Comment le résultat net est lié au traitement des eaux usées

L'usine de traitement et de retour des eaux de procédé de JR Simplot à Caldwell, ID, conçue et construite par CDM Smith, traite en moyenne 2,3 millions de gallons par jour d'eaux usées de transformation de pommes de terre à haute résistance. Source : CDM Smith.

La disposition totale de l'usine du système Casa Grande de Frito-Lay comprend des étapes allant du criblage fin et de la clarification primaire au MBR, suivis de la filtration au charbon, de la stérilisation aux ultraviolets, de l'osmose inverse et de la stabilisation et de la chloration. Source : GE Eau.

L'usine de récupération et de réutilisation de l'eau Casa Grande MBR de Frito-Lay traite jusqu'à 645 000 gallons par jour à partir du processus de fabrication de croustilles. Source : GE Eau.

Le groupe Probst a travaillé avec Excel Engineering et CDM Smith pour fournir à Baker Cheese une station d'épuration capable d'atteindre des concentrations de phosphore inférieures à 0,4 mg/l. Source : Le groupe Probst.

Au lieu d'un nouveau bâtiment, les spécialistes de DAS EE ont agrandi l'installation de traitement des eaux usées de Friweika en installant quatre TFR (réacteurs à débit lent) avec des dimensions de 3 m de diamètre. et 8 m de haut. Source : DAS.

Le système d'eaux usées de Stonyfield est conçu pour prétraiter les eaux usées de procédé brutes égalisées avec des niveaux de COD, TSS et FOG jusqu'à 5 000 mg/l, 550 mg/l et 500 mg/l, respectivement. Il produit également du biogaz qui est récupéré et utilisé pour chauffer le réacteur anaérobie. Source : Systèmes ADI.

Il existe plusieurs raisons de traiter vos eaux usées, mais lorsque vous vous arrêtez et que vous y réfléchissez, une seule chose compte : le résultat final. Bien sûr, vous voulez être « vert » aux yeux de votre communauté et de vos clients, mais pensez aux avantages économiques du traitement de vos eaux usées.

Au niveau le plus élémentaire, il existe des surtaxes du POTW (stations d'épuration publiques) pour les niveaux excessifs de DBO (demande biologique en oxygène) et de DCO (demande chimique en oxygène) qui peuvent être réduits. Si vous transportez des eaux usées hors site, cela pourrait représenter une dépense supplémentaire. De plus, si les coûts énergétiques de votre usine sont élevés, vous pourrez peut-être capitaliser sur l'énergie de vos eaux usées. Ou si vous êtes situé dans une zone géographique où l'eau est rare, il pourrait y avoir des réglementations strictes sur les quantités d'utilisation.

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En parlant de réglementation, peut-être que l'EPA dit que vous libérez beaucoup trop de nutriments, tels que l'azote et le potassium, dans les aquifères locaux, et vous pourriez être condamné à une amende. Cela n'aide pas non plus l'image de votre communauté et vous voudrez peut-être que vos clients perçoivent que vous êtes réellement vert.

Le reste de cet article examine certaines situations réelles et gagnant-gagnant pour le traitement des eaux usées où au moins un ou plusieurs des éléments ci-dessus étaient des raisons impérieuses pour les transformateurs d'aliments et de boissons d'apporter des changements à la façon dont ils traitaient leurs eaux usées. (Pour un aperçu détaillé des technologies de traitement des eaux usées, visitez FE, septembre 2015.)

La disponibilité d'eau douce est limitée et il est de plus en plus difficile de trouver des sources adéquates pour répondre aux exigences de la demande future.

« Il est prévu que la demande mondiale dépassera l'offre d'eau douce de 38 % d'ici 2025, et dans les régions sans conditions de sécheresse prolongées, la situation est encore pire », déclare Brian Arntsen, chef de domaine mondial, UF/MBR, GE Water & Process Technologies. "La réutilisation des eaux usées se présente sous de nombreuses formes, et les raisons de la réutilisation sont liées à l'existence de conditions locales, telles que l'accessibilité à l'eau douce dans l'environnement, la population, le climat et les besoins de l'industrie et de l'agriculture."

La technologie des bioréacteurs à membrane (MBR) combine le traitement biologique, secondaire et tertiaire des eaux usées en une seule étape et est utilisée non seulement pour traiter les eaux usées selon des normes de qualité élevées pour les effluents depuis plus de 25 ans, mais est également un moyen bien établi de permettre la réutilisation des eaux usées, dit Arntsen. Le procédé MBR peut générer un effluent d'eaux usées sans solides extrêmement faible en DBO (moins de 3 mg/l) et en élimination des nutriments (N et P), produisant une qualité d'eau de perméat bonne pour un usage récréatif. Pour la réutilisation des schémas de traitement qui intègrent l'osmose inverse (RO) pour atteindre des limites plus strictes, MBR fournit de l'eau d'alimentation ou de produit car il atteint des valeurs SDI (indice de densité de limon) inférieures à trois sur une base constante. La littérature montre la réduction logarithmique des virus/coliphages indigènes dans la gamme de 2,6 à 3,2, et on s'attend à ce que le MBR élimine de plus grandes quantités, dit Arntsen.

– Brian Arntsen

Frito-Lay a une superficie de 160 000 pieds carrés. installation à Casa Grande, AZ qui a été construite en 1984. Parce que cette zone est maintenant rare en eau, la société a fait des investissements importants et des mises à niveau technologiques dans le but de rendre l'installation "presque nette zéro", fonctionnant principalement sur des sources d'énergie renouvelables et de l'eau recyclée, tout en ne produisant presque aucun déchet d'enfouissement, rapporte Arntsen.

L'installation recycle jusqu'à 75 % de l'eau de production dans l'installation, dispose d'un champ solaire de 36 acres qui génère 10 millions de kWh d'électricité, a réduit sa consommation de gaz naturel de 80 % grâce à des chaudières à biomasse (qui utilisent du bois récupéré et des déchets agricoles pour la combustion) et envoie moins de 1 % à la décharge grâce au recyclage et à des utilisations alternatives, telles que l'alimentation du bétail. Cet ambitieux projet de durabilité environnementale a obtenu la certification LEED Or.

L'usine de récupération et de réutilisation de l'eau est conçue pour traiter et recycler jusqu'à 645 000 gallons par jour d'eau de traitement provenant du processus de fabrication de croustilles et de collations pour rincer et laver l'eau pour l'irrigation paysagère. En utilisant un processus qui intègre la clarification, le MBR, le charbon actif, la désinfection et l'osmose inverse, l'eau du produit final respecte ou dépasse les normes d'eau potable primaire et secondaire de l'EPA. Voir le tableau pour les résultats.

L'installation de Frito-Lay Casa Grande est un excellent exemple de la façon dont une usine alimentaire dans le désert favorise la durabilité en traitant et en recyclant son eau de procédé.

Baker Cheese produit du fromage à St. Cloud, WI depuis 1916. Dans les années 1950, la décision a été prise de ne produire que du fromage mozzarella et, à la demande des clients, a créé son Original Baker String Cheese. Aujourd'hui, le fromager utilise environ 2 millions de livres de lait par jour pour fabriquer du fromage à effilocher. Baker avait besoin de changer sa façon de gérer ses eaux usées.

Historiquement, toutes les eaux usées de procédé étaient transportées hors site vers les municipalités locales, ce qui entraînait des coûts d'élimination élevés et croissants. En moyenne, au moins 10 camions évacuent les eaux usées chaque jour. En plus des coûts élevés, le transport des eaux usées a considérablement limité la capacité de l'installation à augmenter la production et à réduire les coûts de transport du lactosérum. Le problème avec le traitement du lactosérum est qu'il génère trois fois plus d'eaux usées que les flux actuels de traitement du fromage. Construire sa propre station d'épuration (WWTP) semblait être la seule solution viable, mais entraînait d'autres défis, tels que le respect de limites de phosphore très strictes et des préoccupations esthétiques.

Pour répondre aux besoins actuels et futurs de l'installation, le groupe Probst a travaillé avec Excel Engineering et CDM Smith pour fournir une station d'épuration capable d'atteindre des concentrations d'effluents phosphoreux inférieures à 0,4 mg/l. La station d'épuration comprend des membranes d'ultrafiltration (UF) extensibles et un réservoir de sélection anoxique utilisé pour le contrôle des nutriments (élimination biologique améliorée du phosphore). Les membranes UF externes créent une barrière physique qui fournit un effluent fiable à faible teneur en solides pour le total des solides en suspension (TSS), par rapport aux technologies conventionnelles de séparation solides-liquides telles que la clarification ou la flottation à air dissous (DAF).

Une élimination fiable des solides est impérative pour les limites de phosphore ultra-bas, car les solides biologiques contiennent 3 à 7 % de phosphore. Un digesteur de boues a également été installé, réduisant les rendements typiques de boues de 30 à 50 %. Pour réduire davantage le phosphore et répondre aux exigences de conformité, Baker a utilisé un commerce de la qualité de l'eau (WQT), le premier approuvé dans l'État du Wisconsin. Pour répondre aux préoccupations esthétiques de Baker, un réservoir de boues carré en béton a été conçu pour bloquer un bassin d'aération circulaire en béton, et un silo a été utilisé comme réservoir de sélection, permettant à la station d'épuration d'apparaître dans le cadre de la fromagerie.

La nouvelle station d'épuration et le WQT ont permis à l'usine de St. Cloud de gérer ses propres eaux usées et de planifier l'expansion de la production. Les coûts d'exploitation sont nettement inférieurs aux coûts de transport. Pour la communauté locale, ces changements signifient 90 % de circulation de camions en moins sur les routes locales et une augmentation des opportunités d'emploi et de la demande locale de lait à mesure que la production augmente.

Le WQT présente de nombreux avantages en conjonction avec la nouvelle station d'épuration. Actuellement, l'installation atteint des niveaux de phosphore inférieurs à 0,3 mg/l. Et les 20 acres d'herbe des prairies et de fleurs indigènes qui ont été plantées dans le cadre du WQT aident à protéger le bassin versant local et à créer une servitude de conservation permanente qui attirera la faune.

CDM Smith a annoncé que l'usine de traitement et de retour des eaux de procédé (PWTRP) de JR Simplot Company à Caldwell, ID (conçue et construite par CDM Smith) a été reconnue par la WateReuse Association comme son projet industriel de l'année 2016.

Simplot, producteur de produits à base de pomme de terre, a fixé un objectif ambitieux pour le PWTRP, qui s'inscrivait dans une expansion majeure visant à regrouper la production de frites de l'entreprise pour les grands clients en une seule installation : créer une installation sans rejet liquide et produire des effluents pouvant être réutilisés dans la production. Le PWTRP a atteint les objectifs ambitieux de Simplot grâce à un système de traitement innovant comprenant une clarification primaire, une fermentation anaérobie, une meilleure élimination biologique des nutriments pour l'azote et le phosphore et des boues activées avec des bioréacteurs à membrane suivis d'une désinfection par OI et au chlore. Toute la saumure RO est évaporée sur place dans un système d'évaporation amélioré innovant.

Le PWTRP à la pointe de la technologie a été achevé en janvier 2014 et traite en moyenne 2,3 millions de gallons/jour (mgj) d'eaux usées de transformation de pommes de terre à haute résistance avec une capacité maximale de 3,2 mgd. Environ 1,7 mgj d'eau, soit l'équivalent des normes d'eau potable, est récupéré et retourné pour être réutilisé en toute sécurité dans le processus de production. Une technologie innovante d'évaporation par pulvérisation élimine jusqu'à 320 000 gallons par jour de rejet de saumure du système RO. Tous les effluents restants sont utilisés pour l'irrigation des cultures fourragères. La construction à parois mitoyennes a minimisé les coûts d'investissement et consolidé les besoins en tuyauterie, minimisant la main-d'œuvre d'exploitation et réduisant l'empreinte globale de l'usine.

« En travaillant en collaboration tout au long du processus de conception-construction, nous avons pu livrer le projet dans les limites du budget et selon un calendrier serré puisque le PWTRP devait être opérationnel avant que la nouvelle installation de production ne soit mise en ligne », explique Al Goodman, responsable du service client de CDM Smith pour Simplot. "Plusieurs innovations de traitement aident Simplot à optimiser sa gestion de l'eau, à atteindre les objectifs de qualité de l'eau de recyclage équivalente à l'eau potable et à faire avancer la mission de durabilité de Simplot. Cela crée ce qui est véritablement une installation à zéro rejet liquide pour Simplot et un projet phare qui place la barre plus haut pour la réutilisation de l'eau dans les industries alimentaires."

Pour Friweika eG, une usine de transformation de pommes de terre à Weidensdorg (Allemagne), les affaires se sont multipliées, causant un sérieux problème à sa station d'épuration. La station d'épuration devait être agrandie, mais il y avait très peu de place pour installer davantage d'équipements. En plus de répondre aux spécifications des eaux usées, l'installation utilise la station d'épuration pour produire du biogaz, ce qui réduit considérablement les factures d'énergie de l'installation.

Depuis sa mise en service il y a neuf ans, l'étape biologique aérobie du traitement des eaux usées a été élargie à plusieurs reprises, en raison d'augmentations continues de la production et d'une augmentation connexe des niveaux de pollution des eaux usées. Cependant, après avoir augmenté l'aération, augmenté la capacité hydraulique et augmenté son niveau d'automatisation global, le système compact combiné original à quatre étapes, chaque étape étant constituée d'un réservoir de boues avec un lit tassé plongeant et un bassin de décantation secondaire intégré, a atteint sa capacité.

Compte tenu de l'expansion de la production et de l'augmentation attendue de la charge organique également dans l'eau de décharge, Friweika devait étendre le traitement aérobie en ajoutant un nouveau système. L'ancien système était conçu pour traiter des charges DCO de 560 kg/j et était rempli bien au-delà de sa capacité, atteignant parfois des charges de 1 260 kg/j. Mais où mettre le système supplémentaire ? Une nouvelle usine aurait nécessité un deuxième réservoir rond "compact" de 22 m de diamètre et 6 m de haut - pour lequel il n'y avait pas de place.

Les spécialistes de DAS Environmental Expert GmbH (Dresde) ont été appelés et ont élaboré une solution innovante et efficace. Au lieu d'ajouter un autre système "compact", DAS EE a intégré un TFR (réacteur à débit lent) dans la conception de l'usine et a obtenu une réduction des exigences spéciales de près de 50 % par rapport à un système compact classique. Au lieu d'un nouveau bâtiment, DAS a étendu l'ancien système en ajoutant quatre TFR, chacun de trois mètres de diamètre et huit mètres de haut. Dans chaque réacteur, les eaux usées ruissellent sous forme de film liquide et des ventilateurs poussent l'air dans la direction opposée, assurant l'apport continu d'oxygène nécessaire aux micro-organismes du biofilm lors de la dégradation aérobie.

Le flux d'eaux usées est séparé en deux parties, l'une étant traitée par l'ancien système et l'autre dans les IFR. Ensemble, les deux systèmes ont une puissance de traitement qui n'a pas encore atteint sa capacité, même lors d'expansions de production. Les eaux usées avec des charges de DCO entrantes d'environ 3 500 mg/l (85 percentile) ont été nettoyées à une qualité de rejet indirect avec des sorties TFR contenant moins de 1 000 mg/l de DCO.

Stonyfield s'est toujours consacré à une "planète saine" et à l'éducation de ses consommateurs et producteurs sur la valeur de la protection de l'environnement. Il n'est donc pas surprenant que les ingénieurs de son usine de Londonderry, NH, travaillent dur pour réduire l'eau et l'énergie utilisées pour fabriquer le yaourt et réduire et recycler les déchets autant que possible. Dans cet esprit, les ingénieurs ont examiné un certain nombre de technologies de traitement des eaux usées, de fournisseurs et d'options de traitement à grande échelle. Stonyfield a sélectionné ADI Systems pour concevoir et construire un système de traitement des eaux usées afin de respecter les nouvelles limites de rejet d'effluents locales.

Le système est conçu pour prétraiter les eaux usées de procédé brutes égalisées avec des niveaux de DCO, de TSS et de graisse-huile-graisse (FOG) jusqu'à 5 000 mg/l, 550 mg/l et 500 mg/l, respectivement. Il se compose de deux étapes : un réacteur ADI-BVF anaérobie à faible débit exclusif de type S, suivi d'un système de polissage aérobie ADI-SBR. ADI Systems a également installé un système de contrôle des odeurs simple, naturel et robuste pour purifier les effluents gazeux des réservoirs d'égalisation.

Cette combinaison de procédés unitaires traite facilement les eaux usées à haute résistance, à haute teneur en solides et à haute teneur en FOG. L'installation de traitement produit un minimum de boues résiduaires à éliminer, ainsi qu'une quantité substantielle de biogaz, qui est récupérée et utilisée pour chauffer le réacteur anaérobie, améliorant les performances et minimisant les besoins globaux en énergie électrique pour le traitement des déchets.

Le système de traitement des eaux usées et le système de valorisation énergétique des déchets permettent à Stonyfield d'atteindre ou de dépasser les limites d'effluents obligatoires, de sorte qu'il peut produire des produits de yogourt sans sanctions réglementaires. Cela montre également l'engagement de Stonyfield envers les pratiques agricoles durables.

Les zones humides flottantes pourraient-elles fonctionner dans les régions des États-Unis où les niveaux de nutriments sont trop élevés ? Source : Fonterra/Living Water.

Développées par l'Université Massey de Nouvelle-Zélande et adoptées par le producteur laitier Fonterra et le partenariat du Département néo-zélandais de la conservation (DOC), Living Water, les zones humides flottantes sont constituées de plantes indigènes des zones humides de Nouvelle-Zélande, attachées à des tapis flottants ou "radeaux" qui reposent sur la surface de l'eau. Capables d'éliminer de grandes quantités de nutriments, les radeaux filtrent l'eau dans les drains et les eaux de ruissellement avant qu'elle n'atteigne les cours d'eau.

"Les zones humides de traitement flottantes n'ont été installées que depuis relativement peu de temps, mais les premiers tests et la croissance rapide des plantes indiquent qu'elles font du bon travail en éliminant les nutriments de l'eau", déclare Michael Paviour, garde communautaire du DOC. "Les zones humides flottantes ne sont en aucun cas une solution miracle pour résoudre [les problèmes] de qualité de l'eau, mais lorsqu'elles sont utilisées parallèlement à d'autres activités, telles que les pièges à limon et la plantation riveraine, elles s'avèrent être une méthode pratique et efficace pour améliorer la qualité de l'eau."

GE Water : www.gewater.comThe Probst Group : www.probstgroup.comCDM Smith : www.cdmsmith.comDAS Environmental Expert : www.das-ee.com ; (États-Unis) : www.das-usa.comADI Systems : www.adisystemsinc.com