Traitement des eaux usées des aliments et des boissons : quand utiliser le DAF, le traitement biologique ou le MBR

Réponse directe : Flottation d'air dissous (DAF), traitement biologique et bioréacteurs à membrane (MBR) résolvent généralement différentes parties d'un problème d'eaux usées alimentaires ou de boissons. Le DAF est principalement utilisé pour séparer les graisses, les huiles, la graisse et les solides en suspension ou coagulés. Le traitement biologique élimine la charge organique dissoute et fine biodégradable. Le MBR combine le traitement biologique avec la séparation des solides membranaires lorsqu'un encombrement compact ou des solides en suspension à faible intensité est important. De nombreuses plantes ont besoin d'une séquence, telle que le dépistage, la péréquation, le DAF, le traitement biologique et le polissage, plutôt que le choix d'une seule technologie. La dernière voie dépend des sources d'eaux usées, du calendrier de production, de la DCO/DBO, du brouillard, des solides, des nutriments, de la salinité, des produits chimiques de nettoyage, de la cible de rejet ou de réutilisation, de conditions de site et de gestion résiduelle.

Introduction

Les eaux usées des aliments et des boissons semblent simples, car une grande partie de sa pollution est organique. En pratique, cela peut être l'une des eaux usées industrielles les plus variables à exploiter.

Une ligne de mise en bouteille de boissons peut produire de grands débits de rinçage avec du sirop intermittent ou des pertes de produits. Une laiterie peut générer des solides laitiers, des graisses, des protéines, des produits chimiques de nettoyage et des flux de lactosérum à haute résistance. Une brasserie ou une distillerie peut décharger les matières organiques solubles, la levure, le produit usé, l'eau de nettoyage et le pH variable. Les plantes de viande, de volaille et de fruits de mer ajoutent des graisses, des protéines, du sang, des solides en suspension et des cycles d'assainissement. Les opérations de sucre et d'amidon peuvent générer des charges hautement biodégradables avec des variations saisonnières ou par lots.

Cette variation est importante car la station d'épuration reçoit à la fois de l'eau et de la masse. Un déversement de produits courts peut apporter plus de morue que les heures de rinçage normal. Une décharge propre sur place (CIP) peut changer de pH rapidement ou introduire des produits chimiques qui inhibent la biologie. Une période de nettoyage à haut débit peut laver les solides grâce à un équipement sélectionné uniquement à partir du débit quotidien moyen.

La bonne question d'approvisionnement n'est donc pas "DAF est-il meilleur que MBR ?" C'est "quels polluants doivent être éliminés à chaque étape, quelle variation le système doit-il absorber et quelle qualité d'effluent est requise au point d'échantillonnage final ?" Les acheteurs peuvent utiliser ce cadre lors de l'examen d'une solution de traitement de l'eau et des boissons ou système de traitement des eaux usées industrielles.

Start by Mapping Wastewater Sources

L'EPA des États-Unis identifie la DBO, la DCO, le TSS, l'huile et la graisse, le pH, l'azote et le phosphore parmi les paramètres couramment pertinents pour les eaux usées de transformation des aliments. Les directives de la Fédération de l'environnement aquatique mettent également en évidence la matière organique facilement dégradable, les produits chimiques CIP, les désinfectants, le TDS et le brouillard comme considérations opérationnelles importantes. Ces catégories sont un point de départ utile, mais l'acheteur a toujours besoin de données spécifiques à l'installation.

Contacts de produits et pertes de production

La matière première, le produit intermédiaire et le produit hors spécification peuvent pénétrer dans les drains lors du démarrage, de l'arrêt, du changement, des déversements ou du nettoyage de l'équipement. Le contrôle de la source peut parfois réduire la charge de traitement de manière plus économique que l'augmentation du volume du réacteur. Le nettoyage à sec, la récupération des produits, les écrans de vidange et les procédures de décharge contrôlée doivent être examinés parallèlement aux équipements de traitement.

Eau de nettoyage et d'assainissement

Les séquences CIP peuvent contenir des étapes caustiques, acides, oxydantes, désinfectantes et de rinçage. La décharge peut créer des pics de pH, des changements de conductivité, des changements de température, une charge de phosphore ou d'azote, une mousse et une inhibition biologique temporaire. Enregistrez le volume du cycle, la fréquence, la concentration chimique et si les premiers rinçages concentrés peuvent être collectés séparément.

graisses, huiles et graisse

Le brouillard peut flotter, émulsionner, revêtir les instruments, bouchons, perturber la décantation et les membranes encrassées. Son comportement dépend de la température, de la taille des gouttelettes, des détergents, de l'émulsification et de la proportion qui est libre, dispersée ou chimiquement stabilisée. Un seul numéro « huile et graisse » ne décrit pas complètement la séparabilité.

Solides suspendus et séparables

Les peelings, les fibres, l'amidon, les protéines, les os, les coquilles, le sol, la levure et d'autres solides peuvent souvent être éliminés avant qu'ils ne se dissolvent ou soient finement dispersés. Les écrans et la séparation primaire réduisent la charge sur les stades chimiques et biologiques.

Organiques biodégradables dissous

Les sucres, les alcools, l'amidon soluble, les acides organiques et les protéines peuvent créer une DBO et une morue élevées. Le traitement biologique est généralement le principal mécanisme d'élimination de cette fraction biodégradable dissoute, mais la variation de charge, la température, les nutriments, l'alcalinité et les produits chimiques inhibiteurs affectent les performances.

Nutriments, sels et constituants spécifiques

L'azote et le phosphore peuvent être présents dans les matières premières, les nettoyants ou les additifs. Le sel peut provenir du produit, de la saumure, de la régénération ou du nettoyage. La couleur, la température, les agents pathogènes ou un produit chimique spécifique peuvent être importants pour certaines opérations. Le plan d'analyse doit suivre le processus réel et l'exigence de rejet ou de réutilisation.

Ce que DAF fait et ce qu'il ne fait pas

DAF libère de fines bulles d'air dans les eaux usées conditionnées. Les bulles s'attachent à des particules ou flocs appropriées et les transportent à la surface pour être retirées sous forme de boues de flottement. Dans les usines alimentaires, le DAF est souvent évalué après le dépistage et la péréquation du brouillard, des solides en suspension et de la morue particulaire ou colloïdale.

Quand DAF est un candidat solide

• Les eaux usées contiennent du brouillard flottant ou des solides à faible densité;
• La coagulation et la floculation peuvent convertir les colloïdes en flocs séparables ;
• Un prétraitement est nécessaire pour protéger un processus biologique en aval ;
• L'empreinte favorise la flottaison par rapport à un grand séparateur de gravité ;
• L'usine peut opérer un dosage de produits chimiques et gérer les boues de flottement.

Entrées de conception DAF

Le fournisseur a besoin de variation de débit, de température, de pH, de TSS, de brouillard, de fractions de DCO, de comportement des particules et d'informations sur les tests en pot. La conception dépend également de la charge hydraulique, du rapport de recyclage, de la pression du saturateur, de la relation air-solide, des conditions de floculation, de l'écrémage et de la manipulation des boues.

Limites DAF

DAF n'élimine pas toute la morue dissoute. Un effluent DAF visuellement clair peut toujours contenir une charge biodégradable élevée. Un mauvais dépistage, un pH instable, des détergents émulsifiants, un dosage incorrect ou une élimination faible des boues peuvent également réduire les performances. Le DAF doit être jugé par la masse polluante définie et l'impact en aval, et non par l'apparence seule.

Quel traitement biologique fait

Le traitement biologique utilise des micro-organismes pour convertir des matières organiques biodégradables et, lorsque cela est conçu, des composés azotés. Le processus peut être aérobie, anaérobie ou une combinaison.

traitement aérobie

Les boues activées, séquençage des réacteurs discontinus (SBR), les réacteurs à biofilm à lit mobile (MBBR), les bioréacteurs à membrane et d'autres systèmes aérobies utilisent de l'oxygène pour traiter la charge biodégradable. La conception doit tenir compte de la charge organique, de la demande en oxygène, de la température, du pH, des nutriments, de l'âge des boues, de la séparation des solides et de la variation attendue.

Le traitement aérobie est familier et peut produire des effluents de bonne qualité, mais l'aération consomme de l'énergie et produit des boues biologiques. Un flux à haute résistance peut nécessiter une aération importante à moins que la récupération en amont, le DAF ou le traitement anaérobie ne réduise la charge.

Traitement anaérobie

Les processus anaérobies peuvent être attrayants pour des eaux usées suffisamment solides et biodégradables car elles nécessitent généralement moins d'aération, peuvent produire moins de boues biologiques et peuvent générer du biogaz. Le guide de la Fédération de l'environnement aquatique décrit différentes configurations anaérobies et souligne que les caractéristiques des solides, du brouillard, des charges organiques et des eaux usées affectent la technologie applicable.

Le traitement anaérobie ne convient pas automatiquement à toutes les plantes alimentaires. Faible température, charge organique variable ou faible, brouillard ou solides en suspension, salinité, produits chimiques de nettoyage inhibiteurs, équilibre nutritif et faible soutien de l'opérateur peuvent affecter la stabilité. Les effluents anaérobies nécessitent également généralement un polissage aérobie ou autre avant la décharge ou la réutilisation.

Nutrient removal

Si des limites totales d'azote ou de phosphore s'appliquent, la voie biologique et chimique doit être conçue en conséquence. La dénitrification nécessite une zone anoxique et une relation carbone appropriées. L'élimination biologique du phosphore nécessite des conditions appropriées; L'élimination chimique du phosphore crée des boues supplémentaires. Les besoins en éléments nutritifs de la biomasse doivent également être revus lorsque les eaux usées sont riches en carbone mais déficientes en azote ou en phosphore.

Où MBR s'adapte

Un MBR combine un traitement biologique avec une filtration membranaire pour la séparation solide-liquide. Au lieu de ne compter que sur un clarificateur secondaire pour retenir la biomasse, la membrane produit un effluent avec des solides en suspension faibles lorsqu'il est utilisé correctement.

Raisons d'évaluer le MBR

• Empreinte limitée ;
• un besoin de TSS ou de turbidité constamment faibles avant le traitement en aval de la réutilisation ;
• des caractéristiques de décantation variables qui rendent difficile la clarification conventionnelle ;
• Une concentration de biomasse plus élevée ou une stratégie de rétention de solides plus longues est utile ;
• Le propriétaire peut prendre en charge le nettoyage, l'aération, la surveillance et le remplacement des membranes.

Ce que MBR ne résout pas

Le MBR n'est pas un substitut au contrôle du brouillard et des solides. La graisse, les fibres et les eaux usées mal conditionnées peuvent encrasser les tamis et les membranes. Le MBR n'élimine pas non plus tous les sels dissous. Si la réutilisation nécessite une faible TDS, un RO ou une autre étape de dessalement peut encore être nécessaire, créant un concentré qui doit être géré.

Le flux de la membrane, la correction de la température, la perméabilité, la pression transmembranaire, l'aération, la fréquence de nettoyage, la compatibilité chimique et la redondance doivent être indiqués dans la proposition. Une petite empreinte membranaire ne signifie pas que l'ensemble du système biologique et de prétraitement est faible.

DAF vs Traitement biologique VS MBR

Les technologies sont souvent complémentaires. Un train de traitement peut utiliser un dépistage et une égalisation, suivis d'un contrôle du pH et de DAF, puis d'un traitement anaérobie et/ou aérobie, suivi d'une clarification ou d'un MBR et d'une étape de réutilisation. Une autre usine peut ne nécessiter qu'un traitement préalable avant la décharge des égouts. L'itinéraire doit correspondre à la cible plutôt que de maximiser le nombre d'opérations unitaires.

Comment le traitement change par application

Décharge, égout ou réutilisation : définir la destination

• Décharge d'égout : Le prétraitement peut cibler le pH, le brouillard, les solides ou la charge organique dans le cadre d'un accord local d'égout. Il ne doit pas être présenté comme une usine à décharge directe.
• Décharge directe : Le permis applicable peut nécessiter une DBO, une DCO, un TSS, des nutriments, des brouillards ou des agents pathogènes plus serrés. attacher la conception et les tests à cette juridiction et à ce point d'échantillonnage.
• Réutilisation de l'eau : Commencez par la destination. L'effluent biologique ou le perméat MBR n'est pas automatiquement adapté au refroidissement, au nettoyage ou à une autre utilisation. Définir les limites de filtration, de désinfection, de dessalement et de sécurité alimentaire à partir de la spécification du point d'utilisation.

Les boues, les odeurs et les résidus font partie du système

Les écrans créent des solides organiques humides. DAF crée des boues flottantes pouvant contenir des coagulants chimiques et du brouillard. Le traitement biologique crée la biomasse des déchets. La précipitation des nutriments ajoute des boues chimiques. Les membranes créent un lavage à contre-courant et le nettoyage des déchets, tandis que le RO crée du concentré.

La proposition devrait estimer les types résiduels et identifier les limites d'épaississement, de déshydratation, de stockage et d'élimination. La quantité réelle dépend de la charge d'influent, de la dose chimique, du rendement de la biomasse et des performances de déshydratation. Les acheteurs doivent demander des hypothèses plutôt qu'un seul nombre de boues non pris en charge.

La gestion des odeurs peut nécessiter des couvertures de source, la ventilation, l'entretien ménager, le temps de séjour des boues contrôlées et le traitement de l'air évacué. Les systèmes anaérobies nécessitent la collecte de gaz, la protection contre la pression, les limites d'évasement ou d'utilisation et l'examen de la sécurité.

Données requises pour un appel d'offres utile

1. Carte des sources d'eaux usées : Production, nettoyage, refroidissement, limites des eaux pluviales et domestiques.
2. Profil d'écoulement : Moyenne, pointe horaire, pic quotidien, décharges par lots, heures de fonctionnement et saisonnalité.
3. Analyse représentative : pH, température, DBO, DBO, TSS, brouillard, conductivité/TDS, azote, phosphore et paramètres spécifiques à la source.
4. CONTEXTE DE PRODUCTION : Type de produit, plage de débit, quarts de travail, changements, gestion des déversements ou des spécifications hors spécification.
5. Produits chimiques de nettoyage : Séquence CIP, concentrations, volumes, fréquence et désinfectants.
6. Cible : Égout, décharge directe ou point de réutilisation défini avec les exigences locales.
7. Conditions du site : Empreinte, hauteur, emplacement intérieur/extérieur, climat, accès et expansion future.
8. Utilitaires : Puissance, air comprimé, eau, produits chimiques, chauffage ou refroidissement et drainage.
9. Modèle d'exploitation : dotation en personnel, automatisation, capacité de maintenance, temps d'arrêt et redondance.
10. Voie résiduelle : criblages, brouillard, boues DAF, boues biologiques, déchets de membranes et concentrés.

Test avant la conception finale

Les échantillons composites devraient représenter la production, pas seulement une heure calme. L'échantillonnage doit saisir les changements de produit, le nettoyage, les périodes de charge élevée et les conditions saisonnières, le cas échéant. Le chargement massique, débit multiplié par la concentration, doit être revu parallèlement à la concentration.

Les tests JAR peuvent évaluer la coagulation, la floculation, le DAF ou le comportement de décantation. Les tests de respirométrie et de biodégradabilité peuvent aider à évaluer la traitabilité et l'inhibition biologiques. Un pilote peut être justifié pour une grande variabilité, une incertitude de charge anaérobie, un risque de décantation difficile, un risque d'encrassement de la membrane, des objectifs nutritifs exigeants ou un train de réutilisation.

Le plan de test doit indiquer la source d'alimentation, la durée, la plage, les méthodes analytiques et les critères de décision. Un fournisseur ne doit pas convertir un échantillon favorable en une garantie universelle à grande échelle.

Factory Testing, Shipment Inspection and Installation Preparation

À l'usine, vérifiez les étiquettes d'équipement, la construction, les pompes, les vannes, les instruments, les contrôles, les contrôles de fuite appropriés, les fonctions de l'eau propre, les alarmes, les documents et la fermeture de la liste des coups de poing. Les tests d'eau propre vérifient la mécanique et les contrôles, et non la morue du site, le brouillard, les performances biologiques ou membranaires. L'inspection des expéditions devrait couvrir la conservation, les ouvertures bouchées, le stockage de la membrane, les pièces détachées, les pièces de rechange, le levage et l'emballage.

Avant l'installation, préparez les fondations, les drains, l'alimentation, la ventilation, les zones chimiques et les boues, l'accès, les tuyaux d'interconnexion et les capacités de laboratoire. La mise en service doit séparer les tests d'eau, l'inoculation si nécessaire, l'introduction progressive de la charge, l'optimisation, la formation et le test de performance du site convenu.

Erreurs de sélection courantes

• Acheter DAF comme s'il supprimait toute la morue dissoute.
• Acheter du MBR comme substitut du dépistage et du contrôle du brouillard.
• Conception à partir d'un débit moyen sans pics horaires ou par lots.
• Ignorer les produits chimiques CIP et les calendriers d'assainissement.
• En supposant que toutes les eaux usées alimentaires conviennent au traitement anaérobie.
• Réutilisation prometteuse sans définir le point d'utilisation et la qualité requise.
• Omettre les boues, les odeurs et les concentrés de la portée.
• Utilisation d'un seul échantillon de prélèvement comme base de conception.
• Comparaison des prix de l'équipement sans énergie, produits chimiques, main d'œuvre et résidus.
• Traiter l'exploitation de l'eau propre en usine comme une preuve de la performance des eaux usées.

Foire aux questions

Le DAF est-il nécessaire pour chaque usine d'aliments et de boissons ?

Non. DAF est le plus précieux lorsque les eaux usées contiennent du brouillard séparable, des solides en suspension ou des colloïdes qui peuvent être conditionnés en flocs. Un flux de boissons dominée par le sucre dissous peut recevoir moins d'avantages. Les tests et l'analyse des sources doivent guider la décision.

DAF peut-il respecter la limite de décharge finale par lui-même ?

Parfois, le prétraitement est tout ce qu'exige un accord d'égout, mais DAF n'élimine pas tous les COD ou nutriments biodégradables dissous. Le rejet direct nécessite généralement un traitement biologique et éventuellement un polissage.

MBR est-il meilleur que MBBR ou SBR ?

pas universellement. Le MBR assure la séparation des solides de la membrane et peut supporter un effluent compact et à faible TSS, mais il nécessite un criblage fin, une aération de la membrane, un nettoyage et un remplacement. MBBR ou SBR peut être plus pratique dans des conditions de flux, d'empreinte, de personnel et d'effluents différentes.

Quand faut-il envisager un traitement anaérobie ?

Il peut être envisagé pour des eaux usées suffisamment solides et biodégradables lorsque la température, la stabilité de charge, les solides, le brouillard, la salinité, les inhibiteurs, la sécurité des gaz et la capacité de l'opérateur conviennent. Une étape de polissage est souvent nécessaire.

Peut-on réutiliser les eaux usées des aliments traités ?

Potentiellement, mais le point d'utilisation doit être défini. Le traitement peut nécessiter une élimination biologique, une filtration, une désinfection, un RO ou un autre polissage. Les réglementations locales et les exigences en matière de salubrité des aliments régissent les frontières du produit et de l'hygiène.

Que faut-il garantir dans la proposition ?

Indiquez les plages d'influents, le débit, la température, le calendrier d'exploitation, les services publics, les produits chimiques, le point d'échantillonnage, les méthodes analytiques et la durée du test. Définissez ensuite les paramètres d'effluent ou de réutilisation, les conditions de disponibilité, les consommables, les résidus et les responsabilités de l'acheteur.

Conclusion

Le DAF, le traitement biologique et le MBR ne sont pas des produits interchangeables. DAF élimine le brouillard et les solides appropriés. Le traitement biologique concerne la charge organique biodégradable. Le MBR ajoute la séparation des solides à base de membrane à un processus biologique. Une usine fiable d'eaux usées alimentaires et de boissons combine souvent plusieurs rôles, mais seules les étapes requises par l'eau et la destination réelles doivent être incluses.

Commencez par une carte source, un échantillonnage sensible à la production, des profils de débit et de charge en masse, une chimie de nettoyage et une cible de décharge ou de réutilisation précise. Évaluer les boues, les odeurs, l'énergie, les produits chimiques, la dotation et les résidus ainsi que les immobilisations. Cela crée un train de traitement que les opérateurs peuvent gérer et que les acheteurs peuvent comparer.

Envoyez vos besoins en eau ou en eau usée

Envoyez votre description de processus, les sources d'eaux usées, le calendrier de production, l'analyse représentative, les débits moyens et de pointe, les produits chimiques de nettoyage, la cible de rejet ou de réutilisation, les services publics du site et l'emplacement du projet. L'équipe peut vérifier si la discussion technique doit commencer par le dépistage, la péréquation, le traitement DAF, anaérobie ou aérobie, le MBR, la réutilisation du polissage ou une voie combinée, sous réserve des données de projet confirmées.

Pour les questions des acheteurs adjacents, consultez le Guide de traitement des eaux usées des abattoirs et le Guide industriel de dimensionnement des eaux usées.

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Notes de référence techniques

• Fédération de l'environnement aquatique : eaux usées des aliments et des boissons : traitements anaérobies et options de polissage/réutilisation
• U.S. EPA : Guide de conformité environnementale multimédia pour les transformateurs alimentaires
• Commission européenne JRC : Document de référence de la BAT pour les industries de l'alimentation, des boissons et du lait