Traitement des effluents de brasserie : quand utiliser l’anaérobie, l’aérobie, le MBR et la réutilisation de l’eau

Présentation

Les eaux usées de brasserie sont généralement biodégradables, mais elles ne sont pas simples. Les pertes de bière, de levure, de sucres, de produits chimiques de nettoyage, de lavage des bouteilles ou des fûts, de lavage du sol et de flux d'électricité peuvent créer de grandes variations dans le débit, le pH, la température et la charge organique. Une usine de traitement conçue à partir d'un échantillon composite moyen peut se battre lorsqu'une perte de produit concentrée ou une décharge propre en place atteint le réservoir de péréquation.

Cet article donne aux propriétaires de brasseries, aux sociétés d'ingénierie et aux équipes d'approvisionnement une façon structurée de préparer les données, de comparer les itinéraires de traitement et de définir les exigences d'essai, d'expédition et d'acceptation.

Carte de la brasserie avant de sélectionner l'équipement

Les lignes directrices de la Société financière internationale de la brasserie EHS traitent la prévention de la pollution et le contrôle des processus dans le cadre de la gestion des eaux usées. La charge la plus rentable est souvent la charge qui n'entre jamais dans le drain.

Une carte source devrait au moins identifier :

• les pertes de brassage et de manutention du millepertuis;
• fermentation et flux de levure;
• les résidus de filtration et de clarification;
• la récupération de la bière ou le produit hors spécification;
• le lavage de la bouteille, de la boîte et du fût;
• nettoyage des rejets acides, caustiques et désinfectants;
• lavage des sols et des équipements;
• drains de surface d'emballage;
• les rejets d'eau de refroidissement et de chaudière;
• lavage à l'eau et concentré membranaire;
• laboratoire, entretien et eaux usées sanitaires.

Chaque cours d'eau ne devrait pas être envoyé à une seule plante biologique. Le grain usé, la levure et le produit concentré peuvent avoir des options de récupération ou d'élimination contrôlée. Les lots acides et caustiques forts peuvent nécessiter une collecte contrôlée et une neutralisation progressive. L'eau de refroidissement propre peut ne pas nécessiter le même traitement que les eaux usées contact-produit, sous réserve des exigences locales.

La carte des eaux usées devrait indiquer l'origine de chaque cours d'eau, le moment prévu, le volume, la température et la composition, et si elle est continue, planifiée ou accidentelle.

Pourquoi le débit et la charge organique changent si rapidement

La production de brasserie est axée sur les lots. Le nettoyage suit souvent des programmes de brassage, de fermentation, de transfert ou d'emballage. La station de traitement des eaux usées voit donc une séquence d'événements plutôt qu'une influence constante.

Le matériel d'entraînement de la brasserie EPA=S décrit les apports d'eaux usées provenant d'ingrédients brasseurs, de levures, de résidus de produits et de solutions de nettoyage. Il note également que les rejets rapides d'acides ou de causes peuvent entraîner de grandes fluctuations du pH. Une inspection EPA d'une brasserie a documenté les pics de charge associés aux activités de nettoyage et d'assainissement prévues. Ces sources renforcent une règle de conception pratique : enregistrer quand les eaux usées sont générées, pas seulement la quantité produite par jour.

Le suivi utile comprend:

• l'enregistrement d'écoulement à un intervalle approprié;
• évolution du pH et de la température;
• Profils COD ou TOC pour les cycles de production et de nettoyage;
• TSS et matières solides ajustables;
• BOD pour la biodégradabilité et l'évaluation réglementaire;
• azote total et phosphore;
• huile et graisse lorsque l'entretien ou les flux de cuisine contribuent;
• conductivité, chlorure et autres sels pertinents pour le nettoyage ou la réutilisation des produits chimiques;
• observations de couleur, mousse, odeur et solides visibles.

L'échantillonnage devrait capter l'infusion normale, l'emballage, la décharge CIP, les événements à forte perte et les périodes de faible production. Un échantillon composite peut supporter la caractérisation moyenne, tandis que des échantillons ciblés révèlent des flux latéraux qui ne devraient pas être cachés par dilution.

Réduction des sources et prétraitements

Conserver le produit et les solides hors du drain

Le nettoyage à sec, les plateaux de collecte, les transferts contrôlés et la récupération des sous-produits utilisables peuvent réduire la charge organique et solide. La taille et la configuration de l'écran doivent correspondre aux particules de grains, aux étiquettes, aux bouchons, au risque de verre et à d'autres matériaux propres au site.

L'acheteur devrait demander comment les contrôles seront enlevés, drainés, entreposés et transportés. Un écran fin sans plan de manipulation peut devenir un problème d'odeur et de ménage.

Gérer les décharges CIP

Les produits chimiques de nettoyage peuvent causer le pH, la salinité et les chocs inhibiteurs. Enregistrer la recette, la concentration, le volume et le temps de décharge. Lorsque cela est pratique, recueillir séparément les premiers rejets concentrés ou les mesurer en égalisation. La neutralisation devrait utiliser un mélange fiable, une mesure du pH, un dosage chimique et des mesures de protection contre la surcorrection.

Assurer une péréquation effective

La péréquation réduit les pics hydrauliques et de concentration avant le traitement biologique. Il devrait être conçu à partir du calendrier de production et du profil de charge, et non d'un temps de rétention générique.

Révision :

• volume de travail et franc-bord;
• la suspension de mélange et de matières solides;
• les besoins en aération ou en contrôle des odeurs;
• la gestion des mousses;
• matériaux résistants à la corrosion;
• stockage d'urgence ou hors spécification;
• la réduction et la redondance de la pompe de transfert;
• surveillance du niveau, du pH et de la température;
• accès pour le nettoyage.

La péréquation ne supprime pas COD. Sa valeur est de fournir un aliment contrôlé à l'étape suivante.

Clarification ou flottation d'air dissous

Dépistage, décantation ou DAF peuvent enlever les solides en suspension et les matières flottantes avant la biologie. DAF est plus utile lorsque les contaminants peuvent être conditionnés en solides séparables ou sont déjà associés à des particules, des graisses ou des matières flottantes. Une grande partie de la brasserie COD peut être dissoute, de sorte que la séparation physique primaire seule ne doit pas être supposée atteindre une cible de rejet organique.

Les essais de coagulation ou de flottation sur bancs peuvent montrer la demande chimique, le comportement des flocons, la capture des solides et le volume des boues pour les eaux usées réelles.

Quand le traitement anaérobie est-il approprié?

Les microorganismes anaérobies convertissent la matière organique biodégradable sans oxygène, produisant du biogaz et un rendement biologique-solides plus faible qu'une voie aérobie comparable. Les projets de brasserie évaluent généralement l'UASB, l'EGSB, le contact anaérobie, la membrane anaérobie ou d'autres configurations de réacteurs en fonction des eaux usées et de l'échelle du projet.

Le traitement anaérobie mérite une évaluation lorsque:

• la charge organique est suffisamment forte et raisonnablement cohérente;
• la température des eaux usées soutient la biologie ou le chauffage sélectionné est réalisable;
• le pH et l'alcalinité peuvent être contrôlés;
• le nettoyage des produits chimiques et désinfectants peut être géré;
• l'installation peut faire fonctionner le réacteur par des changements de démarrage et de charge;
• la collecte, le traitement, la sécurité et l'utilisation du biogaz ont une portée définie;
• le polissage en aval est inclus.

Le traitement anaérobie n'est pas simplement un dispositif de récupération d'énergie. Le démarrage, la rétention de la biomasse, le risque d'acidification, l'équilibre nutritif, le sulfure, l'odeur, la sécurité des gaz et le polissage des effluents nécessitent tous des travaux d'ingénierie et d'exploitation.

Un fournisseur doit expliquer la conception du chargement organique, du chargement hydraulique, de la variation prévue, de la stratégie de biomasse, de la limite de manutention du gaz, de l'interface de torchage ou d'utilisation et de la réponse aux périodes de faible production. Toute estimation de biogaz ou d'énergie doit indiquer la base des eaux usées COD, l'élimination présumée, les hypothèses de méthane et les conditions de gaz utilisables. Sans ces intrants, une demande d'épargne précise n'est pas défendable.

Quand le traitement aérobique est-il approprié?

Le traitement aérobie utilise de l'oxygène fourni pour éliminer les matières organiques biodégradables et peut soutenir la nitrification ou d'autres objectifs d'élimination des nutriments dans la bonne configuration. Les boues activées, SBR, MBBR et MBR aérobies figurent parmi les options qui peuvent être envisagées.

Un traitement aérobie peut être utilisé:

• la phase biologique principale pour les charges modérées ou plus petites;
• après traitement anaérobie pour polir les résidus COD et BOD;
• lorsque l'infrastructure de biogaz n'est pas pratique;
• lorsque l'élimination de l'azote est nécessaire;
• où la production variable peut être gérée avec égalisation et contrôles.

La capacité d'aération doit être basée sur la charge massique et la demande en oxygène, et non sur le volume du réservoir. La proposition devrait également porter sur l'équilibre nutritionnel. Les eaux usées de brasserie peuvent contenir beaucoup de carbone, mais pas toujours l'azote et le phosphore nécessaires à une croissance stable de la biomasse. L'administration d'éléments nutritifs doit être basée sur l'analyse et la surveillance des processus plutôt que sur une recette fixe supposée.

Parmi les autres paramètres importants, mentionnons l'âge des boues, la température, l'oxygène dissous, le dépôt, les boues de retour, les boues résiduaires, la mousse et la capacité de soufflante en attente.

Qu'est-ce que MBR ajoute?

Un MBR aérobie combine un traitement biologique et une filtration membranaire pour la séparation des solides. Elle peut réduire l'empreinte associée à la clarification conventionnelle et produire des effluents à faible turbidité qui conviennent au polissage défini en aval.

MBR est souvent évalué lorsque:

• l'espace du site est limité;
• le contrôle final des solides suspendus est strict;
• un train de réutilisation suivra;
• l'usine accepte les responsabilités de nettoyage et de remplacement des membranes;
• Le prétraitement peut protéger de façon fiable le système membranaire.

MBR n'enlève pas tous les sels dissous et ne rend pas automatiquement l'eau réutilisable. Il n'élimine pas non plus la nécessité d'effectuer des calculs de contrôle des sources, de péréquation ou de charge biologique. Les acheteurs doivent demander le flux de conception des membranes, les conditions d'exploitation, la demande d'air et d'air, le dépistage, la stratégie de nettoyage, les modules de rechange et la réponse aux débits de pointe.

La recherche a démontré le traitement des eaux usées de brasserie en utilisant MBR et d'autres combinaisons de membranes, mais les résultats d'une étude ne peuvent pas être copiés dans une garantie commerciale. Le projet doit utiliser ses propres conditions d'eaux usées et d'acceptation.

Anaérobique, aérobique ou MBR : Tableau de décision

Les itinéraires peuvent être combinés. Une grande brasserie peut utiliser un traitement anaérobie pour l'élimination organique en vrac, un traitement aérobie pour le polissage et des membranes pour la séparation des solides ou la préparation de réutilisation. Une petite brasserie peut préférer un traitement aérobie bien égal. La décision devrait être fondée sur le chargement en masse, les contraintes du site et le fonctionnement du cycle de vie.

Comment définir une cible de réutilisation de l'eau

La réutilisation commence par la destination. Par exemple, l'irrigation paysagère, le nettoyage, le maquillage de la tondeuse de refroidissement ou d'autres applications sans contact avec les produits, lorsque cela est autorisé localement. Les demandes de contact avec le produit ou les applications disponibles exigent un niveau différent d'évaluation des risques et d'examen réglementaire.

Pour chaque utilisation proposée, définir:

• débit requis et profil quotidien;
• conductivité, dureté, alcalinité et limites de silice;
• COD, turbidité et cibles microbiennes;
• les exigences en matière de désinfectant résiduel ou d'UV;
• temps de stockage et système de distribution;
• protection contre les interconnexions et les refoulements;
• logique de surveillance et de détournement de l'opérateur.

Les effluents biologiques peuvent nécessiter la filtration, le charbon actif, UF, NF, RO, la désinfection ou une combinaison. Si RO est utilisé, le concentré doit être inclus dans le bilan hydrique. Une cible de récupération élevée devrait être vérifiée par rapport aux sels, aux produits organiques, à l'échelle et à l'élimination des concentrés.

L'expression "décharge zéro" ne doit pas être utilisée à moins que chaque résidu liquide et solide ait une voie définie et légale et que le bilan massique appuie la revendication.

Traitement et essais pilotes

Les tests doivent répondre à des questions spécifiques de conception. Un programme pratique peut comprendre :

• la caractérisation de l'établissement ou du dépistage;
• essais en pot ou DAF pour l'élimination des particules;
• évaluation de la réspirométrie ou de la biodégradabilité;
• activité anaérobie ou dépistage de la toxicité, le cas échéant;
• évaluation de la demande en éléments nutritifs;
• les essais d'encrassement ou de polissage des membranes en vue de leur réutilisation;
• la production de boues et les observations de déshydratation.

Les essais pilotes deviennent plus utiles lorsque les eaux usées varient grandement, que les limites de réutilisation sont strictes, que des produits chimiques de nettoyage inconnus sont présents ou que la garantie commerciale dépend d'un comportement biologique ou membranaire incertain.

Le rapport d'essai doit documenter les échantillons, le stockage, la température, les méthodes, la posologie, la durée et les limites. Un essai favorable sur un échantillon ne représente pas toutes les conditions de production.

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Essai, expédition et installation en usine

Essais en usine

Les essais en usine pour les équipements modulaires d'eaux usées de brasserie peuvent vérifier:

• l'équipement et la conformité des matériaux;
• les contrôles des fuites des citernes et des tuyauteries;
• pompes, soufflantes, mélangeurs et vannes;
• les instruments, alarmes et dispositifs de verrouillage;
• les séquences de contrôle et la communication;
• logique de nettoyage des membranes, le cas échéant;
• les contrôles des composants du train à gaz dans le cadre de la procédure de sécurité convenue;
• dessins, manuels, étiquettes et pièces de rechange.

Les essais en usine avec de l'eau propre ne prouvent pas l'élimination biologique du COD, la production de biogaz ou la qualité de réutilisation. Ces résultats exigent que les eaux usées du site, le développement de la biomasse et les essais de performance soient effectués sous la charge définie.

Contrôle des expéditions

Avant d'exporter, confirmez les instruments protégés, les raccords plafonnés, le drainage ou la conservation des modules, les articles en vrac restreints, les conditions de stockage des membranes, l'inventaire des milieux et l'identification claire. Les grands réservoirs, les équipements à gaz ou les tuyauteries extérieures peuvent être expédiés séparément des patins principaux; la liste d'emballage devrait rapprocher chaque article des plans d'installation.

Préparation de l'installation

Préparer les réservoirs civils et les fondations, le drainage, la ventilation, les zones de sécurité des odeurs et des gaz, les limites des batteries de tuyaux, l'accès au levage, l'approvisionnement électrique, le soutien en laboratoire, les produits chimiques, la biomasse des semences, la manipulation des boues et la voie de sortie approuvée.

La mise en service devrait passer de l'achèvement mécanique et des essais d'eau propre à une charge contrôlée des eaux usées, à la stabilisation de la biomasse et à la vérification des performances. Les horaires de fabrication et de nettoyage doivent être coordonnés avec le plan de démarrage.

Liste de contrôle de l'acheteur RFQ

1. Types de bière, volume de production et calendrier d'exploitation.
2. Schéma d'écoulement des procédés et carte des sources d'eaux usées.
3. Utilisation de l'eau et profil d'écoulement des eaux usées.
4. Profil de charge massique COD/BOD, pas de concentration seule.
5. TSS, nutriments, pH, température et conductivité.
6. CIP produits chimiques, recettes et calendrier de rejet.
7. Solides, levures et manipulation de produits hors spécification.
8. Attribution du permis de déchargement ou de la cible de réutilisation numérique.
9. Empreinte disponible, services publics et climat.
10. Voies d'élimination des boues et des concentrés.
11. Utilisation de biogaz ou limite de la torche si le traitement anaérobie est envisagé.
12. Redondance requise, automatisation et personnel d'opérateur.
13. Essai d'usine, mise en service et exigences d'acceptation.
14. Pays du projet, itinéraire de livraison et limites de portée.

FAQ

Pourquoi les eaux usées de brasserie ont-elles une charge organique élevée?

Les sucres, l'alcool, la levure, le millepertuis, la bière et d'autres résidus de produits contribuent à la biodégradabilité de la matière organique. La charge change avec les pertes de production et les calendriers de nettoyage, donc le débit et le profilage COD sont importants.

Le traitement anaérobie est-il toujours la meilleure option pour une brasserie?

C'est pas vrai. Il est le plus attrayant lorsque la charge de masse organique, la température, la consistance et l'échelle de fonctionnement soutiennent la digestion stable et la gestion du biogaz. Des installations plus petites ou très variables peuvent favoriser d'autres itinéraires après comparaison du cycle de vie.

Est-ce que le traitement anaérobie nécessite un stade aérobie après?

Souvent, parce que le traitement anaérobie est couramment utilisé pour l'enlèvement organique en vrac plutôt que le polissage final. L'étape en aval requise dépend des critères de rejet ou de réutilisation.

Est-ce que DAF peut supprimer la brasserie COD?

DAF peut enlever le matériau suspendu et flottant et le COD qui y est associé. Il est généralement moins efficace pour les sucres dissous, l'alcool et d'autres produits organiques solubles, qui nécessitent généralement un traitement biologique ou autre.

Quand une brasserie doit-elle considérer MBR?

MBR vaut la peine d'être évalué lorsque l'empreinte est limitée, qu'un effluent à faible turbidité est nécessaire ou qu'un train de polissage de réutilisation suivra. Le criblage, le nettoyage, l'énergie et le remplacement des membranes doivent être inclus dans la comparaison.

Les eaux usées de brasserie traitées peuvent-elles être réutilisées?

Potentiellement, pour une utilisation précise après le traitement complet, le polissage, la désinfection et la surveillance, le train satisfait aux exigences locales. La réutilisation ne peut être déterminée à partir du seul traitement biologique.

Que devrait inclure une garantie de performance?

Elle devrait préciser le débit de l'influent, la charge organique, le pH, la température et l'enveloppe chimique inhibitrice; les valeurs requises pour les effluents; les méthodes d'échantillonnage et d'essai; la période de stabilisation; les responsabilités opérationnelles; et l'état de traitement garanti.

Que peuvent prouver les photographies d'expédition?

Ils peuvent documenter l'état de l'équipement, l'emballage, les ouvertures protégées et les objets chargés. Ils ne peuvent pas prouver que le système a traité les eaux usées de brasserie ou obtenu un résultat de performance.

Conclusion

Le traitement des eaux usées de brasserie commence par le contrôle de la production et une carte des sources basée sur le temps. Le dépistage, l'égalisation et la gestion du pH protègent les stades biologiques. Le traitement anaérobie, le traitement aérobie et le MBR ont chacun un rôle défendable, mais leur adéquation dépend de la masse organique, de la variabilité, du fonctionnement du site et de la destination finale de l'eau.

Les acheteurs devraient comparer les trains de traitement complets plutôt que les noms d'équipement. Une proposition crédible explique où COD est enlevé, où les solides et le concentré vont, quelle est la portée du biogaz inclus, comment les périodes de faible production sont traitées et quels résultats peuvent être démontrés à l'usine par rapport à la brasserie en exploitation.

CTA final

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Références

• IFC / Groupe de la Banque mondiale : Lignes directrices en matière d'environnement, de santé et de sécurité pour les brasseries
• U.S. EPA: Exploitation d'usines de traitement des eaux usées — Matériel de formation sur les eaux usées de brasserie
• U.S. EPA: Rapport d'inspection des utilisateurs industriels de brasserie Sierra Nevada
• Brewers Association: Manuel de durabilité de l'eau et des eaux usées