Pourquoi les règles génériques de dimensionnement des FAD ne conviennent pas aux tanneries
Les effluents de tannerie mêlent plusieurs flux complexes : liqueur de corroi, forte DBO, matières suspendues, poils et sulfures, puis liqueur de tannage au chrome contenant du chrome trivalent, des sels neutres et un pH de 3,5 à 4,5. S’y ajoutent les eaux de finition et la liqueur de salage usée, saline, qui porte la teneur en sels dissous totaux à plusieurs dizaines de milliers de mg/L. Les tableaux de dimensionnement FAD standard supposent une alimentation relativement homogène. Or, celle d’une tannerie varie fortement à chaque poste de travail.
Les plages génériques de charge hydraulique échouent, car les sulfures et le chrome dominent la charge et ne peuvent pas être éliminés par flottation. Un ingénieur qui dimensionne selon les solides totaux obtient une unité surchargée par les éléments que la FAD élimine et souschargée par ceux qu’elle ne retire pas. L’étude mondiale NEST sur la FAD et le MBBBR classe la fabrication du cuir parmi les secteurs générant d’importants volumes d’eaux usées huileuses, avec le raffinage pétrolier, l’agroalimentaire, les stations de lavage automobile et les abattoirs. Elle ne fournit toutefois aucune valeur spécifique aux tanneries. Dimensionner une FAD directement à partir du flux global non traité, sans bassin d’égalisation, produit une unité alternant entre sous-charge et surcharge à chaque poste. Le chrome pénétrera alors presque certainement dans l’étape biologique.
Enchaînement du prétraitement avant la FAD dans une station d’épuration de tannerie
L’enchaînement d’une station d’épuration de tannerie comprend le dégrillage, l’élimination des sables, l’égalisation du débit, l’oxydation des sulfures, la précipitation du chrome, la correction du pH, le dosage de réactifs, puis la FAD. Cette séquence conditionne correctement les eaux usées avant la flottation. Le flux de sulfures issu du corroi doit être oxydé ou éliminé par l’eau oxygénée ou l’aération avant toute admission d’un flux contenant du chrome. Mélanger les deux flux sans détruire préalablement les sulfures présente un risque de libération de H₂S et peut redissoudre le chrome précipité. La précipitation du chrome s’effectue normalement dans une cuve dédiée par dosage de NaOH jusqu’à pH 8–9, suivie d’une décantation lamellaire ou classique. Cette étape extrait les boues porteuses de chrome avant le mélange du surnageant clarifié avec les autres eaux usées. Les boues de chrome sont isolées et ne sont jamais envoyées vers la FAD ou l’étape biologique. Elles sont traitées comme un déchet dangereux. Le schéma de procédé Kemco fournit un modèle : filtration grossière, contrôle du pH, FAD et déshydratation des boues. Une version pour tannerie ajoute en amont les étapes de traitement des sulfures et du chrome. La chimie en amont de la FAD détermine les performances en aval. Le dosage automatique de réactifs pour le pH, le coagulant et le flocculant doit donc figurer dans la même demande de prix que l’unité de flottation.
Paramètres de conception FAD à inscrire dans le cahier des charges
L’enveloppe de conception industrielle FAD publiée par la WEF et la Purdue Industrial Wastes Technical Conference fournit des valeurs défendables pour une demande de prix. La pression de recyclage varie de 40 à 75 psig selon Metcalf & Eddy (1991), et de 25 à 70 psig selon Corbitt (1999). Les rendements de saturation signalés pour les systèmes modernes à eaux claires atteignent 50 à 90 %. Le temps de séjour dans la cuve de pressurisation varie de 0,5 à 3,0 minutes. Les conceptions modernes à haut rendement se situent généralement à la limite basse. Les références industrielles publiées indiquent une charge hydraulique de 0,35 à 5,50 gpm/ft². Une unité inférieure à 1,0 gpm/ft² pour une tannerie est surdimensionnée. Une unité supérieure à 3,0 gpm/ft² nécessite une validation par essais pilote. La charge en solides atteint 0,8 à 2,8 lb/ft²·h. Les flux de tannerie très chargés en matières suspendues se situent près de la limite haute, sans données pilote permettant de la réduire. L’enveloppe du rapport A:S s’établit à 0,005–0,200 lb d’air/lb de solides dans les mêmes références. L’étude de cas WEF/Purdue sur le prétraitement constitue la référence publiée la plus exigeante. Elle présente une FAD à grande échelle opérant à 1,8 gpm/ft², avec un rapport A:S de 0,0006, un recyclage à 80 psig, 40,1 lb/ft²·h de solides et 0,72 SCFH/gpm d’air dissous. Cette unité fournit le même air dissous avec un débit de recyclage inférieur de 50 à 70 % à celui des anciens systèmes à eaux claires. Le cahier des charges doit imposer un débit de recyclage, un débit d’air par solution (SCFH/gpm) et un rapport A:S, plutôt qu’une seule surface de cuve. Il doit également reprendre le cadre de spécification FAD déjà publié. Un système FAD HydropureWater commandé selon cette enveloppe garantit une alimentation stable au reste de la station d’épuration.
| Paramètre | Plage industrielle publiée (WEF/Metcalf & Eddy/Corbitt) | Référence à grande échelle pour le prétraitement (WEF/Purdue 2000) | Observation pour une tannerie |
|---|---|---|---|
| Pression de recyclage (psig) | 15–75 | 80 | Exiger 60 à 80 pour les systèmes modernes à eaux claires ; accepter 40 à 60 uniquement avec des données de rendement. |
| Rendement de saturation (%) | 50–95 | Non indiqué | Exiger des résultats d’essais du fournisseur, et non une indication sur plaque. |
| Temps de séjour sous pression (min) | 0,5–3,0 | Non indiqué | Exiger ≤1,0 pour les conceptions à haut rendement. |
| Charge hydraulique (gpm/ft²) | 0,35–5,50 | 1,8 (alimentation seule) ; 2,5 (avec recyclage) | Maintenir 1,0 à 2,5, sauf justification par des essais pilotes. |
| Charge en solides (lb/ft²·h) | 0,8–2,8 | 40,1 | Les tanneries se situent généralement à la limite haute de la plage publiée ; confirmer par essais pilotes. |
| Rapport A:S (lb d’air/lb de solides) | 0,005–0,200 | 0,0006 | Les conceptions modernes fondées sur la chimie peuvent fonctionner très en dessous des valeurs des anciens manuels. |
| Débit d’air par solution (SCFH/gpm) | Non indiqué dans l’enveloppe | 0,72 | Exiger une valeur du fournisseur ; la seule taille de cuve ne suffit pas. |
Chimie de coagulation et de flocculation avant la FAD
Un dosage adapté de coagulant et de flocculant est nécessaire, car la FAD ne sépare que les matières spontanément décantables. La majeure partie de la DBO colloïdale et des huiles et graisses émulsionnées doit d’abord être déstabilisée afin d’éviter son report. Le programme standard associe un coagulant cationique, tel que l’alun, le polychlorure d’aluminium ou le chlorure ferrique, pour neutraliser les charges. Un polymère anionique ou cationique est ensuite ajouté pour renforcer les flocs. Le choix des réactifs nécessite des essais en béchers pour chaque flux, car les sous-flux de tannerie varient fortement. Dans l’essai pilote WEF/Purdue, un polymère cationique a été injecté dans un tube de flocculation juste avant la FAD. Les FAD de tannerie utilisent la même disposition pour contrôler la taille des flocs et leur adhésion aux bulles. Cette configuration permet d’exploiter un rapport A:S de 0,0006 à l’échelle industrielle. La plage de pH du coagulant doit être maintenue étroitement. Par conséquent, le dosage automatique de réactifs avec régulation du pH doit figurer dans la même ligne d’achat que la FAD.
Références de performance FAD pour effluents industriels à forte charge
L’étude de cas WEF/Purdue fournit la donnée de performance à grande échelle la plus pertinente pour étalonner les attentes dans les tanneries. L’unité de 180 ft² traitait 330 gpm d’effluent, avec 90 gpm de recyclage, soit 27 %, à 80 psig. Elle recevait également 65 SCFH d’air et utilisait 0,72 SCFH/gpm d’air par solution. La charge hydraulique était de 1,8 gpm/ft² pour l’alimentation seule, et de 2,5 gpm/ft² avec le recyclage. La charge en solides atteignait 40,1 lb/ft²·h, pour un rapport A:S de 0,0006. Sur un effluent contenant 43 706 mg/L de MES, 113 864 mg/L de DCO et 18 568 mg/L d’huiles et graisses, la FAD a éliminé 99,4 % des MES, 91,7 % de la DCO et 99,6 % des huiles et graisses. L’unité pilote de 15 ft², alimentée par le même effluent, a permis d’obtenir 98,6 % d’abattement des MES, 89,3 % de la DCO et 99,2 % des huiles et graisses. Les données pilote constituent donc un indicateur fiable des performances à grande échelle. Bien qu’elles ne puissent être présentées comme des performances directes en tannerie, elles démontrent que la FAD peut traiter les concentrations typiques des flux de corroi et des effluents combinés de tannerie. Utilisez ces valeurs comme limite supérieure de conception, puis réalisez des essais en béchers et un essai pilote court sur le flux réel.
Traitement après la FAD dans une station d’épuration de tannerie
La FAD est dimensionnée selon les besoins de l’étape suivante, et non selon le débit total. L’étude mondiale NEST sur la FAD et le MBBBR associait la flottation, avec 10 minutes de flottation et 72 L/min d’air, à un MBBBR fonctionnant avec 23,5 heures de temps de séjour hydraulique et 13 à 23 minutes de mélange par étage. Une tannerie peut reprendre cette configuration avec un MBBBR ou des boues activées conventionnelles. Consultez la comparaison FAD et IAF pour comprendre pourquoi le MBBBR est souvent préféré au traitement biologique après une FAD traitant un effluent à forte charge. La qualité de l’effluent de la FAD doit respecter la tolérance du traitement biologique aux DCO, ammoniums et sulfures résiduels, afin d’éviter sa surcharge. Les boues écumées sont normalement déshydratées sur une presse à plateaux et cadres avant élimination. Les boues de chrome sont traitées dans une presse distincte et selon une filière d’élimination séparée. Une étape membranaire, telle qu’un BRM en aval de la FAD, assure l’affinage si la tannerie réutilise l’eau. La discipline d’exploitation y est alors essentielle. Les interventions courantes figurent dans la liste de maintenance de la FAD.
Questions fréquentes
La FAD constitue-t-elle la première étape adaptée aux eaux usées de tannerie, ou faut-il passer directement au traitement biologique ?
La FAD est la première étape standard pour les effluents de tannerie, car le seul flux de corroi surcharge le traitement biologique en matières suspendues, huiles et graisses et DBO colloïdale. L’étude mondiale NEST sur la FAD et le MBBBR place la FAD avant le réacteur biologique pour cette raison. L’étude de cas WEF/Purdue montre qu’elle élimine plus de 99 % des MES et des huiles et graisses d’un effluent de concentration comparable. Une usine qui supprime la FAD charge sa biologie en solides flottables et laisse le chrome pénétrer dans l’étape biologique.
Quels paramètres de conception faut-il fixer dans une demande de prix FAD pour une tannerie ?
La demande de prix doit exiger une pression de recyclage de 60 à 80 psig et un rendement de saturation de 50 à 90 %, étayé par des données d’essais. Elle doit aussi imposer un temps de séjour sous pression inférieur ou égal à 1,0 minute, une charge hydraulique de 1,0 à 2,5 gpm/ft² et une charge en solides de 0,8 à 2,8 lb/ft²·h. Un essai pilote doit justifier toute valeur hors de cette plage. Le rapport A:S doit être fixé entre 0,005 et 0,200 lb d’air/lb de solides, et le débit d’air par solution doit être exprimé en SCFH/gpm. Le dossier doit également prévoir un dosage automatique de réactifs pour le pH, le coagulant et le flocculant. Le fournisseur doit confirmer numériquement les débits de recyclage et d’air, car l’étude WEF/Purdue fournit le même air dissous avec un débit de recyclage inférieur de 50 à 70 % à celui des conceptions anciennes.
Comment traiter le chrome et les sulfures avant la FAD ?
Le chrome précipite avec NaOH jusqu’à pH 8–9 dans une cuve dédiée. Il est ensuite décanté sous forme de boues porteuses de chrome, isolées de la FAD et du traitement biologique comme déchet dangereux. Les sulfures issus du corroi doivent être oxydés par l’eau oxygénée ou éliminés par aération avant l’admission d’un flux contenant du chrome. Mélanger les deux flux crée sinon un risque de libération de H₂S et peut redissoudre le chrome. Ces deux étapes précèdent la correction du pH et la chimie de la FAD.
Comment évaluer la crédibilité technique d’un fournisseur de FAD pour une tannerie ?
Demandez une étude de cas publiée sur un effluent de concentration comparable, soit plusieurs dizaines de milliers de mg/L de MES et plus de 10 000 mg/L d’huiles et graisses. Exigez également des données pilote sur l’alimentation réelle de la tannerie et une garantie écrite du débit d’air par solution et du rapport A:S de l’unité.
