été délocalisée de Hong Kong en 1991, avec un investissement total de 200 millions de dollars de Hong Kong. Elle intègre la filature, la teinture et le tissage. Le produit est le denim. Les eaux usées proviennent principalement de l'usine de teinture, et leurs principaux composants sont la poudre d'indigo (comprenant de la chaux, des colorants et de la farine de manioc), ainsi que du NaOH et du sulfate de sodium à faible concentration. Le volume des eaux usées est d'environ 1 000 m3/jour. La qualité des eaux usées dans des conditions normales est indiquée dans le tableau 1.

Tableau 1 Qualité des eaux usées

La capacité de traitement de ce procédé est de 1000 m3/j, et le volume d'eau était de 300 m3/j au début de la production, puis a progressivement augmenté jusqu'à 1000 m3/j. Pourtant, la qualité des effluents s'est progressivement détériorée, et la chroma et le CODCr ont sérieusement dépassé la norme. Les principales raisons sont les suivantes :

1) La qualité de l'eau brute a été sous-estimée lors de la conception. Le CODCr de l'eau brute était initialement conçu pour être de 700-1 300 mg/L, mais il est maintenant de 1000-2000 mg/L.

2) Deux filtres biologiques circulaires de 13 m de diamètre et de 2,5 m de haut sont équipés d'un système central de distribution d'eau. Ces filtres sont remplis de pierres de 10 cm et ont des trous d'aération à leur base pour une oxygénation naturelle. Cependant, en raison de la faible teneur en oxygène du réservoir d'hydrolyse anaérobie et de la concentration élevée des effluents, l'intérieur du biofiltre devient anaérobie. Les boues anaérobies obstruent alors les interstices entre les pierres, ce qui perturbe l'écoulement de l'eau. Par conséquent, l'efficacité du biofiltre aérobie est compromise, le biofiltre secondaire ne dégradant que 30% à 40% de matière organique.

Le personnel d'encadrement doit être plus qualifié et la qualité du personnel d'exploitation pourrait être améliorée.

L'usine textile de Jiede adopte la méthode de production par reformage. Étant donné que le taux de dégradation de la matière organique dans le biofiltre secondaire n'est que de 30% à 40%, et qu'il abrite des moustiques et des mouches, il est décidé d'utiliser le bassin d'hydrolyse anaérobie existant pour supprimer le biofiltre secondaire et le remplacer par un bassin d'oxydation biologique par contact. Cependant, le taux d'élimination de la DCO du bassin d'hydrolyse anaérobie n'est que de 10% à 20%, et une charge importante sera apportée aux structures de traitement ultérieures. Afin de réduire la pollution pendant la transformation biochimique, un ensemble d'équipements de traitement physique et chimique (coagulation chimique et sédimentation) est ajouté devant le réservoir d'hydrolyse anaérobie pour réduire la charge.

En raison de la forte praticabilité de ce projet de transformation, il s'agit en fait d'un processus de transformation qui implique la production, la recherche et la formulation de plans. Lors de la détermination du processus de traitement physique et chimique, un grand nombre de tests de coagulation chimique et de décoloration ont d'abord été effectués. En utilisant la méthode traditionnelle du sulfate ferreux, de l'agent de purification de l'eau, du poly aluminium et du chlorure ferrique, l'objectif principal est d'éliminer la chroma et la DCO. De petits tests ont permis de déterminer que le sulfate ferreux est adapté à l'effet de décoloration et à l'élimination de la DCO dans notre usine. Le dosage est de 800-1000mg/L, et la plage de pH est comprise entre 9,5-11.

Divers paramètres du processus de traitement physique et chimique : le débit de conception Q est de 1000m3/d ; deux pompes de levage, chacune avec un Q′ de 80m3/h ; deux mélangeurs statiques, chacun avec une dimension externe L de 800mm et D de 250mm ; deux réservoirs de réaction mécanique, 1,5m×1,5m×4m, avec un temps de résidence de conception de 20min ; un réservoir de sédimentation à tube incliné, avec une zone de 5m×5m-tuyau galvanisé.

Après traitement physique et chimique, le taux moyen d'élimination de la chroma a atteint 60%, et le taux moyen d'élimination de la DCO a été supérieur à 40%, ce qui a permis d'atteindre l'objectif fixé. Après l'ajout de sulfate de fer, la production de boue a considérablement augmenté. Le réservoir de stockage de boue existant ne peut accueillir que le raclage et la décharge de boue du réservoir de flottation à l'air, ce qui fait que la boue accumulée dans le réservoir de sédimentation à tube incliné ne peut être déchargée à temps. Compte tenu de cette situation, l'usine a acheté un autre filtre-presse à plaques et à cadres.

L'effluent après traitement physique et chimique est stable. Dans les conditions de contrôle du dosage et du pH, la DCO de l'effluent est comprise entre 600 et 900 mg/L. Lors de la transformation biochimique, il s'agit d'une opération dépassant la norme de rejet.

Principales structures et équipements à transformer :

1) Bassin de régulation. Le temps de séjour effectif du bassin de régulation de l'eau brute est conçu pour être de 8 heures, et la taille de l'ensemble du bassin de régulation est de 20m×10m×2,5m, avec six grilles à l'intérieur. Avant d'atteindre le réservoir d'ajustement, l'eau brute s'écoule dans un canal étroit où du sulfate de fer est ajouté pour maintenir un niveau de pH de 7 à 9. Les eaux usées subissent une décantation préliminaire dans le réservoir de régulation. Chaque année, pendant les vacances de la fête du printemps, l'usine textile enlève et transporte les boues accumulées au fond du réservoir.

2) Réservoir d'hydrolyse anaérobie. Il est rectangulaire, avec une taille de 10m×7,5m×5m et un temps de séjour effectif de 10h. Divisé en deux ensembles, chacun est équipé d'un distributeur d'eau à impulsions chargé de la distribution intermittente de l'eau dans le réservoir d'hydrolyse. Ce système sert également à agiter et à rincer le réservoir anaérobie. Dans le réservoir anaérobie, les eaux usées sont séparées en trois couches : les boues, les adhésifs et l'eau claire. Le processus d'agitation garantit que l'eau ne stagne pas et que le flux n'est pas interrompu, tandis que le rinçage permet d'éviter le blocage de la couche de colle. Le réservoir anaérobie est équipé d'une couche adhésive à plaque inclinée et le réservoir d'hydrolyse anaérobie utilise un réservoir perforé pour la distribution de l'eau.

3) le contact avec la piscine d'oxydation. Il est construit sur le site du filtre biologique d'origine, avec des dimensions extérieures de 20m×15m×4,5m, en utilisant trois couloirs, avec une charge semi-molle (épaisseur 3m) suspendue à l'intérieur. Le temps de contact avec la charge est de 20 heures, le fond est équipé d'une tête d'aération microporeuse, le rapport air-eau est de 15:1, et la concentration d'oxygène dissous dans le réservoir est de 3,8 mg/L après les tests.

4) Réservoir de sédimentation. Il s'agit d'un bassin à écoulement vertical, de forme carrée, d'une taille de 6 m × 5 m × 5 m. L'eau est introduite par la partie supérieure centrale de la piscine et sort par le bassin de collecte en zigzag. L'objectif principal du bassin de sédimentation à flux vertical est de décanter et d'interagir avec le biofilm éliminé dans le bassin d'oxydation. L'eau traitée est ensuite acheminée vers le réservoir de coagulation et de flottation à l'air. Toutes les boues décantées sont redirigées vers le réservoir d'hydrolyse anaérobie pour reconstituer les nutriments, tandis que le tuyau d'évacuation des boues conçu à l'origine et menant au réservoir de stockage des boues reste intact.

5) Réservoir de flottation par coagulation. En outre, les particules fines qui ne peuvent pas être éliminées en coulant dans le réservoir de sédimentation sont retirées et un agent de purification de l'eau est ajouté. L'agent de purification de l'eau est un liquide jaune clair fourni par l'usine chimique Shizhong de Nanhai City, dans la province de Guangdong. Il est composé de déchets d'aluminium, de déchets de fer et d'acide sulfurique concentré. Son principal composant est un sel trivalent de fer et d'aluminium, avec un pH de 2,3 à 3. Après le processus de dosage, les eaux usées se déplacent dans la zone de flottation à l'air via la zone de réaction cloisonnée. Les débris flottants sont acheminés vers le réservoir de stockage des boues, où ils sont traités par un filtre-presse à plaques et à cadres, ce qui donne un gâteau de boues compacté prêt pour l'exportation. L'eau traitée est ensuite mesurée et rejetée directement dans la mer.

Une fois que le film dans le bassin d'oxydation de contact est arrivé à maturité, l'équipement de traitement physique et chimique est arrêté. Voir le tableau 2 pour les résultats des contrôles diurnes et nocturnes effectués par le Bureau de protection de l'environnement de Shenzhen à la sortie de la décharge.

Tableau 2 Données de surveillance

Date	Point d'échantillonnage	Projet d'analyse
		pH	DCOcr (mg/L)	SS(mg/L)	Chroma(fois)	Sulfure (mg/L)
9 septembre	total des débouchés	7.14	105	18.3	64	0.03
12 septembre	total des débouchés	6.26	147	12	32	0.02
13 septembre	total des débouchés	6.78	41.3	5.3	32	0.01
19 septembre	total des débouchés	7.52	87.7	9.5	32	0.01
20 septembre	total des débouchés	7.03	93.3	23	32	0.01

Après deux ans de fonctionnement continu, les données de surveillance montrent que le fonctionnement est conforme aux normes, ce qui indique que le projet de traitement est une réussite. Les expériences et conclusions suivantes ont également été tirées :

1) Les filtres biologiques ne sont pas la solution idéale pour traiter en aérobiose des eaux usées d'imprimerie et de teinture très concentrées. Bien que le biofiltre offre des avantages tels que l'économie d'énergie et la simplicité de fonctionnement, son efficacité est compromise, puisqu'il ne dégrade que 15% à 40% de matière organique. En outre, il devient un lieu de reproduction pour les moustiques et les mouches. Lorsqu'il est surchargé, le biofiltre devient anaérobie, ce qui entraîne l'obstruction de ses pores par des boues et entrave la ventilation. Le nettoyage d'un matériau filtrant obstrué s'avère être une tâche difficile.

2) Dans le traitement biochimique, le réservoir d'hydrolyse joue un rôle très important. Son taux d'élimination de la chroma est généralement compris entre 40% et 70%, et le taux d'élimination de la DCO n'est que de 10% à 20%, mais il peut améliorer la biodégradabilité des eaux usées. Avant de définir les spécifications du réservoir d'oxydation par contact, un test de consommation d'oxygène en laboratoire a été réalisé en utilisant le matériau filtrant du biofiltre et l'effluent du réservoir anaérobie. Les résultats ont révélé qu'avec un temps de séjour prolongé, le taux d'élimination de la DCO peut dépasser 90%. Cela suggère que la décharge du réservoir d'hydrolyse anaérobie possède une biodégradabilité élevée, ouvrant la voie à des conditions optimales dans les processus biochimiques suivants.

3) Les eaux usées d'imprimerie et de teinturerie à forte concentration et à forte alcalinité doivent être neutralisées avant le traitement biochimique. Le sulfate ferreux a un impact unique sur ce type d'eaux usées d'impression et de teinture. Le prétraitement adopte la méthode d'ajout de sulfate ferreux, qui peut éliminer une partie de la chroma et réduire la DCO à moins de 900mg/L.

4) Après avoir contacté le réservoir d'oxydation avec la formation d'un film, la chaîne alimentaire composée de micro-organismes sur la charge peut maintenir l'équilibre du biofilm, et toutes les boues précipitées sont renvoyées dans le réservoir d'hydrolyse anaérobie. Le bassin de flottation par coagulation ne produit plus qu'environ 1m3/j de boues, contre 7-8m3/j avant la modification. Il s'agit d'une réduction d'environ 87% du volume des boues, ce qui allège considérablement la charge du système de traitement des boues.

5) Le réservoir d'oxydation par contact est divisé en trois couloirs. Au cours des opérations ultérieures, il a été constaté que si le premier couloir cessait l'aération pour devenir une section anaérobie, le CODCr de l'effluent n'augmenterait que légèrement pour atteindre environ 140 mg/L, et la chroma serait environ 50 fois plus élevée. De cette manière, le temps de séjour aérobie réel est réduit à 14 heures, ce qui permet d'une part d'économiser de l'énergie et d'autre part de créer des conditions très favorables à l'augmentation de la capacité de traitement à l'avenir.

L'investissement dans le traitement des eaux usées pour la construction de soutien est de 900 000 yuans, l'investissement dans le projet de rénovation est de 1,2 million de yuans, et l'investissement total du projet est de 2,1 millions de yuans. Pour un volume d'eau de 1000 m3/j, le coût d'investissement du projet est de 2 100 yuans/m3. Voir le tableau 3 pour les coûts de fonctionnement.

Tableau 3 Coûts d'exploitation

Numéro de série	Élément de coût	Volume d'eau traitée (m3)	Coût total (yuan)	Remarque
1	salaire	348956	66000	Ce tableau ne tient pas compte de l'amortissement. L'usine produit ses propres oléfines pour générer de l'électricité. Il y a 5 opérateurs au total, travaillant en trois équipes, avec 1 personne dans chaque équipe, 1 personne dans le laboratoire et 1 personne en tant que moniteur.
2	avantages sociaux		3000
3	Sécurité sociale		600
4	autres frais		3000
5	frais de service		283000
	Dont : redevance d'électricité		135000
	frais de pharmacie		98000
	frais de maintenance		12000
	expédition de gâteaux de boue		28000
	ajustement du dragage du bassin		10000
	total		355600