Méthodologie de choix de polymères biosourcés pour la coagulation-floculation de l’eau et des boues

Les stations d’assainissement des eaux usées sont fortement consommatrices de produits chimiques non biodégradables pour agglomérer/densifier la matière afin de faciliter sa séparation de l’eau. Ces produits se retrouvent dans les eaux rejetées en rivière et/ou dans les boues qui retournent au sol. L’enjeu dans les années futures est de diminuer l’empreinte environnementale des stations d’épuration en substituant totalement ou partiellement ces réactifs par des produits biosourcés. Ce type de produits a montré des résultats prometteurs pour ce type d’applications, mais rares sont ceux qui ont dépassé le cadre du laboratoire pour être déployés à l’échelle de la station d’épuration. L’article illustre la démarche entreprise, dans le cadre du projet BIOFLOCS financé par le Carnot Eau et Environnement, de sélection de produits biosourcés pour traiter un ou plusieurs types de matrices (eaux usées, boues). Cette démarche multi-échelle passe par un recensement de produits locaux disponibles à une échelle industrielle, par une caractérisation fine des biopolymères et des flocs/agglomérats formés avec les matrices sélectionnées, par une étude comportementale de ces flocs/agglomérats en vue de leur séparation de l’eau et par des tests à une échelle pilote pour être plus représentatif des contraintes qu’ils vont subir dans les équipements industriels. Les biopolymères à base de tannin, d’amidon et de chitosane ont été particulièrement étudiés. L’étude confirme les retours d’expérience industriels de performances moindres en clarification des eaux et en déshydratation des solides que le polyacrylamide, même à des doses jusqu’à 10 fois plus élevées en raison de leur plus faible poids moléculaire et de la structure des flocs formés. Elle ouvre, par contre, la voie à des couplages entre les biopolymères (en remplacement des sels métalliques) et les polymères pétro-sourcés pour en réduire leur dose de manière significative.

Wastewater treatment plants rely on large amounts of non-biodegradable chemicals to agglomerate and increase the density of matter to facilitate its separation from water. These chemicals can then be discharged into river waters and/or in sludge that ultimately returns to the ground. The challenge in the coming years is to reduce the environmental footprint of wastewater treatment plants by the complete or partial replacement of these reagents with bio-sourced polymers. Bio-sourced polymers have shown promising results for this type of application, but only a few of them have gone beyond the laboratory scale to be deployed at the scale of the wastewater treatment plant. This article illustrates the approach undertaken within the framework of the BIOFLOCS project funded by the Institut Carnot Eau et Environnement to select bio-sourced products to treat one or more types of matrices (wastewater, sludge). This multi-scale approach involves an inventory of locally sourced products available on an industrial scale, a detailed characterization of the biopolymers and flocs/agglomerates formed with the selected matrices, an investigation of the formation of flocs/agglomerates and their separation from water and tests on a pilot scale to be more representative of the constraints they will undergo in industrial equipment. Biopolymers based on tannin, starch and chitosan were particularly studied. The study confirms industrial feedback of lower performance in water clarification and solid dehydration for biopolymers compared to polyacrylamide, even at doses up to 10 times higher due to their lower molecular weight and the structure of the flocs formed. However, our results demonstrate that partial replacement of petro-sourced polymers by coupling with them with biopolymers (replacing metal salts) can significantly reduce their dose.

Projet présenté au Congrès Mondial de la Filtration (WFC14).