Cours sur le Traitement et la Valorisation des Rejets Industriels PDF

Université Sultan Moulay Slimane Ecole Nationale des Sciences Appliquées Béni Mellal Filière : Cycle Ingénieur « Transformation Digitale Industrielle » Intitulé du module: TRAITEMENT ET VALORISATION DES REJETS INDUSTRIELS...

Université Sultan Moulay Slimane Ecole Nationale des Sciences Appliquées Béni Mellal Filière : Cycle Ingénieur « Transformation Digitale Industrielle » Intitulé du module: TRAITEMENT ET VALORISATION DES REJETS INDUSTRIELS Prof. : AASSEM Younes Année universitaire : 2024-2025  En guise d’introduction ❑ Le traitement et la valorisation des rejets industriels sont des enjeux cruciaux pour la durabilité environnementale et la responsabilité sociale des entreprises. ❑ Alors que l’industrialisation a permis des avancées économiques significatives, elle a également généré une quantité considérable de déchets et de polluants. ❑ Dans ce contexte, il est essentiel de mettre en place des stratégies efficaces pour gérer ces rejets. ❑ Le traitement des rejets industriels vise à réduire leur impact sur l'environnement, la santé publique, et aussi sur l’economie. ❑ Cela peut impliquer diverses techniques, telles que le traitement chimique, biologique ou physique des déchets ( traitement actif et passif). En guise d’introduction ❑ Parallèlement, la valorisation des rejets consiste à transformer ces déchets en ressources, que ce soit par le recyclage, la réutilisation ou la valorisation énergétique. ❑ Ces démarches ne se limitent pas à des impératifs réglementaires, mais s'inscrivent également dans une logique économique et sociale. ❑ En valorisant les rejets industriels, les entreprises peuvent réduire leurs coûts, minimiser leur empreinte écologique et renforcer leur image auprès des consommateurs. ❑ Dans cette optique, les innovations technologiques et les collaborations intersectorielles jouent un rôle clé. ❑ De plus, la sensibilisation et la formation des acteurs concernés sont essentielles pour favoriser une culture de l'économie circulaire. ❑ Ainsi, le traitement et la valorisation des rejets industriels ne sont pas seulement des solutions techniques, mais constituent également des leviers pour un développement durable et responsable En guise d’introduction Terminologie: ❑ Un déchet est toute substance destinée à l'élimination suite à son altération physique ou chimique. « On entend par “déchets” des substances ou objets qu'on élimine, qu'on a l'intention d'éliminer ou qu'on est tenu d'éliminer en vertu des dispositions du droit national », Convention de Bâle (1989) sur le contrôle des mouvements transfrontaliers de déchets. « tous résidus résultant d'un processus d'extraction, exploitation, transformation, production, consommation, utilisation, contrôle ou filtration, et d'une manière générale, tout objet et matière abandonnés ou que le détenteur doit éliminer pour ne pas porter atteinte à la santé, à la salubrité publique et à l'environnement ». L'article 3 de la loi n°28-00 (Dahir n°1-06-153 du 22.11.2006)  POURQUOI VALORISER ? ❑ L’intérêt pricipale du traitement et la valorisation des déchets et des sous produits industriels est lié à la fois à: La crise de l’énergie, la diminution des ressources mondiales en matières premières et enfin la législation qui devient très sévère concernant la protection de la nature et l’environnement. ❑ Les arguments peuvent être résumés en : ✓ - Augmentation de la production. ✓ - Le coût de stockage où de traitement est de plus en plus élevé. ✓ - Une législation de plus en plus sévère. ✓ - Une meilleure gestion de la recherche. Terminologie: ❑ Les déchets peuvent être classés selon leur état physique: ✓ Déchets solides, ✓ Liquides (huiles, hydrocarbures, eaux polluées, boues, solvants, etc.), ✓ Gazeux (vapeurs nitreuses par exemple), ✓ Radioactifs. ❑ Les trois grandes catégories retenues à ce propos sont ( Selon La Commission Européenne): ✓ les déchets agricoles, ✓ les déchets ménagers et assimilés (DM), ✓ et les déchets industriels (DI). N.B: ils peuvent être groupés en catégories selon le danger qu’ils représentent vis-à-vis de la santé humaine et de l'environnement en général.  Terminologie: ❑ Les DI sont classés aussi en trois grands groupes: ✓ DI spéciaux ou dangereux, ✓ DI banals ✓ et les DI inertes. ❑ La nomenclature des DI peut se référer aussi à l'activité d'origine, tels les déchets alimentaires, biologiques, chimiques, biologiques générés par les laboratoires, hospitaliers, vétérinaires, militaires, électroniques, informatiques électriques… ❑ La gestion des déchets (GD) vise la réduction de leur effet sur la santé humaine et l'environnement en utilisant les ressources disponibles, selon une approche spatio-temporelle donnée. “toute opération de pré-collecte, de collecte, de stockage, de tri, de transport, de mise en décharge, de traitement, de valorisation, de recyclage et d'élimination des déchets y compris le contrôle de ces opérations ainsi que la surveillance des sites de décharges pendant la période de leur exploitation ou après leur fermeture” (Art. 3, loi n°28-00).  Terminologie: Tableau 1. Catégories de déchets retenues par la Loi n°28-00 relative à la gestion des déchets et à leur élimination (2006). Catégorie Définition au sens de la loi n°28-00 Déchets ménagers tout déchet issu des activités des ménages Déchets assimilés aux tout déchet provenant des activités économiques, commerciales ou déchets ménagers artisanales et qui par leur nature, leur composition et leurs caractéristiques, sont similaires aux déchets ménagers Déchets industriels tout déchet résultant d’une activité industrielle, agroindustrielle, artisanale ou d’une activité similaire Déchets médicaux et tout déchet issu des activités de diagnostic, de suivi et de traitement préventif, pharmaceutiques palliatif ou curatif dans les domaines de la médecine humaine ou vétérinaire et tous les déchets résultant des activités des hôpitaux publics, des cliniques, des établissements de la recherche scientifique, des laboratoires d’analyses opérant dans ces domaines et de tous établissements similaires Déchets dangereux toutes formes de déchets qui, par leur nature dangereuse, toxique, réactive, explosive, inflammable, biologique ou bactérienne, constituent un danger pour l'équilibre écologique tel que fixé par les normes internationales dans ce domaine ou contenu dans des annexes complémentaires  Terminologie: Tableau 1. Catégories de déchets retenues par la Loi n°28-00 relative à la gestion des déchets et à leur élimination (2006). Catégorie Définition au sens de la loi n°28-00 Déchets inertes tout déchet qui ne produit pas de réaction physique ou chimique tels les déchets provenant de l’exploitation des carrières, des mines, des travaux de démolition, de construction ou de rénovation et qui ne sont pas constitués ou contaminés par des substances dangereuses ou par d’autres éléments générateurs de nuisances Déchets agricoles tout déchet organique généré directement par des activités agricoles ou par des activités d’élevage ou de jardinage Déchets ultimes tout résidu résultant de déchets traités ou ceux qui ne sont pas traités selon les conditions techniques et économiques actuelles Déchets tout déchet pouvant subir une décomposition biologique naturelle, anaérobique biodégradables ou aérobique, comme les déchets alimentaires, les déchets de jardins, de papiers et de cartons ainsi que les cadavres d’animaux Terminologie: ❑ Environnement : l’ensemble des éléments naturels et des établissements humains ainsi que les facteurs économiques, sociaux et culturels favorisant l’existence et le développement des organismes vivants et des activités humaines. ❑ Protection de l’environnement : la préservation et l’amélioration des constituants de l’environnement, la prévention de leur dégradation, de leur pollution ou la réduction de cette pollution. ❑ Equilibre écologique : les rapports d’interdépendance entre les éléments constituant l’environnement permettant l’existence, l’évolution et le développement de l’homme et des autres êtres vivants. Terminologie: ❑ Aires spécialement protégées : espaces terrestres ou maritimes ayant une valeur naturelle ou culturelle particulière à l’intérieur desquels des mesures impératives de protection et de gestion de l’environnement doivent être prises. ❑ Biodiversité : toutes espèces vivantes animales et végétales vivant dans les différents écosystèmes terrestres, marins et aquatiques. ❑ Norme : valeur limite obligatoire à ne pas dépasser. ❑ Coproduit: est une matière, intentionnelle et inévitable, créée au cours du même processus de fabrication et en même temps que le produit principal. Gestion des déchets industriels Déchets industriels: ❑ Le secteur industriel du Maroc génère environ 1.5 million tonnes par an de DI, dont 17.1% de DD. ❑ Il est constitué principalement d‟industries agro-alimentaire, chimique, parachimique, métallurgique, métallique, énergétique, de textile et du cuir Déchets industriels: ❑ La grande quantité des DI émanent de l‟industrie agro-alimentaire. Il en est de même pour les déchets alimentaires de type ménagers et assimilés, avec plus de 50% fin de respecter la réglementation et faciliter la gestion de ses déchets, il est essentiel que vous mettiez en place une logistique qui prend en compte les points suivants : ✓ Séparation : les entreprises ont l’obligation de « séparer les déchets industriels non-dangereux, des déchets industriels dangereux », ces derniers devant être traités spécifiquement (loi du 13 juillet 1992). ✓ Classification et identification : la codification des déchets permet d’identifier chacun d’entre eux selon le secteur de production. ✓ Tri et étiquetage : il s’agit de séparer les matières recyclables, des matières non-recyclables qui seront ensuite valorisées ou éliminées. Les déchets dangereux doivent être triés par typologies pour éviter tout mélange et faire impérativement l’objet d’un étiquetage spécifique. ✓ Emballage : les directives en matière d’emballage, de classification et d’étiquetage des déchets dangereux sont fixées par des règlements ✓ Inventaire : il s’agit de dresser un inventaire des volumes de déchets selon leur dangerosité et leur recyclabilité. ✓ Stockage : le stockage des déchets dangereux doit se faire dans des zones délimitées et signalées. Les contenants doivent être adaptés. ✓ Valorisation et élimination : les déchets, dangereux et non-dangereux sont valorisés par l’entreprise si celle-ci dispose d’une autorisation ou par un opérateur extérieur agréé. ✓ Signalement et traçabilité : le suivi des déchets est obligatoirement consigné dans le registre chronologique interne. Il se fait par voie dématérialisée pour les déchets dangereux via des applications (Trackdéchets..).  STRATEGIES DE TRAITEMENT DES DECHETS ❑ La stratégie d’une bonne gestion des déchets s’appuie sur deux grands principes : ✓ Il faut prendre en compte simultanément les notions de matière, d’énergie, d’environnement et d’économie. ✓ Des lorsque ces stratégies ont pour objectif le retour des déchets dans le milieu naturel, il y a lieu de s’inspirer des lois qui régissent le fonctionnement de ce milieu. ❑ La gestion des déchets passe par cinq stratégies possibles qui sont représentés à la figure suivante:  STRATEGIES DE TRAITEMENT DES DECHETS ❑ Leur mise en ouvre concrète passe par un certain nombre de filières techniques, elles articulent autour des objectifs généraux suivants : ✓ Valorisation énergétique. ✓ Valorisation en matière première organique et minérale. ✓ Valorisation en science des matériaux. ✓ Valorisation en agriculture. ✓ Valorisation en technique de l’environnement. ✓ Technique dite d’élimination.  STRATEGIES DE TRAITEMENT DES DECHETS ❑ Les stratégies modernes de gestion des déchets sont axées sur la durabilité. ❑ D’autres alternatives pour la gestion des déchets sont la réduction, la réutilisation et le recyclage des déchets. Quelles sont les stratégies de gestion des déchets ? ✓ La prévention. ✓ La réutilisation. ✓ Le recyclage. ✓ La valorisation (énergétique, par exemple) ✓ L'élimination. STRATEGIES DE TRAITEMENT DES DECHETS  METHODOLOGIE D’ETUDE Lorsqu’on souhaite inventorier toutes les possibilités de traitement qui peuvent être utilisées pour un déchet donné, on peut adopté la démarche (méthodologie d’étude) suivante :  ❑ Le traitement des déchets vise en particulier la réduction de leur potentiel polluant sous des conditions contrôlées à l'aide de procédés biologiques, physiques ou chimiques en vue de diminuer leur dangerosité, et éventuellement les valoriser. ❑ Le choix du procédé de traitement des effluents industriels doit être guidé par: ✓ des considérations techniques (type du réseau d'égouttage, caractérisation des effluents rejetés et du milieu récepteur, technologies appropriées), ✓ économiques (coûts d'investissement et de fonctionnement acceptable) ✓ et réglementaires (niveau de rejet compatible avec l'état du milieu récepteur).  Effluents industriels 1- Prétraitement ❑ Les Le prétraitement dégrilleurs disponibles est prévudiffèrent selon laselon charge des effluents l'espacement en particules des barreaux grossières, (grossier-4/10 cm,dures moyen-1/4 et/ou flottantes cm et fin-0.6/1 ; cm), la courbure et la surface de la grille. ❑ Les Troisparticules techniquesplus sont fines conçues (matières pourencette suspension, fin, pourMES) éliminer peuvent respectivement être éliminées les particules en procédant grossières, par un les sables en tamisage et graviers, utilisant des et les tamis, huiles rotatifs et graisses ou tangentiels, : à mailles inférieures à 0.15-6 mm de diamètre. ✓ Dégrillage, ✓ Dessablage et ✓ Dégraissage-déshuilage. ❑ Les déssableurs permettent de retenir les particules à diamètre supérieur à 0.2 mm, par gravité ou par force centrifuge. ❑ Les huiles et graisses sont récupérées à partir d'un bassin de déshuilage-dégraissage (Figure 5), nécessaire pour les effluents d'industries agroalimentaires. ❑ Un flottateur (bassin à bullage) peut être prévu pour faciliter la remontée de ces composés à la surface. ❑ Les caractéristiques de ces bassins sont variables en termes de surface, profondeur et débit d'insufflation de l'air en cas de bullage. ❑ A petite échelle, un intercepteur de graisses à cloisons multiples peut être utilisé à ce propos (Figure 6).  2 - Traitement secondaire ❑ Le traitement secondaire se rapporte essentiellement à la réduction de la pollution carbonée dans les eaux usées, et partiellement la pollution azotée et phosphorée. ❑ L’utilisation des bioréacteurs à cultures fixe (lits bactériens, biofiltres, biodisques) ou libre (boues activées) de bactéries en aérobiose (apport d'air ou d'oxygène) permet l'assimilation du carbone et de l'azote. ❑ Le temps de séjour (TS) et le volume des bassins permettent une caractérisation technique de l'ensemble de ces procédés de traitement secondaire. ❑ Le procédé de traitement biologique séquentiel est un procédé compact de traitement, suivi d‟une décantation, en 5 étapes : ✓ remplissage (initiation de la dénitrification et le traitement du phosphore), ✓ agitation (dénitrification), ✓ aération (dépollution carbonée et finalisation de celle azotée et phosphorée), ✓ décantation et vidange. ❑ Les eaux claires sont déchargées ; ❑ les boues peuvent être recyclées dans le premier compartiment. ❑ En plus de son traitement par voie biologique le phosphore dissous peut être précipité en ajoutant le chlorure ferrique ou le sulfate d'aluminium, sous des conditions bien déterminées de pH, oxygénation et temps de contact. ❑ L'effluent issu du traitement biologique est en général renvoyé dans décanteur secondaire, ou clarificateur, pour séparer les eaux traitées des boues dites boues secondaires. ❑ En cas de recyclage des eaux traitées, la décantation secondaire peut être remplacée par la filtration membranaire, utilisée aussi après la phase de coagulation-floculation, pour retenir les particules de différentes tailles : ✓ microfiltration (0.2-1 μm), ✓ ultrafiltration (0.1-10 nm), ✓ nano-filtration (1 nm). ❑ L'association de la filtration membranaire et du procédé à boues activées est à la base des réacteurs biologiques à membranes, permettant un traitement de la pollution carbonée, azotée et phosphorée, et un traitement avancé des germes.  3-Traitement tertiaire En fonction du milieu récepteur et la proximité des stations de traitement aux zones habitées, le traitement tertiaire des effluents industriels peut s'avérer nécessaire et concerne le polissage et la finition du traitement, en particulier la désinfection (ou traitement bactériologique, parfois considérée comme traitement quaternaire) et l'élimination des odeurs. ❑ Les rayonnements UV, le chlore ou l'ozone permettent une désinfection des effluents secondaires, selon un dosage et une durée de traitement adéquats. ❑ Les odeurs sont traitées par voie chimique (succession de lavage par l'acide sulfurique, hypochlorite de sodium et hydroxyde de sodium) ❑ ou par voie biologique en envoyant l'air à travers un filtre biologique, où les bactéries oxydent les polluants biodégradables comme hydrogène sulfuré. ❑ Les technologies rustiques ou extensives, dites “zones humides reconstituées” ou "écosystèmes artificiels", généralement moins coûteuses et plus exigeantes en espace, peuvent répondre aux exigences de traitement secondaire et tertiaire, et même parfois primaire. ❑ Elles sont à base de réacteurs algo-bactériens et/ou de réacteurs à macrophytes. ❑ En considérant la présence de macrophytes, leur fixation au sol et leur état d'immersion et la circulation de l'eau (horizontale ou verticale), trois types de bioréacteurs : ✓ aquatiques (eau libre), ✓ semi-aquatiques (flux superficiel) ✓ et terrestres (flux sub-superficiel ou vertical). ❑ Ces filières de traitement peuvent être utilisées en épuration des effluents d'abattoirs ou d'industries.  4_Traitement des boues ❑ Les refus de dégrillage (papiers, plastiques, bois…), les sables, les graviers, les graisses, les huiles, les boues primaires, les boues secondaires, les boues physicochimiques et les boues biologiques sont autant de résidus du processus d'épuration des eaux usées. ❑ En fonction de leur teneur en eau, les boues se classent comme déchets liquides ou comme déchets solides. Le traitement des boues, issues d'installations d'épuration des eaux usées, est mené de différentes pratiques selon leur nature (Tableau 3) et leur devenir : ✓ Stockage dans des silos ou des lagunes, suivi d'un épaississement pour les boues “liquides” destinées à l'épandage. ✓ Epaississement et/ou stockage en utilisation des lits filtrants, plantés ou non. ✓ Epaississement puis déshydratation, ou séchage pour les boues pâteuses ou solides. ✓ Stabilisation par traitement aérobie (bassin d'aération, compostage) ou anaérobie (méthanisation) pour les boues riches en MO (fermentescibles). ✓ Hygiénisation en apportant généralement de la chaux ou d'autres réactifs chimiques permettant l'augmentation du pH.