Quand les eaux usées s’évaporent !

Alors que le traitement des eaux usées industrielles est soumis à des normes de plus en plus strictes, la société de conseil et d’aide à la décision, Alcimed, revient sur le potentiel d’une technologie, qui peut être une alternative aux procédés de traitement classiques : l’évapoconcentration.

Le traitement des effluents aqueux pour les industriels est soumis à des réglementations de plus en plus strictes, et notamment à travers la mise en application de la Directive Cadre sur l’Eau. En parallèle, les industriels, qui sous-traitent de plus en plus la gestion des eaux usées à de sociétés spécialisées, visent le « rejet zéro », concept qui consiste à recycler toutes les eaux usées industrielles. Ce recyclage permet de réutiliser une partie des eaux usées dans les procédés industriels et donc de limiter les apports d’eau en amont et les rejets d’eau usée en aval. Aujourd’hui, l’amélioration des technologies, notamment de leurs coûts, et le durcissement des contextes réglementaires ouvrent des opportunités à une technologie comme l’évapoconcentration dans le traitement des eaux.

L’évapoconcentration est développée depuis une cinquantaine d’année par les industriels de la chimie ou de l’agroalimentaire, dans les procédés de fabrication de poudres par exemple. De manière générale, elle concerne des eaux peu concentrées en Matières En Suspension <20 mg/L[1], et peu donc être applicable pour concentrer certains types d’eaux usées. Elle vient se positionner, selon les effluents à traiter, comme traitement concurrent direct des technologies classiques tels que l’ultrafiltration ou l’osmose inverse (techniques de filtrations fines). Ces dernières sont également utilisées de manière complémentaire, dans le cas de pré-traitements, par exemple, afin de traiter des effluents de plus en plus complexes et de réaliser des économies d’eau plus importantes.

Le principe d’une unité d’évapoconcentration (évaporateur) est de porter l’effluent ou les eaux usées à ébullition pour séparer l’eau du concentrât (liquide ou solide à valoriser) et du condensat (partie liquide évaporée puis re-condensée).

L’utilisation d’un évaporateur permet l’obtention d’un volume très limité de déchets : le ratio concentrât/condensat peut être jusqu’à vingt fois inférieur aux ratios de filtrations classiques membranaires. De plus, le concentrât (eau propre) peut être valorisé en étant utilisé dans d’autres procédés industriels comme en eau de lavage ou en eau de refroidissement. Certains industriels peuvent également chercher à valoriser le concentrât comme matière première.

Les distributeurs de technologies ou des sociétés de conseil dans le traitement des eaux, type Hytec Industries, Serep ou encore Afig Foessel, en relation avec des fabricants, proposent déjà des unités d’évapoconcentration standards pour les eaux usées. Ces unités ciblent des gammes de débit relativement faibles (entre 1 et 10 m3/h). Les fabricants, comme GEA Kestner, sont, quant à eux, capables de concevoir et de réaliser des unités sur-mesure pour des débits allant jusqu’à 1000 m3/h. Elles sont typiquement destinées aux procédés industriels de l’agro-alimentaire ou de la chimie. Le dimensionnement de telles unités sur-mesure reste encore peu répandu pour le traitement des eaux mais peut représenter un axe de développement intéressant.

La technologie convainc des secteurs industriels (mécanique et traitement de surface notamment) depuis quelques années. Par exemple, la Monnaie de Paris, jusqu’alors habituée aux traitements physico-chimiques de ses eaux usées, utilise dorénavant un évaporateur de 400l/h pour traiter ses effluents riches en métaux[2] .

« Sans être universels, les évaporateurs présentent l’avantage de pouvoir être utilisées pour des eaux usées de compositions variées. ils sont beaucoup moins sensibles aux phénomènes d’encrassement que les procédés membranaires classiques. En revanche, les eaux trop concentrées (teneur en eau <90%) ou comprenant des composés volatiles, sont plus difficiles à évaporer sans « embarquer » d’éventuels polluants » précise Cécile Darcet, Consultante au sein de l’activité Energie et Environnement chez Alcimed.

Pendant longtemps, cette technologie n’a pas été appliquée à la dépollution des eaux, principalement à cause de son coût d’installation jugé trop important par rapport aux techniques de dépollution classiques : les investissements peuvent s’échelonner de 100 k€ pour les petites installations à jusqu’à 1 million d’euros pour les plus grosses.

Une autre limite de l’évapoconcentration est qu’elle est coûteuse énergétiquement en raison du changement de phase liquide-vapeur du procédé. D’après l’ADEME, les consommations énergétiques théoriques d’un évapoconcentrateur sont de l’ordre de 800 à 1000 kWh par tonne d’eau vaporisée, par rapport à des consommations énergétiques de 10 à 200 kWh par tonne d’eau traitée par osmose inverse.

Ces consommations ont été néanmoins fortement améliorées ces dernières années, notamment par le développement de différents systèmes de récupération de chaleur couplés à l’évaporateur.

« Ce sont bien la nature et le volume de l’effluent à traiter, ainsi que le contexte énergétique d’un site industriel qui permettent d’orienter la stratégie de traitement des eaux usées par évapoconcentration. Le secteur du traitement des eaux usées, étant peu propice à l’innovation technologique, il est intéressant de souligner l’émergence d’une nouvelle solution de traitement, qui s’impose aujourd’hui réservée dans des cas bien spécifiques. » conclut Jean-Philippe Tridant Bel, responsable de l’activité Energie d’Alcimed.

Notes :

[1] Estimation ALCIMED

[2] Source : L’eau, l’industrie, les nuisances, n° 325, « Effluents contenant des métaux ; assembler des procédés pour répondre à chaque situation »