Dans l'industrie agroalimentaire, les seuils de rejets autorisés sont plutôt stables. Les industries qui se sont mises à niveau ces dix dernières années sont donc pour la plupart équipées d'un système d'épuration leur permettant de satisfaire aux contraintes réglementaires. Leurs préoccupations du moment portent donc plutôt vers une réduction des coûts grâce à une diminution de la consommation d'eau et de la facture énergétique, par la diminution de la production de boues et de déchets et par une meilleure intégration dans l'environnement.
Dans son rapport environnemental, le groupe Danone annonce une consommation annuelle de près de 35 millions de mètres cube d'eau en 2004. Ce chiffre traduit une réduction de 8 % de sa consommation d'eau depuis 2000, objectif qu'il souhaite porter à moins 30 % à l'horizon.
2010. En parallèle, les rejets de DCO en sortie des unités de traitement des effluents passent de 4,397 milliers de tonnes en 2003 à 4,263 milliers de tonnes en 2004, soit une réduction de 134 000 tonnes en un an. Une tendance similaire est observée chez Nestlé qui communique dans son rapport environnemental 2004 avoir baissé sa consommation d'eau de 8,8 % pour atteindre 5,3 m³ d'eau par tonne produite. Au service conditionnement de la brasserie Kronenbourg de Champigneulles, le recyclage de certaines eaux de rinçage, l'optimisation des cycles de nettoyage et le remplacement de machines trop gourmandes en eau ont permis de réaliser une économie de 18 000 m³ par an.
La diminution de la consommation d'eau et la réduction des rejets observées ces dernières années s'intègrent très souvent dans une politique globale de réduction de l'impact de l'entreprise sur l'environnement dans le cadre de la mise en place du référentiel ISO 14 000. Elle est aujourd'hui menée au niveau du process.
Économiser au niveau du process. Les contraintes hygiéniques des entreprises alimentaires imposent une grande rigueur quant au choix des techniques d'économie d'eau appliquées au niveau du process : il n'est pas question de recycler l'eau à partir de l'effluent. En général, le problème est traité atelier par atelier, voire machine par machine, ce qui permet de respecter les contraintes locales. Pour le lavage des légumes, par exemple, il s'agit de réduire la consommation d'eau des machines par l'utilisation de techniques à contre-courant ou en remplaçant les buses d'aspersion par de nouvelles technologies moins gourmandes en eau. L'eau utilisée pour cette tâche peut également être débarrassée des impuretés par filtration dans une centrifugeuse placée au pied de la machine. De gros efforts sont également réalisés au niveau du nettoyage en ligne où une optimisation de la coupure des différentes phases contenues dans la tuyauterie permet de réduire le volume d'effluents. En phase de nettoyage de tuyauterie, l'eau pousse le produit en transit. Il s'agit alors de reconnaître la partie produit de l'eau de nettoyage. Cette reconnaissance permet de les séparer et de les diriger vers des circuits différents. En général, le tri est réalisé à l'aide d'un capteur.
Traiter les graisses en séparatif
Les effluents des industries agroalimentaires se caractérisent fréquemment par des eaux grasses qui perturbent parfois le fonctionnement des ouvrages de traitement. À tel point qu'il est généralement nécessaire d’intercaler un séparateur à graisses avant tout traitement des effluents. Car si les graisses ne représentent qu’une petite fraction de l'effluent total, le temps nécessaire à leur dégradation est très supérieur au temps de séjour moyen des effluents standards. Le traitement séparatif des graisses constitue alors une solution intéressante dans la mesure où il permet d'allonger leur temps de séjour sans surdimensionner pour autant l'ensemble des bassins. Plusieurs solutions existent.
Veolia Water STI propose entre autres Biolix, un traitement biologique pour éliminer les graisses issues des unités de prétraitement. Aderbio Développement propose de son côté un système automatisé de culture bactérienne et injection qui ne nécessite pas un surcroît de travail important par rapport à la filière principale de traitement, il s'agit des procédés STBG et STBEG pour l'industrie agroalimentaire, et du procédé STBM dans le domaine maritime pour le traitement des eaux grises, noires et grasses des navires.
Quant au réacteur Carbofix, il permet une forte oxygénation des effluents pour venir à bout des matières organiques les plus difficiles à traiter telles que les graisses. Basé sur un fort apport d'oxygène, il permet de traiter des charges nettement supérieures à celles appliquées aux réacteurs biologiques classiques. La dégradation des graisses s'effectue en deux étapes : l'hydrolyse où les esters sont hydrolysés en glycérol et en acides gras et oxydation où les acides gras et le glycérol sont transformés en eau et CO₂. De son côté, Ovive propose également l'installation clés en mains d'unités de traitement des graisses par biodégradation.
TEI, quant à elle, développe actuellement un procédé de traitement permettant de valoriser les eaux grasses en combustible. Après un dégrillage permettant de récupérer les matières en suspension supérieures à 200 mm, les eaux grasses sont envoyées dans un réacteur d’électrochimie où les matières dissoutes sont floculées et les matières grasses précipitées. Une filtration tangentielle à 0,1 mm permet alors de récupérer les graisses dans le concentrat qui pourront être valorisées en biocarburant.
Quant au procédé Albedo de RGA Environnement, il équilibre quatre technologies (électrolyse, traitement physicochimique, microfiltration tangentielle et charbon actif granulé) pour rendre l'effluent quasiment potable.
optique capable de trier le fluide en trois sections : produit, tampon mixte produit-fluide de nettoyage et fluide de nettoyage. Là, différents procédés peuvent être mis en œuvre pour séparer la phase du produit (qui peut parfois être recyclée) de l'eau de nettoyage qui peut, elle aussi, être nettoyée pour être recyclée.
Les développements actuels s’orientent vers une combinaison de techniques couplant le plus souvent une phase de séparation par centrifugation ou membranaire avec un traitement chimique parfaitement contrôlé pour éviter les risques d’accumulation de produits nocifs lors des passages successifs afin d’obtenir une eau de qualité alimentaire. Ainsi, la Compagnie des Fromages a choisi de recycler les détergents utilisés pour nettoyer les installations. L'entreprise a équipé ses sites de production d’un système d’ultrafiltration pour recycler ses solutions de nettoyage riches en acide phosphorique. Le procédé, installé par Hypred, se nomme Fromadec. Son objectif est le recyclage des bains détergents acides utilisés sur les tunnels de lavage dans les fromageries. Car suivant les fromageries, il est possible de rencontrer de un à cinq tunnels de lavage qui utilisent des détergents formulés à partir de l'acide phosphorique comme matière première de base. Les bains acides sont à l’origine de l'apport majoritaire du phosphore contenu dans l'effluent global reçu à la STEP.
Dans la pratique journalière, après utilisation, les bains détergents acides pollués par les souillures sont évacués systématiquement vers la STEP. Le secteur de la fromagerie est un important utilisateur de ce type de détergent.
Sur la base, entre autres, du principe de la filtration tangentielle, les bains sont recyclés et non plus évacués quotidiennement à la
STEP. Chaque jour, lorsque la production est terminée, les bains sont filtrés. L’élaboration du dispositif a conduit à un procédé qui associe un détergent spécifique et une membrane de filtration. Les bains détergents acides, épurés de la souillure qu’ils contenaient, deviennent parfaitement réutilisables. Le recyclage entend impérativement conserver toutes les caractéristiques et propriétés détergentes des bains recyclés par rapport à celles des bains initiaux. « Le procédé Fromadec réduit la consommation en détergent de 15 à 25 % en fonction des cas de figure, explique Alain Martin, chef du Service Applications et Développements chez Hypred. Cela signifie que l’économie de détergent générée à la source procure une réduction significative de la quantité de phosphore évacuée dans l’effluent global. La STEP n’a plus à transformer tout ce phosphore. L’abattement du phosphore représente un coût annuel important, contrairement à ce qui se dit parfois. Le procédé est d’autant plus intéressant qu’il procure également une économie de l’eau neuve en amont et une diminution du volume de l’effluent rejeté. »
Une autre approche consiste à traiter l’eau de pré-rinçage (eau sans produits chimiques) par ultrafiltration et osmose inverse. Les membranes retiennent alors les résidus du lait contenus dans cette eau et le filtrat peut alors être recyclé sur le site. Il faut toutefois noter que cette eau ne peut pas être réutilisée en eau potable.
Plusieurs sociétés développent dans ces domaines des technologies innovantes.
T.I.A. possède, par exemple, un savoir-faire de plus de 15 ans dans la mise en œuvre de ces techniques et compte plus de 150 références sur les cinq continents. La gamme de matériels qu’elle propose, des installations industrielles de plusieurs centaines de mètres carrés de surface filtrante aux pilotes de laboratoire, trouve son utilisation dans les industries agroalimentaires, avec notamment les produits laitiers (standardisation des protéines, préparation de bases fromagères concentrées, débactérisation, production de boissons au soja, concentration d’acide lactique, etc.), les boissons (clarification des jus de fruits et légumes, de vin et bière, concentration, standardisation, purification, etc.).
Sauveur Pannuzzo, directeur de T.I.A., explique : « Sur le lait, le traitement du lactosérum ou des perméats d’UF par nanofiltration ou osmose inverse permet de produire un effluent parfaitement clarifié et dépollué (DCO < 100) et de récupérer les MES perdues. Le recyclage des eaux de CIP par stockage (1res eaux de rinçage) ou épurées par osmose inverse (eaux basiques, eaux acides) permet des économies substantielles. La filtration des eaux peu souillées d’une phase de lavage (poissons, légumes…) sur une première phase de net- »
Pour des raisons écologiques et économiques, les viticulteurs cherchent à limiter leur consommation d'eau et la charge polluante de ces effluents. Pour les aider dans cette démarche, les Chambres d'agriculture de la Dordogne et de la Gironde ont mené une première étude sur le nettoyage des cuves des chais avec pour objectif la mesure et la comparaison des consommations d’eau en fonction des matériaux et des matériels utilisés. Les premières conclusions de cette étude révèlent que la consommation varie d'un facteur 1 à un facteur 4 selon les matériaux utilisés.
Des études similaires consacrées au nettoyage, au détartrage des barriques et au nettoyage des filtres doivent paraître prochainement.
Un nettoyage grossier, après une clarification débactérisante, permet elle aussi de réduire la facture de consommation d'eau.
Du côté des effluents, la tendance est à la baisse des déchets et à la réduction des boues.
Réduire les déchets et les boues
Une façon de réduire les déchets consiste à séparer les déchets solides de l'eau usée. Cette opération est importante pour limiter le coût, d’autant qu’après triage par centrifugation, certains produits peuvent être valorisés.
Comme Andritz et Alfa Laval, Sweco propose par exemple des équipements permettant le traitement des produits liquides et une gestion des déchets adaptée à l’élimination des matières en suspension dans les eaux résiduaires.
Les décanteuses-centrifugeuses sont adaptées pour la récupération et le recyclage de matières et la réduction des pertes de matière/produit.
Ces unités sont disponibles pour la location, l'achat ou l'essai complet sur site.
Les techniques membranaires peuvent également être mises en œuvre.
Dans un laboratoire breton, la séparation par ultrafiltration du sang et un traitement sanitaire sévère ont permis de fabriquer du boudin tout en réduisant la charge polluante !
Autre préoccupation des industriels, la réduction du volume des boues, un poste qui pèse lourd en termes de coûts d’exploitation.
Miko, filiale du groupe Unilever, produit à Saint-Dizier (52) chaque année 86 millions de litres de crèmes glacées dans une usine ultramoderne qui emploie 600 personnes.
Pour réduire ses coûts, l'industriel a profité du renouvellement du contrat d'exploitation pour établir un nouveau cahier des charges intégrant notamment une obligation de résultats quant à la quantité de boues produites.
Après appel d’offres, c’est le procédé BioControl™, d’Ondeo Industrial Solutions, qui a été retenu.
Ce procédé permet de limiter la production de biomasse grâce à un contrôle de la croissance bactérienne.
Il consiste à créer un déséquilibre physiologique des processus biologiques qui limite les réactions de déshydrogénation.
Il vise ainsi à empêcher le stockage d'énergie dans les bactéries sous forme d’ATP, principal responsable de la croissance bactérienne.
L’énergie disponible est détournée au profit de l'activité enzymatique d’hydrolyse et d'autres réactions comme la décarboxylation.
La réduction de la biomasse produite peut être adaptée en fonction de la nature des effluents et des normes de rejets.
La biomasse active et épu…
Filière laitière
Combiner plusieurs techniques pour réussir un traitement “intégré” de tous les déchets liquides
Dans la filière laitière, compte tenu de leurs particularités, de nombreux sous-produits de l’épuration ne pouvaient pas jusqu’à présent être traités dans le cadre de filières traditionnelles. C’est par exemple le cas des corps gras, difficilement biodégradables et favorisant le développement de bactéries filamenteuses, ou encore du lactosérum, trop concentré en DCO (environ 60 g d’O₂/litre) pour une station à boues activées classique et fortement carencé en nutriments (azote et phosphore).
Ces sous-produits devaient être obligatoirement séparés de la filière de traitement et pouvaient encore récemment être “valorisés” dans des conditions technico-économiques acceptables : valorisation agronomique des boues biologiques, valorisation des corps gras ou du lactosérum pour l’alimentation animale. Or, l’évolution des contraintes réglementaires et sanitaires rend ces filières traditionnelles de plus en plus onéreuses, voire même interdites dans certaines conditions.
Pour faire face à ces contraintes, Temois propose d’intégrer ces sous-produits directement dans la filière de traitement des eaux résiduaires avec la combinaison de plusieurs techniques bien maîtrisées.
Ainsi, pour être traités, les corps gras sont envoyés dans un réacteur d’hydrolyse aérobie fortement aéré. Après une aération d’environ 40 jours, les graisses hydrolysées peuvent rejoindre l’étage de traitement biologique aérobie traditionnel. Bilan du procédé :
- aucune évacuation de graisse de la station,
- aucun besoin d’ajouter des nutriments complémentaires (azote et/ou phosphore),
- absence de bactéries filamenteuses grâce à l’hydrolyse préalable au biologique.
Pour le traitement du lactosérum, celui-ci est mélangé aux autres eaux résiduaires de l’usine (eaux blanches) et subit un traitement biologique dans un méthaniseur. Dans ce réacteur anaérobie, au moins 80 % de la DCO est biodégradée, le reste pouvant être éliminé facilement par un étage de finition aérobie pour un rejet au milieu naturel.
Bilan du procédé :
- aucune évacuation du lactosérum de l’usine,
- 3 à 5 fois moins de boues qu’un procédé aérobie classique,
- au moins 50 % d’économie d’énergie par rapport à une filière aérobie classique,
- valorisation du biogaz en chaudière pour les besoins de l’usine,
- procédé très compact nécessitant 3 fois moins de surface qu’une station aérobie classique.
La solution BioControl™ sur les boues biologiques s’applique aussi bien aux nouvelles installations qu’aux installations existantes. Ces dernières réclament alors quelques adaptations simples à mettre en œuvre, ne nécessitant pas d’investissements trop importants. Chez Miko, la mise en place de la solution BioControl™ a nécessité des modifications de la filière de traitement existante, avec notamment la modification du bassin tampon et l’ajout d’un bassin dédié à BioControl™. Le tout a été réalisé en six mois pour un montant global de 300 k€. Au bout d’un an d’exploitation, l’application du procédé sur les effluents de Miko a permis de constater :
- une réduction effective du volume des boues produites de 50 %,
- une augmentation de la capacité de traitement de la DBO,
- une amélioration de la dilution des graisses.
Au-delà de ces résultats, la mise en œuvre du process a généré une réduction des coûts opérationnels de l’ordre de 35 %. Un retour sur investissement d’autant plus intéressant que celui-ci dépend de l’exutoire utilisé et notamment des coûts d’élimination : plus ceux-ci sont élevés, plus l’investissement est rentabilisé rapidement, sachant qu’il faut également intégrer l’évolution de la réglementation, comme par exemple le passage obligatoire en compostage avant l’épandage.
Aderbio Développement propose de son côté le procédé Sabbre de réduction des boues, particulièrement adapté aux petites et moyennes stations. Les systèmes actuellement en place en France et en Suisse concernent des stations de 1 500 à 8 000 EH. Basé sur la bioaugmentation et l’aération séquentielle du silo à boues, le procédé Sabbre permet une réduction d’environ 60 % des boues en matières sèches.
Bien d’autres solutions existent, proposées par plusieurs sociétés qui maîtrisent l’ensemble des techniques physiques et biologiques de traitement des effluents : Proserpol, T3EI, Assisteaux, Biome, Ovive, RGA Environnement, Ternois, Veolia Water STI ou encore Nantaise des Eaux. T3EI a mis au point un procédé de traitement des eaux basé sur l’électrochimie et la filtration tangentielle. La floculation par électrochimie permet d’abattre de façon importante la DCO (abattement > 80 % sur les eaux grasses) sans ajout de produits chimiques. Le volume des boues est ainsi réduit par rapport à une floculation chimique. La filtration tangentielle à 0,1 µm entraîne un filtrat exempt de bactéries pathogènes et permet dans de nombreux cas un recyclage de l’eau comme eau technique. La consommation électrique, seul véritable consommable de ce procédé, est très raisonnable : par exemple, une unité produisant 500 l/h d’eau traitée ne consomme que 5 kWh, dont 80 % pour le système de pompage.
Des technologies dans le traitement des eaux grasses, des eaux d'abattoir et des eaux de cuisson de crevettes sont en cours de réalisation.
François Morier est Directeur général de Proserpol. Il explique : « La voie royale est l'incinération, mais sa mise en œuvre sur le site industriel implique une forte capacité de traitement. Il y a aussi l'oxydation par voie humide, mais la technique est coûteuse ».
La méthanisation présente un intérêt certain car elle génère cinq fois moins de boues qu'un procédé aérobie, malgré le nombre limité de réalisations en France. Plusieurs sociétés la proposent, comme par exemple Proserpol, Bio Environnement, Veolia Water STI, Naskeo Environnement. La technique a été mise en œuvre par Proserpol chez Boin, un producteur de confitures, de compotes et de produits à base de fruits installé à Biars-sur-Cère. L'entreprise, qui utilise environ 600 m³ d'eau quotidiennement en période de pointe, produit des effluents chargés de 2,2 t/j de DCO pour 1,5 t/j de DBO5.
Pour les traiter, Proserpol a mis en œuvre une fermentation méthanique complétée par un traitement aérobie. Ce système permet d'atteindre un abattement satisfaisant tout en étant apte à encaisser les chocs de pollution.
Bio Environnement a également réalisé deux autres digesteurs de 100 m³ et 600 m³ sur le site de Biars de l'entreprise Andros, au fur et à mesure de l'évolution de la production de l'entreprise.
Autre avantage, grâce au méthane, le procédé est valorisable énergétiquement. C'est ce que font les établissements Clément Faugier à Privas (Ardèche). Ce fabricant de marrons naturels et glacés, équipé lui aussi par Proserpol, utilise le biogaz généré par le procédé pour la production d'eau chaude nécessaire au préchauffage de l'effluent entrant. C'est également le fer de lance de la société TMB – Techniques Modulaires et Bâtiments – qui, depuis 25 ans, fournit les équipements nécessaires au stockage et à l'utilisation du biogaz. Franck Lavigne est responsable de la division environnement de TMB. Il explique : « Au démarrage de notre activité en 1980, notre but était de proposer une solution alternative aux municipalités, moins onéreuse que les gazomètres acier-béton. Aujourd'hui, avec plus de 250 références d'installations à travers le monde, le marché de TMB a considérablement évolué. La fourniture de l'ensemble de nos équipements biogaz (gazomètre, torchère, chaudière), vu le cours du pétrole, a un impact bénéfique direct sur le résultat net comptable de nos clients industriels, ou de nos clients intégrateurs. La solution biogaz, vécue précédemment comme un gadget, a acquis ses lettres de noblesse ».
À l'heure où les coûts de l’énergie explosent, ce dernier point ne devrait pas laisser longtemps les industriels insensibles.
