Pourquoi les eaux usées pétrochimiques résistent aux traitements classiques de la DCO
Les eaux usées pétrochimiques sont biologiquement hostiles par nature. La caractérisation d'un effluent pétrochimique réel à forte salinité réalisée par Jorfi et al. (Chem. Biochem. Eng. Q., 2018) a relevé une DCO comprise entre 370 et 2 900 mg/L (moyenne 1 271), une DBO₅ entre 50 et 128 mg/L (moyenne 89), un rapport DBO₅/DCO de seulement 0,05 à 0,09, des TDS de 15 000 à 45 400 mg/L, des MES de 130 à 240 mg/L et un pH de 7,8 à 8,9.
Ce rapport DBO₅/DCO très inférieur à 0,1 sort de la plage pour laquelle les boues activées classiques sont dimensionnées, et la charge en chlorures contenue dans les TDS pousse la contrainte osmotique sur la biomasse dans la zone d'échec documentée pour le raffinage du pétrole. Une revue de 2017 des stations d'épuration biologiques à pleine échelle (inTechOpen, 2017) signale explicitement que les boues activées échouent sur les eaux usées pétrochimiques dont la DCO dépasse 10 g/L et sur les effluents aromatiques contenant du phénol et ses dérivés, et que les huiles et graisses peuvent faire flotter les boues hors du bassin. La même revue relève que les chocs de charge provenant de plusieurs unités de raffinage, combinés à de fortes émissions de COV depuis les bassins d'aération ouverts, rendent instable une filière biologique unique sur l'ensemble d'une année d'exploitation normale. Tout projet 2026 qui commence par « il suffit d'ajouter un bassin d'aération » doit être écarté avant le moindre essai en jarre.
Procédés unitaires comparés : ce qui élimine réellement la DCO en 2026
La revue inTechOpen de 2017 sur les stations biologiques à pleine échelle constitue la référence la plus utile pour une comparaison directe, car elle documente le domaine de fonctionnement et pas seulement un pourcentage d'abattement en titre. Les systèmes aérobies de raffinerie sont reportés à 70–98 % d'abattement de la DCO, les systèmes anaérobies à 70–93 %, et les boues activées de contact/étendues à 89–95 % pour un rapport F/M de 0,38. Les réacteurs à biofilm MBBR ont délivré 74 % d'abattement de la DCO à une charge organique de 4,2 kg DCO/m³·j, tandis que les systèmes BAF, MSBR et HF-UF MBR dépassaient 80 % d'abattement de la DCO à des charges plus élevées. La même revue documente des réacteurs à biofilm HyVAB fonctionnant à pleine échelle (240 m³/j, DCO d'alimentation 7 à 35 g/L) à 94 % d'abattement sur la DCO soluble et 85 % sur la DCO totale avec aération à l'air, et maintenant plus de 90 % d'abattement sur la DCO soluble pour des charges organiques approchant 30 kg DCO/m³·j et un TSH de 15 h une fois l'aération à l'oxygène introduite. Les données de coagulation vont dans le même sens : le chlorure ferrique a atteint 75,5 % d'abattement de la DCO à pH 5,6 sur un effluent à 2 776 mg/L de DCO, tandis que les combinaisons PAC-PAM éliminent typiquement 30 à 70 % de la DCO selon la composition de l'effluent. Le guide commercial HydroChemix 2024 rapporte que les POA atteignent 80–95 % d'abattement de la DCO sur les effluents réfractaires, et la revue inTechOpen consigne qu'une ozonation à 100–200 mg O₃/h a fait passer le rapport DBO/DCO de 20 % à 35 % en 30 min sur un effluent pétrochimique ABS. Sur l'extrême haute salinité, Jorfi et al. (Chem. Biochem. Eng. Q., 2018) ont reporté 89,4 % d'abattement de la DCO sur un effluent pétrochimique réel (TDS ~25 000 mg/L) par peroxi-coagulation photo-assistée à pH 3, 1,5 V, écartement d'électrodes 2 cm, temps de réaction 420 min, avec une constante cinétique apparente du premier ordre de 0,0048 min⁻¹ et une consommation spécifique d'énergie de 1,73 kWh/kg de DCO éliminée.
| Procédé unitaire | Abattement de DCO reporté | Domaine de fonctionnement en service pétrochimique | Source principale |
|---|---|---|---|
| Boues activées aérobies (raffinerie) | 70–98 % | Échec au-delà de ~10 g/L de DCO ; sensible aux huiles/graisses et aux chocs de charge | Revue inTechOpen (2017) |
| Anaérobie (UASB, etc.) | 70–93 % | Pétrole léger le plus dégradable ; pétrole lourd 20–60 % | Revue inTechOpen (2017) |
| Boues activées de contact/étendues | 89–95 % | Rapport F/M 0,38 | Revue inTechOpen (2017) |
| MBBR à biofilm | 74 % | Charge organique 4,2 kg DCO/m³·j | Revue inTechOpen (2017) |
| MBR (BAF, MSBR, HF-UF MBR) | >80 % | Empreinte compacte, accepte des charges organiques plus élevées | Revue inTechOpen (2017) |
| Biofilm HyVAB (pleine échelle) | 94 % soluble, 85 % totale | Jusqu'à ~30 kg DCO/m³·j, TSH 15 h ; 82 % de méthane dans le biogaz | Revue inTechOpen (2017) |
| Coagulation au chlorure ferrique | 75,5 % | pH 5,6, effluent à 2 776 mg/L de DCO | Revue inTechOpen (2017) |
| Coagulation PAC-PAM | 30–70 % | Dose-dépendant ; prétraitement ou polissage tertiaire | Guide HydroChemix (2024) |
| Ozonation (POA) | DBO/DCO portée de 20 % à 35 % | 100–200 mg O₃/h, 30 min sur effluent ABS | Revue inTechOpen (2017) |
| Oxydation avancée (POA, général) | 80–95 % | Organiques réfractaires et toxiques | Guide HydroChemix (2024) |
| Peroxi-coagulation photo-assistée | 89,4 % | pH 3, 1,5 V, écartement 2 cm, 420 min, TDS ~25 000 mg/L, 1,73 kWh/kg DCO | Jorfi et al. (2018) |
Construire un train de traitement 2026 pour la DCO pétrochimique
Aucun procédé unitaire ne ramène à lui seul un effluent pétrochimique brut au seuil typique de 100 mg/L d'une autorisation de rejet. Le train qui y parvient de façon reproductible dans la littérature empile prétraitement, réduction biologique et polissage dans cet ordre, et le cas de raffinerie HydroChemix 2024 est l'exemple publié le plus clair de cette logique. L'étape 1 est l'élimination des huiles, graisses et matières en suspension : un DAF ou séparateur API en amont de la biologie et des membranes, dimensionné sur la plage de MES de 130 à 240 mg/L mesurée par Jorfi et al. (2018) et sur le risque d'hydrocarbures flottants signalé dans la revue inTechOpen de 2017. Un DAF pétrochimique pour élimination des huiles et graisses dédié s'insère typiquement à ce stade. L'étape 2 est le bassin tampon et l'équilibrage nutritionnel pour amortir les chocs de charge que la revue inTechOpen identifie comme cause récurrente de défaillance de la biomasse. L'étape 3 combine coagulation et réduction biologique : dans le cas HydroChemix (2 500 m³/j, 4 500 mg/L de DCO, 150 mg/L de phénol, autorisation à 100 mg/L), l'étage PAC-PAM a éliminé 45 % de la DCO et 60 % des phénols, l'étage biologique a éliminé 55 % supplémentaires de DCO, et le polissage sur charbon actif a ramené l'effluent final à 85 mg/L, soit 75 % d'abattement global. Un skid automatisé de dosage de coagulant et de pH est le moyen pratique de maintenir cet étage de coagulation à 45 % stable malgré les variations d'influent. L'étape 4 est le polissage : un MBR pour le polissage de la DCO pétrochimique apporte l'abattement >80 % de DCO documenté dans la revue de 2017 tout en réduisant l'empreinte par rapport aux boues activées classiques, et un POA en aval, tel que la configuration de peroxi-coagulation de Jorfi et al. (2018), constitue un créneau crédible pour la charge réfractaire résiduelle une fois l'effluent biologiquement stabilisé. La logique du train est que chaque étage est dimensionné sur un mode de défaillance spécifique que le précédent ne peut pas traiter, ce qu'exigent les données d'influent brut présentées plus haut.
Vérification du dimensionnement, de l'énergie et des coûts
Les discussions budgétaires en 2026 s'articulent toujours autour de trois chiffres : énergie par kilogramme de DCO éliminée, coût chimique par mètre cube et empreinte par kilogramme de charge journalière. Le seul repère énergétique spécifique au pétrochimique publié dans la recherche fournie est la valeur de 1,73 kWh/kg de DCO éliminée reportée par Jorfi et al. (2018) au point de fonctionnement à 89,4 % sur un effluent à TDS ~25 000 mg/L ; tout POA proposé pour le polissage doit être confronté à ce repère ou aux données pilotes propres à l'acheteur. Côté produits chimiques, le guide HydroChemix (2024) donne un exemple chiffré : 1 000 m³/j à 3 000 mg/L de DCO, PAC à 600 mg/L (0,35 $/kg) plus PAM à 4 mg/L (2,80 $/kg), soit une dépense chimique quotidienne d'environ 222 $. Comme l'abattement par coagulation seule se situe dans la fourchette 30–70 % indiquée par le même guide, un étage biologique est obligatoire pour atteindre les autorisations de niveau raffinerie, et le poste chimique doit être dimensionné sur la charge résiduelle après biologie, et non sur l'influent brut. Côté empreinte, la revue inTechOpen (2017) montre que les réacteurs à biofilm HyVAB maintiennent plus de 90 % d'abattement de la DCO soluble pour des charges organiques approchant 30 kg DCO/m³·j et un TSH de 15 h, ordre de grandeur qui autorise un volume de bassins bien inférieur à celui des boues activées classiques pour la même masse journalière de DCO. Le plafond autorisé est cohérent dans toute la littérature : Jorfi et al. (2018) citent la limite iranienne de rejet à 100 mg/L de DCO, et le cas de raffinerie HydroChemix vise la même valeur de 100 mg/L, avec un effluent mesuré à 85 mg/L. Les projets doivent satisfaire à la fois ce plafond de DCO et toute limite locale sur les TDS, chlorures ou ammoniaque avant le choix du polissage.
| Indicateur | Valeur publiée | Source |
|---|---|---|
| Énergie par kg de DCO éliminée (POA PPC) | 1,73 kWh/kg DCO | Jorfi et al. (2018) |
| Dépense chimique, 1 000 m³/j à 3 000 mg/L de DCO | ~222 $/j (PAC 600 mg/L + PAM 4 mg/L) | Guide HydroChemix (2024) |
| Plafond de charge organique HyVAB biofilm | ~30 kg DCO/m³·j à TSH 15 h | Revue inTechOpen (2017) |
| Abattement global de DCO, cas raffinerie (coag + bio + charbon) | 75 % (4 500 → 85 mg/L) | Guide HydroChemix (2024) |
| Plafond réglementaire cité | 100 mg/L de DCO | Jorfi et al. (2018) ; guide HydroChemix (2024) |
Checklist spécification 2026 pour les achats
Le moyen le plus rapide de transformer l'article ci-dessus en document d'appel d'offres exploitable est d'ancrer chaque poste sur un chiffre ou un paramètre effectivement documenté par la recherche. La caractérisation de l'influent doit reprendre la démarche de Jorfi et al. (2018) : exiger des composites quotidiens sur la DCO, la DBO₅, le rapport DBO₅/DCO, les TDS, les MES, le pH, les huiles et graisses, les phénols et la température avant toute sélection de fournisseur. L'effluent cible doit être chiffré : un plafond de 100 mg/L de DCO est cohérent avec la référence Jorfi et al. (2018) et le cas de raffinerie HydroChemix (2024), accompagné des limites locales éventuelles sur les TDS, chlorures et ammoniaque. Le périmètre du train de traitement dans l'appel d'offres doit exiger explicitement une étape d'élimination des huiles et graisses (DAF ou équivalent), un type de réacteur biologique nommé avec tolérance documentée à la salinité et aux phénols, un skid de dosage chimique et une étape de polissage dimensionnée sur la bande d'abattement 80–95 % des POA ou la bande >80 % des MBR reportées dans la revue inTechOpen de 2017. Demander à chaque fournisseur ses données d'exploitation : consommation spécifique en kWh/kg de DCO éliminée (le chiffre 1,73 kWh/kg de Jorfi et al. est le seul repère spécifique au pétrochimique du jeu de données fourni), consommation de réactifs, production de boues et tolérance aux chocs de TDS et de phénols alignée sur les modes de défaillance listés dans la revue de 2017. Exiger enfin une documentation de conformité qui rattache le train proposé à la réglementation locale de rejet et au permis de prétraitement de la station avant toute émission de bon de commande.
Questions fréquentes
Faut-il privilégier un POA ou un traitement biologique comme étape principale de DCO sur un effluent pétrochimique à forte salinité ?
Utiliser le biologique comme réducteur de masse et le POA comme polissage. La revue inTechOpen de 2017 rapporte que les stations biologiques à pleine échelle (biofilm HyVAB à 94 % de DCO soluble, aérobie à 70–98 %, MBR à >80 %) absorbent la majeure partie de la charge une fois la toxicité et les chocs maîtrisés, tandis que les POA à 80–95 % d'abattement selon le guide HydroChemix 2024 se dimensionnent sur la fraction réfractaire résiduelle. Jorfi et al. (2018) ont atteint 89,4 % d'abattement de la DCO par peroxi-coagulation photo-assistée sur un effluent à TDS ~25 000 mg/L avec 1,73 kWh/kg de DCO éliminée, ce qui est réaliste en polissage mais pas en poste unique sur l'influent brut.
Quel budget chimique réaliste en 2026 pour un train pétrochimique de 1 000 m³/j ?
Le seul exemple chiffré pertinent pour le pétrochimique dans la recherche fournie est celui du guide HydroChemix 2024 : 1 000 m³/j à 3 000 mg/L de DCO avec PAC à 600 mg/L (0,35 $/kg) et PAM à 4 mg/L (2,80 $/kg) donne environ 222 $ par jour en coagulant et floculant. Comme le PAC-PAM seul élimine typiquement 30 à 70 % de la DCO, un étage biologique est nécessaire pour atteindre le seuil de 100 mg/L cité dans les cas Jorfi et al. (2018) et HydroChemix (2024) ; le poste chimique doit donc être dimensionné sur la charge résiduelle après biologie. Demander les courbes de dose propres à chaque fournisseur et les prix unitaires actuels pour l'influent local avant de figer le budget d'exploitation.
Comment choisir un réacteur biologique qui ne défaillera pas sur un influent pétrochimique ?
Apparier le réacteur aux modes de défaillance documentés par la revue inTechOpen de 2017 : les boues activées échouent au-delà de ~10 g/L de DCO et sur les aromatiques type phénol, tandis que les huiles et graisses provoquent un entraînement des boues hors du bassin. La même revue rapporte que les réacteurs à biofilm HyVAB maintiennent plus de 90 % d'abattement de la DCO soluble pour des charges organiques approchant 30 kg DCO/m³·j et un TSH de 15 h, et que les variantes MBR (BAF, MSBR, HF-UF MBR) dépassent 80 % d'abattement à des charges plus élevées avec une empreinte réduite. Demander à chaque soumissionnaire une tolérance documentée à l'enveloppe propre de TDS, phénol et huiles/graisses, et non une courbe d'abattement générique.
Que doit-on exiger des fournisseurs avant l'émission du bon de commande ?
Exiger les données de caractérisation d'influent et d'effluent sur les paramètres mesurés par Jorfi et al. (2018) (DCO, DBO₅, rapport DBO₅/DCO, TDS, MES, pH, huiles et graisses, phénols), un chiffre de consommation spécifique en kWh/kg de DCO éliminée (le repère Jorfi et al. 2018 est 1,73 kWh/kg pour le créneau POA), la consommation de réactifs avec prix unitaires indexés sur le débit, la production de boues, et une cartographie de conformité du train proposé à la réglementation locale de rejet et au permis de prétraitement. Considérer comme non conforme tout fournisseur incapable de fournir ces quatre éléments, quel que soit le pourcentage d'abattement annoncé.
