Ce qui distingue le condensat huileux de compresseur comme problème de conception
Le condensat huileux de compresseur est le rejet aqueux issu des séparateurs inter-étages, des refroidisseurs finaux et des purges de réservoir d'air sur les compresseurs alternatifs et à vis, contaminé par de l'huile de lubrification entraînée, des hydrocarbures condensés et des traces d'inhibiteurs de corrosion. Ce n'est pas l'eau de dessalage de raffinerie (qui présente une teneur en huile libre plus faible mais des sels dissous plus élevés) et ce n'est pas la graisse (FOG) de l'industrie alimentaire (qui contient des matières en suspension élevées et des graisses émulsionnées). Les caractéristiques déterminantes sont un débit faible (généralement 5 à 500 m³/jour pour une seule installation), un fonctionnement intermittent lié au temps de marche du compresseur, et une double phase huileuse — huile libre à 50–500 mg/L pouvant dépasser 1 000 mg/L au démarrage du compresseur, plus une huile émulsionnée à 200–2 000 mg/L qui ne se sépare pas par simple gravité.
Enveloppe de caractérisation typique (données de terrain Zhongsheng, 2025–2026) : DCO 5 000–25 000 mg/L, DBO₅ 1 500–8 000 mg/L, MES 100–600 mg/L, huiles et graisses totales 250–2 500 mg/L, pH 6,5–8,5, température 30–60 °C. Le rapport DCO:DBO₅ d'environ 3:1 indique un flux biodégradable mais chargé en huile — tout à fait dans l'enveloppe opérationnelle d'un MBR aérobie, à condition que l'huile libre soit éliminée en amont. La revue MDPI 2022 sur les procédés biologiques dans les MBR traitant les eaux usées industrielles huileuses (Bhattacharyya et al., J. Mar. Sci. Eng., 10(9):1229, publiée en 2022-09) confirme le MBR aérobie comme configuration éprouvée pour les flux pétrochimiques chargés en hydrocarbures, mais la revue note explicitement que la charge en huiles et graisses et les fractions émulsionnées sont les principaux facteurs de colmatage des membranes et doivent être maîtrisées avant le bassin à membranes.
L'intermittence est le second axe qui met en défaut les guides génériques de MBR pour eaux huileuses. Le débit de condensat est régi par le cycle de fonctionnement du compresseur, l'humidité ambiante et le taux de condensation de l'intercooler ; le débit peut varier de 3 à 5× au cours d'une seule équipe, et lors d'un démarrage à froid le lundi matin, la fraction d'huile libre peut tripler avant que les segments stabilisateurs ne se mettent en place. Un bassin biologique dimensionné uniquement sur le débit moyen sera surchargé aux pics et sous-alimenté en veille ; la conception doit absorber cela grâce à une régulation de débit et une marge de sécurité généreuse sur la surface membranaire.
La méthode de dimensionnement en 5 étapes pour un MBR de condensat de compresseur
La méthode de dimensionnement ci-dessous est l'ordre à suivre sur un P&ID, dans une note de base de conception, ou dans un dossier de permis. Chaque étape s'appuie sur un paramètre mesurable afin que le résultat soit défendable devant un réviseur EPC ou un régulateur.
Étape 1 — Caractériser. Prélevez un échantillon composite sur 24 heures et un minimum de huit échantillons ponctuels sur une semaine d'exploitation, incluant un démarrage à froid et un événement de charge de pointe. Rapportez l'huile libre (extractible à l'hexane), l'huile émulsionnée, les H&G totaux, la DCO, la DBO₅, les MES, la température, le pH, la conductivité et un profil de débit en fonction du temps de fonctionnement du compresseur. Sans cela, chaque chiffre en aval n'est qu'une supposition.
Étape 2 — Prétraiter. Faites transiter par un séparateur à plaques ondulées (CPI) pour l'écrémage de l'huile libre, puis par un DAF pour ramener les H&G totaux sous ~50 mg/L avant le bioréacteur. Un film d'huile non filtré encrasse la surface de la membrane et inhibe le transfert d'oxygène dans le bassin d'aération ; une membrane PVDF de 0,1 μm s'encrassera en quelques jours, et non en quelques mois, si les H&G ne sont pas réduits au préalable. Un système intégré de bioréacteur à membrane MBR ne doit être spécifié qu'une fois cette enveloppe de prétraitement verrouillée.
Étape 3 — Égaliser. Dimensionnez le bassin d'égalisation à 8–24 h de débit moyen, avec mélange mécanique et aération douce pour maintenir les émulsions en suspension et prévenir la génération d'odeurs anaérobies. La fenêtre de 8–24 h couvre la variation de débit de 3 à 5× typique des cycles de fonctionnement des compresseurs sans déborder lors d'un pic de démarrage à froid.
Étape 4 — Traiter biologiquement. Bassin aérobie à TRH 18–36 h, MES liqueur mixte 8 000–12 000 mg/L, TRS 25–40 j, F/M 0,05–0,15 kg DBO/kg MES·j, OD 2–3 mg/L, pH 7,0–7,5. Ensemencez avec des boues acclimatées aux hydrocarbures provenant d'une raffinerie ou d'une station d'épuration d'eaux de production, si disponibles ; sinon, ensemencez à partir d'une station municipale et augmentez progressivement les MES sur 4 à 6 semaines tant que les H&G de l'affluent restent sous 100 mg/L.
Étape 5 — Filtrer sur membrane. Sélectionnez un module à plaques planes PVDF immergé avec un flux de 8–12 L/m²·h (40 à 60 % en dessous des normes MBR municipales), avec des cycles de relaxation plus rétrolavage toutes les 8–12 min et une aération de récurage dédiée de 0,3–0,5 m³ d'air par m² de surface membranaire par heure. Un module de bioréacteur à membrane à plaques planes PVDF série DF dans l'enveloppe de 80 à 225 m² par unité est le choix standard pour cet usage.
Paramètres de conception MBR pour condensat huileux (tableau de référence 2026)
Le tableau ci-dessous consolide l'enveloppe de fonctionnement pour un MBR traitant un condensat de compresseur. Utilisez-le comme section MBR de la fiche technique du procédé ou comme encadré du PFD.
| Paramètre | Valeur de conception | Plage de fonctionnement | Remarques |
|---|---|---|---|
| Débit de conception | spécifique au site | 5–500 m³/jour | condensat quotidien moyen |
| Facteur de débit de pointe | 1,5× | 1,3–2,0× | dimensionner l'égalisation pour la pointe |
| TRH d'égalisation | 16 h | 8–24 h | tampon pour les variations de cycle de fonctionnement |
| TRH du bioréacteur | 24 h | 18–36 h | la charge en huile détermine la limite supérieure |
| MLSS | 10 000 mg/L | 8 000–12 000 mg/L | un MLSS plus élevé augmente la viscosité et réduit le flux |
| SRT | 30 j | 25–40 j | un SRT long favorise les micro-organismes à croissance lente sur les hydrocarbures |
| F/M | 0,10 | 0,05–0,15 kg DBO/kg MLSS·j | la DBO liée aux huiles augmente le F/M |
| Consigne d'OD | 2,5 mg/L | 2–3 mg/L | l'air de décolmatage dans le bassin à membranes est distinct |
| Flux membranaire | 10 L/m²·h | 8–12 L/m²·h | 40 à 60 % inférieur aux normes des MBR municipaux |
| Aération de décolmatage | 0,4 m³/m²·h | 0,3–0,5 m³/m²·h | surpresseur dédié pour le bassin à membranes |
| Intervalle de rétrolavage | 10 min | 8–12 min en marche / 1–2 min à l'arrêt | relaxation + impulsion côté perméat |
| Température de conception | 30 °C | 15–40 °C | réduire le flux de 1,5 %/°C en dessous de 20 °C |
La plage de flux de 8–12 L/m²·h est volontairement inférieure de 40 à 60 % aux 20–25 L/m²·h typiques des MBR municipaux ; c'est le prix à payer pour exploiter un MBR sur un flux qui contient de l'huile émulsionnée résiduelle même après le DAF. Ce flux prudent est cohérent avec les travaux de caractérisation de l'encrassement membranaire sur les eaux usées huileuses hypersalines, qui ont identifié les couches de gel huile-protéine-polysaccharide comme le principal mécanisme d'encrassement à des flux plus élevés (Elsevier Chemical Engineering Journal, 2010, 10.1016/j.cej.2010.12.053, étude publiée en 2010-12, résultats encore cités comme plage de référence dans la conception des MBR huileux en 2026). Les modules de la série DF couvrent 80–225 m² par unité pour un débit de 32–135 m³/jour avec des feuilles plates en PVDF de 0,1 μm, ce qui permet à une station de 20–200 m³/jour de choisir un ou deux modules sans surdimensionnement.
Chaîne de prétraitement : pourquoi les séparateurs CPI et le DAF sont incontournables
Lésiner sur le prétraitement est la cause la plus fréquente de colmatage membranaire prématuré et d'effondrement biologique dans les MBR traitant des condensats huileux. L'huile libre doit être réduite à <50 mg/L (de préférence <20 mg/L) avant le bioréacteur : les films d'huile obstruent les pores de la membrane de 0,1 μm en quelques heures et enrobent les flocs de biomasse, ce qui réduit le transfert d'oxygène et diminue la biomasse efficace liée au SRT. Deux opérations unitaires permettent de gérer cela de manière fiable.
Séparateur à plaques ondulées (CPI). Dimensionné pour une charge surfacique de 0,5 à 1,0 m³/m²·h avec un temps de séjour de 5 à 15 min, avec un déversoir d'écumage automatique des huiles en sortie. Le CPI élimine les huiles libres en masse qui, autrement, saturerait le DAF et consommerait un excès de polymère.
Flottation à air dissous (DAF). Dimensionnée pour une charge hydraulique de 4 à 6 m³/m²·h pour les flux huileux, un ratio air/solide de 0,02 à 0,05 kg d'air/kg de MES, et un dosage de polymère de 2 à 10 mg/L (coagulant plus floculant) pour rompre les émulsions eau-huile. Un système de flottation à air dissous ZSQ couvrant la plage de 4 à 300 m³/h répond à l'enveloppe typique de 5 à 200 m³/jour de condensats sur un seul skid.
Un skid de dosage chimique constitue le troisième volet de la filière. Le choix du polymère et l'ajustement du pH ne sont pas optionnels sur les condensats ; le pH doit être relevé à 7,0–7,5 avant la biologie, et l'injection de coagulant (généralement du PAC à 50–150 mg/L plus un polymère anionique à 2–5 mg/L) est ce qui permet de rompre la fraction émulsionnée que la gravité seule ne peut faire décanter. Un skid de dosage chimique automatique avec injection pilotée par automate maintient ces points de consigne stables malgré des variations de débit de 3 à 5×. Pour les usines exploitant déjà le dimensionnement du DAF pour les rejets d'eaux blanches ou d'autres flux huileux, la même enveloppe DAF s'applique ; seuls le dosage de polymère et la cible de pH changent.
Dimensionner la membrane : flux, surface et nombre de modules
Le calcul de la surface membranaire pour un MBR immergé est simple, à condition que les données d'entrée soient exactes. La formule est :
Surface membranaire (m²) = Débit journalier (m³/jour) × 1000 / (24 × flux de conception, L/m²·h)
Calculé pour un débit moyen de 20 m³/jour avec un facteur de pointe de 1,5× (soit 30 m³/jour en pointe) et un flux de conception de 10 L/m²·h : surface requise = 30 000 / (24 × 10) = 125 m². Pour un flux de conception de 8 L/m²·h, le même service nécessite 156 m², ce qui constitue la limite basse en exploitation hivernale à 15 °C lorsque la viscosité augmente. La gamme de modules DF, à 80 m² ou 225 m² par unité, permet à une installation de 20 m³/jour de choisir deux unités de 80 m² (160 m² installés, environ 28 % de redondance) ou une unité de 225 m² avec une marge pour la croissance future de la charge.
| Débit journalier (m³/jour) | Débit de pointe (m³/jour) | Flux de conception (L/m²·h) | Surface requise (m²) | Nombre de modules (série DF) | Surface installée (m²) | Redondance |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 15 | 10 | 63 | 1 × 80 m² | 80 | 27 % |
| 20 | 30 | 10 | 125 | 2 × 80 m² | 160 | 28 % |
| 50 | 75 | 10 | 313 | 2 × 225 m² | 450 | 44 % |
| 100 | 150 | 10 | 625 | 3 × 225 m² | 675 | 8 % |
| 200 | 300 | 10 | 1 250 | 6 × 225 m² | 1 350 | 8 % |
La déclassification en fonction de la température compte pour les bassins de régulation extérieurs ou non isolés : le flux chute d'environ 1,5 % par °C en dessous de 20 °C à mesure que la viscosité de l'eau augmente. Un flux de condensat à 30 °C ne nécessite aucune déclassification ; un flux hivernal à 15 °C nécessite 7 à 8 % de surface supplémentaire. Installez toujours au moins un module de secours en parallèle afin que toute unité individuelle puisse être isolée pour un nettoyage chimique en place (CIP) avec 1 000–2 000 mg/L de NaOCl ou 0,5–2 % d'acide citrique, sans arrêter l'ensemble du MBR. L'enveloppe de skid du système intégré de bioréacteur à membrane MBR pour traitement des eaux usées, de 10 à 2 000 m³/jour, couvre l'ensemble de la plage de 5 à 500 m³/jour de condensat de compresseur traitée dans cet article. Une sélection complète de surface et de modules s'appuie sur l'enveloppe du module à membranes planes en PVDF de la série DF, la seule famille d'unités submergées en PVDF de 0,1 μm dimensionnée pour cette classe de service précise en 2026.
Exemple numérique détaillé : MBR pour 20 m³/jour de condensat de compresseur
L'exemple ci-dessous présente la méthode complète de bout en bout sur un cas réaliste : trois compresseurs à vis de 200 kW à une charge moyenne de 70 %, produisant 20 m³/jour de condensat avec une pointe de 1,5× les après-midis chauds. Un dégrilleur rotatif de 5 mm à l'entrée du CPI protège les plaques en aval du tartre de rouille, selon l'enveloppe de service du dégrilleur mécanique rotatif de la série GX.
| Étape | Paramètre | Valeur | Base |
|---|---|---|---|
| Entrée | Débit moyen | 20 m³/jour | 3 × 200 kW à 70 % de charge |
| Entrée | Débit de pointe | 30 m³/jour | Facteur de démarrage à froid de 1,5× |
| Intrant | DCO / DBO₅ | 12 000 / 4 000 mg/L | échantillon de terrain, août 2025 |
| Intrant | Huile libre / huile émulsionnée | 300 / 800 mg/L | extractible à l'hexane |
| Prétraitement | Sortie CPI H&G | <100 mg/L | écumage par gravité |
| Prétraitement | Sortie DAF H&G | <30 mg/L | 6 m³/m²·h, 5 mg/L de polymère |
| Égalisation | Volume du bassin | 25 m³ | TRH de 30 h en moyenne, 20 h en pointe |
| Bioréaction | Volume du bassin | 18 m³ | TRH de 24 h à débit moyen |
| Bioréaction | MLSS / SRT / F/M | 10 000 mg/L / 30 j / 0,09 | ensemencement acclimaté |
| Bioréaction | OD / pH / température | 2,5 mg/L / 7,2 / 35 °C | contrôle de l'aération |
| Membrane | Surface requise | 125 m² | 30 000 / (24 × 10) |
| Membrane | Sélection des modules | 2 × 80 m² série DF | 160 m² installés |
| Membrane | Air de raclage | 0,4 m³/m²·h | soufflante dédiée |
| Membrane | Rétrolavage | 10 min actif / 1 min arrêt | impulsion côté perméat |
| Effluent | DCO / H&G / MES | ≤50 / ≤5 / ≤1 mg/L | réutilisation industrielle ou réseau d'égout |
L'enveloppe d'effluent avec DCO ≤50 mg/L, H&G ≤5 mg/L, MES ≤1 mg/L est suffisante pour une réutilisation industrielle (appoint de tour de refroidissement, alimentation de laveur de gaz) ou un rejet à l'égout, sous réserve des limites de l'arrêté local sur l'usage du réseau d'égout. Les ingénieurs qui dimensionnent des chaînes à rejet liquide nul en aval du MBR pour un flux huileux similaire peuvent suivre la même logique dans le guide dimensionnement du ZLD pour les eaux huileuses de presse à emboutir.
Questions fréquemment posées
Quel flux dois-je utiliser pour un MBR sur du condensat huileux de compresseur ?
Concevez à 8–12 L/m²·h, soit 40 à 60 % en dessous de la norme de 20–25 L/m²·h pour les MBR municipaux. Cette enveloppe prudente tient compte de l'huile émulsionnée résiduelle qui survit au DAF et forme une couche de gel sur la membrane. À 30 °C, aucune déclassification liée à la température n'est nécessaire ; à 15 °C, réduisez de 7–8 % (1,5 % par °C en dessous de 20 °C).
Puis-je me passer du DAF et alimenter le MBR directement après le CPI ?
Non. Le CPI élimine l'huile libre en masse mais laisse de l'huile émulsionnée dans la plage de 200–2 000 mg/L, ce qui encrasse les membranes PVDF de 0,1 μm en quelques jours et inhibe le transfert d'oxygène dans le bioréacteur. Un système de flottation à air dissous ZSQ dimensionné à 4–6 m³/m²·h avec 2–10 mg/L de polymère est requis pour ramener les H&G totales sous 50 mg/L avant le MBR.
Comment gérer les pics de pollution par les huiles au démarrage à froid le lundi matin ?
Dimensionnez le bassin de régulation pour 8 à 24 h de débit moyen avec agitation et aération douce, puis exploitez le DAF en mode discontinu asservi au niveau afin qu'un pic d'huile libre supérieur à 1 000 mg/L soit capté par l'écumage du séparateur CPI et l'ajustement du dosage de polymère du DAF avant d'atteindre le bioréacteur. Le facteur de pointe de débit sur le MBR doit être de 1,3 à 2,0× ; 1,5× est la sélection type pour le condensat de compresseur.
Quelles valeurs de MES et d'âge de boues conviennent à une biomasse acclimatée aux hydrocarbures sur condensat ?
Exploitez à une MES de 8 000 à 12 000 mg/L et un âge de boues de 25 à 40 jours, avec un rapport F/M de 0,05 à 0,15 kg DBO/kg MES·j. Un âge de boues élevé favorise les bactéries hydrocarbonoclastes à croissance lente qui biodégradent les entraînements d'huile de lubrification ; un F/M supérieur à 0,20 indique généralement une régulation insuffisante ou un flux membranaire insuffisant. La revue MDPI de 2022 (Bhattacharyya et al., J. Mar. Sci. Eng., 10(9):1229) confirme cette plage pour les eaux usées huileuses pétrochimiques.
La même méthode de dimensionnement s'applique-t-elle à des flux huileux similaires comme les eaux blanches ou le soapstock ?
La structure est identique — caractériser, prétraiter (CPI/DAF), réguler, traiter biologiquement, filtrer sur membrane — mais les paramètres varient. Les eaux blanches présentent des MES plus élevées et une DCO plus faible, ce qui déplace la charge de prétraitement en amont ; la méthode parallèle figure dans le guide dimensionnement du MBR pour les eaux blanches. Le condensat de compresseur se distingue par la combinaison unique d'un faible débit, d'une forte intermittence et de phases d'huile à la fois libre et émulsifiée.
