Pourquoi l'élimination de l'azote des eaux usées de sidérurgie est différente
Les effluents de sidérurgie et de cokéfaction arrivent couramment à l'étage biologique avec un NH3-N de 200–1,500 mg/L, un azote total de 250–1,800 mg/L, une DCO de 1,500–8,000 mg/L, un phénol de 100–1,200 mg/L, un cyanure total de 5–50 mg/L, des huiles de 50–500 mg/L, une température de 30–55°C et un pH de 7–10. À ces concentrations et températures, l'ammoniac libre (FA) et l'acide nitreux libre (FNA) déplacent leurs fenêtres d'inhibition, et le phénol non converti plus le CN- résiduel inhibent les bactéries oxydant l'ammoniac (AOB, p. ex. Nitrosomonas) et les bactéries oxydant les nitrites (NOB, p. ex. Nitrobacter) bien plus agressivement que ne le font les substrats municipaux. Les données de terrain des aciéries intégrées montrent des taux de nitrification en baisse de 40–70 % par rapport à une usine domestique traitant la même charge de NH3-N (données de terrain Zhongsheng, 2025-2026), donc une conception A2O municipale copiée-collée sur un effluent d'usine à coke ne tiendra pas NH3-N d'effluent ≤8 mg/L sous GB 13456-2012. Le même plafond NT ≤15 mg/L s'applique, et les BAT-AEL IED européennes (2022/2407/EU) plus les lignes directrices EHS de la Banque mondiale pour le fer et l'acier (2007, toujours la référence 2026 citée par la plupart des prêteurs de projet) sont dans la même enveloppe. Le prétraitement pour retirer huiles, cyanure et phénol n'est donc pas optionnel ; c'est un prérequis de procédé dur.
| Paramètre | Influent brut sidérurgie/cokéfaction | Référence municipale | Limite de rejet GB 13456-2012 |
|---|---|---|---|
| NH3-N (mg/L) | 200–1,500 | 20–50 | ≤8 |
| Azote total (mg/L) | 250–1,800 | 30–60 | ≤15 |
| DCO (mg/L) | 1,500–8,000 | 250–500 | ≤50 (MES ≤10) |
| Phénol (mg/L) | 100–1,200 | <0.5 | ≤0.3 |
| Cyanure total (mg/L) | 5–50 | <0.1 | ≤0.2 |
| Huiles (mg/L) | 50–500 | 10–30 | ≤1 |
| Température (°C) | 30–55 | 10–25 | ≤40 (rejet) |
| pH | 7–10 | 6.5–8.0 | 6–9 |
Étapes de prétraitement avant l'élimination biologique de l'azote
L'étage biologique ne fonctionne que si l'amont retire les inhibiteurs. La première unité est l'élimination des huiles et des matières en suspension, presque toujours une unité DAF (flottation à air dissous) d'élimination des huiles et des MES ou un séparateur API, visant huiles <20 mg/L et MES <100 mg/L à l'entrée de l'égalisation ; au-dessus de ces niveaux, l'huile enrobe le floc et la mousse des bassins déprime le transfert d'oxygène. Vient ensuite la destruction du cyanure par chloration alcaline (Cl2 ou NaOCl à pH 10–11 jusqu'au rapport massique CN:Cl2 1:2.5, puis réduction du pH à 8 pour la destruction résiduelle) ou par oxydation FeSO4 à pH 8–9 ; la cible est un CN- total résiduel <0.5 mg/L pour maintenir l'activité des nitrifiants au-dessus de 70 % de la ligne de base non inhibée. La récupération du phénol par extraction au solvant (huile dian ou MIBK) ou la pré-oxydation Fenton ou ozone ramène ensuite le phénol résiduel sous <100 mg/L, le niveau en dessous duquel l'inhibition de la nitrification tombe sous environ 20 %. Enfin, l'égalisation conditionne le flux à 25–35°C et pH 7.0–8.0 pour les réacteurs biologiques. Pour une vue de bout en bout de la façon dont cet amont alimente le réacteur biologique, le guide de conception de procédé des eaux usées de cokéfaction parcourt la même séquence plus en détail.
Quatre voies de procédé biologique comparées pour l'effluent de sidérurgie
Quatre voies biologiques dominent les appels d'offres sidérurgiques 2026 : A/O, A2O, SBR et nitrification-dénitrification courte (SND, la voie nitrite). Le tableau ci-dessous est le face-à-face dont les ingénieurs ont besoin pour choisir une voie ; les paramètres qui le suivent sont les valeurs de conception 2026 appliquées dans les usines de cokéfaction et les aciéries intégrées en service.
| Procédé | NH3-N influent (mg/L) | NH3-N effluent (mg/L) | NT effluent (mg/L) | Indice d'énergie d'aération | Demande en carbone externe | Emprise | Meilleur calage |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A/O (anoxique/oxic) | 200–600 | ≤8 | 15–25 | Référence (1.0×) | Élevée (méthanol/acétate) | Moyenne | DCO/NH3-N bas (<3), carbone d'appoint facilement disponible |
| A2O (anaérobie/anoxique/oxic) | 200–800 | ≤5 | 10–20 | ~1.05× référence | Élevée | Moyenne-grande | Élimination combinée NT et PT à 25–35°C |
| SBR (réacteur discontinu séquencé) | 300–1,000 | ≤5 | 10–15 | ~0.95× référence (pas de pompes de recycle) | Modérée | Petite (cuve unique) | Charges variables du défournement discontinu du coke et du décalaminage des laminoirs |
| Nitrification-dénitrification courte (voie nitrite) | 500–1,500 | ≤8 | 10–15 | ~0.75× référence (−25 %) | −40 % méthanol/acétate | Moyenne | NH3-N élevé (>800 mg/L) et température élevée (>30°C) ; le défaut 2026 pour les nouvelles usines NT de cokéfaction |
Pour chaque voie, les paramètres de conception 2026 sont : HRT total 24–48 h (anoxique 6–10 h, aérobie 18–24 h), MLSS 3,000–5,000 mg/L, OD de zone aérobie 1.5–2.5 mg/L, SRT 15–25 jours pour retenir les nitrifiants, et recirculation interne 200–400 % du débit d'influent pour l'A2O. La SND exige un contrôle plus serré : OD 0.5–1.5 mg/L, température 25–35°C, SRT 7–12 jours, et pH 7.5–8.5 pour utiliser l'inhibition FA des NOB (FA 5–15 mg/L en N) afin de verrouiller la nitrification au nitrite.
Schéma de procédé d'une usine typique 2026 d'élimination de l'azote des eaux usées de cokéfaction
Une usine NT de cokéfaction 2026 en service suit la séquence suivante : déshuilage par DAF → destruction du cyanure par chloration alcaline → stripping du phénol ou extraction au solvant → égalisation → pré-acidification → étage biologique (A2O ou SND) → polissage MBR (bioréacteur à membrane) en aval de l'élimination biologique de l'azote → désinfection ClO2 → réutilisation ou rejet. L'étage biologique est l'étape porteuse de charge : HRT anoxique 6–10 h, HRT aérobie 18–24 h, MLSS 4,000 mg/L, recycle interne 300 % du débit d'influent, et dosage de carbone externe (méthanol à ~2.5× la stœchiométrie, ou équivalent acétate) pour tenir DCO/N à 6–8 dans la zone anoxique pour une dénitrification complète ; sous 5, la dénitrification s'essouffle et le NT dérape au-dessus de 15 mg/L. Le MBR après la biologie utilise des membranes PVDF planes ou à fibres creuses à 10–15 LMH de flux, livrant un effluent MES <1 mg/L, NH3-N <2 mg/L et NT <10 mg/L, assez propre pour alimenter le circuit d'appoint d'eau de refroidissement ou la boucle d'extinction du coke. Le flux de boues activées en excès (WAS) va vers un filtre-presse à plateaux pour boues activées en excès pour déshydratation à 75–80 % de siccité, plage que la plupart des permis 2026 acceptent pour mise en décharge ou co-incinération dans la chaudière de chaleur fatale de l'usine à coke. Si vous dimensionnez le média support biologique au lieu de faire tourner un A2O en culture suspendue, l'article sur les coûts et durée de vie des médias MBBR couvre l'économie de remplacement 2026.
Choisir la bonne voie : un cadre de décision
Le choix de procédé est conditionnel, pas catégorique. Utilisez le cadre ci-dessous pour apparier les conditions de site 2026 à une voie, puis passez à une vérification CAPEX/OPEX avant l'achat.
| Si la condition de conception est… | Alors le défaut 2026 est… | Pourquoi |
|---|---|---|
| NH3-N influent >800 mg/L et T >35°C | Nitrification-dénitrification courte | Le FA inhibe naturellement les NOB ; aération −25 % et méthanol −40 % vs nitrification complète |
| Une limite de rejet du phosphore s'applique avec le NT | A2O | Seule option à cuve unique qui livre l'élimination biologique du PT aux côtés du NT |
| Débit et charge fortement variables (défournement discontinu du coke, décalaminage des laminoirs) | SBR | La flexibilité discontinue absorbe des chocs de 3–5× ; emprise plus petite |
| Emprise contrainte (<0.3 m² par m³/day) | A/O augmenté par MBR | MLSS élevé (8,000–12,000 mg/L) dans la cuve MBR réduit le volume d'environ 50 % |
| A2O existant, rétrofit pour l'énergie | Convertir la consigne d'OD aérobie + ajouter une zone contrôlée par FA pour SND | CAPEX de rétrofit 10 % plus élevé ; OPEX 5 ans environ 30 % plus bas grâce à l'énergie et au méthanol |
Pour les alimentations en méthanol, acétate ou hypochlorite, un skid de dosage méthanol ou acétate piloté par PLC calé sur le rapport DCO/N de la zone anoxique est la deuxième cause la plus courante des dérapages de NT après la dérive de consigne d'OD, et c'est l'élément le moins cher à corriger. Les écarts de CAPEX entre les quatre voies tiennent dans ~15 % à l'échelle 50,000 m³/d ; l'écart d'OPEX sur 5 ans est plus large, la SND tournant ~30 % sous un A2O à nitrification complète aux tarifs d'électricité industrielle chinois actuels (~0.65 CNY/kWh) et au méthanol à ~2,800 CNY/t. Pour la ligne parallèle de réduction de DBO, le guide d'ingénierie d'élimination de la DBO se couple à cette conception azote pour un périmètre carbone et N complet.
Questions fréquentes
Quelle est l'efficacité typique d'élimination du NH3-N pour les eaux usées de sidérurgie sous GB 13456-2012 ?
La nitrification-dénitrification biologique livre couramment >99 % d'élimination sur l'effluent de cokéfaction, ramenant le NH3-N de 200–1,500 mg/L à ≤8 mg/L et le NT de 250–1,800 mg/L à ≤15 mg/L au point de rejet.
La nitrification-dénitrification courte est-elle assez stable pour les usines de cokéfaction en vraie grandeur en 2026 ?
Oui. Avec l'OD tenu à 0.5–1.5 mg/L, le SRT à 7–12 jours et le FA dans la plage 5–15 mg/L en N, plusieurs usines de cokéfaction chinoises ont fait tourner la SND en continu pendant plus de 18 mois avec un NT d'effluent <15 mg/L.
Quel prétraitement est obligatoire avant un réacteur A2O ou SND de sidérurgie ?
Huiles <20 mg/L par DAF, cyanure total résiduel <0.5 mg/L par chloration alcaline, et phénol résiduel <100 mg/L par stripping, extraction ou oxydation Fenton. Sans cela, les taux de nitrification chutent de 40–70 %.
Combien d'énergie d'aération la nitrification-dénitrification courte économise-t-elle par rapport à la nitrification complète ?
Environ 25 % de puissance de soufflante en moins parce que seul NH4+ → NO2- est oxydé, pas NH4+ → NO3-. La demande en méthanol pour l'étape de dénitrification baisse aussi d'environ 40 % pour la même élimination de NT.
Un MBR peut-il remplacer le clarificateur secondaire dans une chaîne A2O d'eaux usées de cokéfaction ?
Oui. Un MBR PVDF après la zone aérobie tourne à 10–15 LMH de flux, tient le MLSS à 8,000–12,000 mg/L, et produit un effluent MES <1 mg/L et NT <10 mg/L, supprimant le clarificateur et permettant la réutilisation directe.
