PTC Systems
Plateforme technologique
ACTIPOLISH®
STATIONS D'ÉPURATION DES
EAUX — STEP
Traitement des émissions odorantes,
des composés soufrés et des gaz industriels
Réseaux d'assainissement
— Ouvrages couverts — Traitement des boues
— Biogaz
Une problématique
environnementale majeure
Les stations d'épuration des eaux usées
constituent des installations essentielles
à la protection des milieux aquatiques et
à la santé publique.
Cependant, les opérations de collecte,
de traitement des eaux et de gestion des
boues peuvent générer des émissions gazeuses
odorantes, parfois corrosives ou dangereuses.
La plateforme ACTIPOLISH® développée par
PTC Systems propose une approche de transformation
chimique ciblée de certains polluants, notamment
l'hydrogène sulfuré et les mercaptans.
1. Le rôle des stations d'épuration
Une station d'épuration, ou STEP, reçoit
les eaux usées collectées par les réseaux
d'assainissement.
Son objectif principal est de réduire les
matières en suspension, les pollutions organiques
et, selon les exigences applicables, les composés
azotés et phosphorés, avant rejet de l'eau
traitée dans le milieu naturel ou réutilisation
autorisée.
Les stations urbaines traitent principalement
les eaux domestiques, éventuellement mélangées
à des effluents industriels et à des eaux
pluviales selon le type de réseau.
Les stations industrielles sont adaptées
aux caractéristiques des effluents issus des
activités de production.
2. Les principales étapes du traitement
des eaux
Le fonctionnement d'une STEP repose sur
une succession d'opérations physiques, biologiques
et parfois chimiques.
| Étape |
Fonction principale |
Sources possibles de nuisances |
| Arrivée des effluents |
Réception des eaux usées. |
Dégagement de gaz dissous, notamment
H2S. |
| Dégrillage et tamisage |
Retrait des déchets grossiers. |
Émissions odorantes des eaux et refus
de dégrillage. |
| Dessablage et dégraissage |
Séparation des sables et des graisses. |
Composés volatils et matières organiques. |
| Décantation primaire |
Séparation des matières décantables. |
Émissions liées aux matières organiques. |
| Traitement biologique |
Dégradation des pollutions biodégradables. |
Émissions variables selon les conditions
d'exploitation. |
| Clarification |
Séparation de l'eau traitée et des
boues biologiques. |
Émissions généralement limitées, mais
dépendantes du procédé. |
| Traitement des boues |
Épaississement, digestion et déshydratation. |
H2S, mercaptans, amines et autres
composés odorants. |
Toutes les étapes ne présentent pas le même
niveau de risque olfactif. Les émissions dépendent
notamment de la composition des eaux, de la
température, du temps de séjour et des conditions
d'oxygénation.
3. Pourquoi les STEP produisent-elles des
odeurs ?
Les eaux usées contiennent des matières
organiques et divers composés soufrés et azotés.
Lorsque les conditions deviennent insuffisamment
oxygénées, certains microorganismes favorisent
la formation de composés réduits, notamment
l'hydrogène sulfuré.
Ces substances peuvent passer de la phase
liquide à l'atmosphère, particulièrement dans
les zones de turbulence, de chute d'eau ou
de dégazage.
Les nuisances sont accentuées lorsque les
installations se trouvent à proximité de zones
habitées.
4. Les principales familles de composés
odorants
Une odeur résulte généralement d'un mélange
complexe de substances. Son intensité ne dépend
pas uniquement de la concentration massique
des polluants, mais également de leurs seuils
de perception olfactive.
| Famille |
Exemples |
Odeurs caractéristiques |
| Composés soufrés |
H2S, méthylmercaptan, éthylmercaptan |
Œuf pourri, chou, ail, putréfaction |
| Sulfures organiques |
Diméthylsulfure, diméthyldisulfure |
Végétaux en décomposition, odeurs
soufrées |
| Composés azotés |
Ammoniac, méthylamine, diméthylamine |
Ammoniac, poisson, odeurs piquantes |
| Acides organiques volatils |
Acides acétique, butyrique et valérique |
Vinaigre, beurre rance, transpiration |
| Aldéhydes |
Acétaldéhyde, butyraldéhyde |
Fruitées, âcres, rances |
| Autres composés organiques |
Phénols, indole, scatole |
Phénoliques, fécales |
La présence d'un composé odorant ne signifie
pas automatiquement qu'il sera éliminé par
un même procédé.
Le choix du traitement doit être fondé sur
une caractérisation analytique de l'effluent
gazeux.
5. L'hydrogène sulfuré : un polluant prioritaire
L'hydrogène sulfuré, de formule H2S, est
l'un des composés les plus problématiques
dans les réseaux d'assainissement et les stations
d'épuration.
Il se caractérise par une odeur très marquée
à faible concentration.
Au-delà des nuisances olfactives, il présente
des risques pour la sécurité du personnel
et contribue à la corrosion des équipements.
Dans certaines conditions, les transformations
biologiques et chimiques du soufre peuvent
favoriser la formation d'acidité et la dégradation
des ouvrages en béton ou des éléments métalliques.
Un enjeu de sécurité
L'H2S est un gaz toxique. À concentration
élevée, l'odorat ne constitue pas un moyen
fiable de détection.
La prévention repose sur des mesures adaptées
: ventilation, détection, procédures d'intervention
et protection des personnels.
6. Les zones sensibles des réseaux d'assainissement
Les nuisances olfactives ne se limitent
pas aux installations situées à l'intérieur
des STEP.
Elles peuvent apparaître en amont, dans
les réseaux de collecte et de transport des
eaux usées.
| Ouvrage |
Problématique rencontrée |
| Postes de relevage |
Accumulation et dégazage de composés
soufrés. |
| Conduites de refoulement |
Temps de séjour prolongé et conditions
réductrices. |
| Regards et chambres techniques |
Émissions localisées et risques d'exposition. |
| Ouvrages de déversement |
Dégazage lors des turbulences hydrauliques. |
| Bassins de stockage |
Fermentation des matières organiques
en cas de séjour prolongé. |
Les actions préventives sur le réseau et
les traitements curatifs des émissions constituent
deux approches complémentaires.
7. Les émissions dans les stations d'épuration
À l'intérieur d'une STEP, les sources d'odeurs
sont nombreuses et peuvent évoluer avec les
conditions de fonctionnement.
Les ouvrages couverts peuvent être équipés
de dispositifs d'extraction permettant de
canaliser l'air vicié vers une installation
de désodorisation.
Les principales zones à surveiller sont
notamment :
| Zone |
Polluants ou nuisances possibles |
| Prétraitements |
H2S, mercaptans, composés organiques
volatils. |
| Décanteurs et bassins couverts |
Émissions liées aux eaux et aux boues. |
| Épaississeurs |
Composés soufrés et produits de fermentation. |
| Déshydratation des boues |
H2S, mercaptans, amines et odeurs
organiques. |
| Stockage des boues |
Émissions variables selon la durée
et les conditions de stockage. |
| Digestion anaérobie |
Biogaz contenant notamment CH4, CO2
et H2S. |
8. Le traitement des boues : une zone particulièrement
sensible
Les boues issues du traitement des eaux
concentrent une partie importante des matières
organiques séparées au cours de l'épuration.
Leur épaississement, leur conditionnement
et leur déshydratation peuvent entraîner des
émissions gazeuses significatives.
Ces émissions peuvent être particulièrement
marquées lors des changements de conditions
physiques ou chimiques, notamment au cours
des opérations de brassage, de chauffage ou
de séparation.
La collecte et le traitement de l'air extrait
de ces équipements constituent donc un domaine
important de la désodorisation industrielle.
9. Le biogaz produit par les STEP
Certaines stations d'épuration valorisent
les boues par digestion anaérobie.
Cette opération permet de transformer une
partie de la matière organique en biogaz.
Le biogaz contient principalement du méthane
et du dioxyde de carbone, ainsi que des constituants
minoritaires dont l'H2S.
Avant sa valorisation énergétique, une réduction
des composés soufrés est souvent nécessaire
pour protéger les équipements et respecter
les exigences de qualité du gaz.
La formulation BIOPOL®, développée pour
les milieux riches en CO2, présente un intérêt
pour l'étude de ces applications.
10. Les traitements conventionnels des odeurs
Les exploitants de STEP disposent de plusieurs
familles de solutions pour maîtriser les émissions
odorantes.
| Technique |
Principe |
Points de vigilance |
| Traitement préventif |
Limitation de la formation de composés
odorants dans les eaux. |
Conditions du réseau et consommation
de produits. |
| Biofiltration |
Dégradation biologique de certains
polluants gazeux. |
Conditions biologiques et variations
de charge. |
| Charbon actif |
Adsorption des molécules odorantes. |
Saturation et remplacement du média. |
| Lavage chimique oxydant |
Absorption et oxydation de polluants. |
Consommation de réactifs et sous-produits
éventuels. |
| Lavage chimique ciblé |
Absorption suivie d'une transformation
chimique. |
Adaptation du réactif aux polluants
présents. |
Le choix d'une technologie dépend du débit
d'air, de la composition des émissions, des
contraintes du site et des performances recherchées.
11. ACTIPOLISH® dans le traitement des émissions
de STEP
La plateforme ACTIPOLISH® développée par
PTC Systems associe le transfert gaz-liquide
à une transformation chimique ciblée de certains
polluants.
Dans une installation de lavage, l'air vicié
est mis en contact avec une solution réactive
circulant dans une colonne.
Le garnissage favorise les échanges entre
les deux phases.
Les composés soufrés ciblés sont absorbés
puis transformés chimiquement.
Contrairement à un simple transfert de pollution,
le traitement vise à modifier la nature chimique
des molécules responsables des nuisances.
11.1 ACTIPOL®
ACTIPOL® est une formulation alcaline particulièrement
destinée à la transformation chimique de l'H2S
et des mercaptans.
Son utilisation a fait l'objet d'essais
industriels sur des émissions de stations
d'épuration.
11.2 BIOPOL®
BIOPOL® constitue la formulation carbonatée
complémentaire, notamment étudiée pour les
gaz riches en dioxyde de carbone.
Son intérêt dans une STEP concerne particulièrement
l'étude du traitement du biogaz issu de la
digestion anaérobie.
12. Intégration dans les installations existantes
Le traitement ACTIPOLISH® peut être étudié
pour une intégration dans une installation
de lavage gaz-liquide existante ou nouvelle.
L'équipement comprend généralement une colonne
de contact, un système de circulation du liquide,
un réservoir et des dispositifs de mesure
et de contrôle.
Selon les caractéristiques du site, le fonctionnement
peut être discontinu ou continu.
La compatibilité avec les équipements existants
doit être vérifiée, notamment en ce qui concerne
les matériaux, les débits hydrauliques, le
garnissage et les conditions de sécurité.
13. Essai industriel : ouvrages couverts
d'une STEP
Un essai a été réalisé dans une importante
station d'épuration française sur un courant
d'air contenant simultanément de l'hydrogène
sulfuré et du méthylmercaptan.
| Paramètre |
Résultat |
| Débit d'air traité |
1 000 m3/h |
| H2S à l'entrée |
35 mg/m3 |
| Méthylmercaptan à l'entrée |
4 mg/m3 |
| Durée de l'essai |
48 heures |
| ACTIPOL® consommé |
56,5 kg |
| Coût matières |
Environ 30 € |
| H2S en sortie |
Inférieur à la limite de détection
de 0,020 ppm |
| Méthylmercaptan en sortie |
Inférieur à la limite de détection
de 0,15 ppm |
Les analyses ont été réalisées par chromatographie
en phase gazeuse, avec un suivi régulier pendant
l'expérimentation.
Les résultats ont confirmé l'absence de
détection des deux composés soufrés recherchés
en sortie de l'installation pilote, dans les
conditions de l'essai.
14. Essai industriel : traitement des boues
Un second essai a concerné les gaz issus
d'une unité de traitement des boues de la
même importante station d'épuration française.
Le courant gazeux présentait une concentration
en H2S nettement supérieure à celle du premier
essai.
| Paramètre |
Résultat |
| Débit d'air traité |
1 000 m3/h |
| H2S à l'entrée |
275 mg/m3 |
| Durée de l'essai |
15 heures |
| Charge totale d'H2S |
4,125 kg |
| ACTIPOL® théorique à 21,2 % |
Environ 133,36 kg |
| Coût matières théorique |
Environ 70,68 € |
| H2S en sortie |
Non détecté dans les conditions
de l'essai |
Les quantités de réactif et le coût matières
présentés pour cet essai correspondent à une
estimation stœchiométrique.
Ils ne doivent pas être confondus avec une
consommation expérimentale directement mesurée.
Les contrôles effectués pendant les 15 heures
ont confirmé l'absence de détection d'H2S
en sortie du pilote.
15. Synthèse des résultats industriels
| Essai |
Débit |
Charge à l'entrée |
Durée |
Résultat |
| Ouvrages couverts |
1 000 m3/h |
H2S : 35 mg/m3
Méthylmercaptan : 4 mg/m3 |
48 h |
Deux polluants sous les limites de
détection |
| Traitement des boues |
1 000 m3/h |
H2S : 275 mg/m3 |
15 h |
H2S non détecté en sortie |
Ces deux références illustrent l'utilisation
d'ACTIPOL® dans des conditions de charge soufrée
différentes.
Les résultats concernent les polluants recherchés,
les conditions opératoires et les limites
des moyens analytiques utilisés.
16. Gestion des solutions après traitement
La transformation chimique des polluants
soufrés conduit à la formation de produits
réactionnels dans la phase liquide.
Les travaux de PTC Systems ont confirmé
la biodégradation des produits réactionnels
étudiés, sans formation de nouveaux polluants
dans les conditions des observations rapportées.
L'orientation des jus modifiés vers une
filière de traitement biologique doit néanmoins
être examinée en fonction de leur composition
et de leur compatibilité avec les installations
réceptrices.
Un traitement complémentaire peut également
être étudié avec POA SYSTEM,
procédé d'oxydation avancée original et breveté
développé par PTC Systems.
17. Perspectives pour les STEP urbaines
et industrielles
Les possibilités d'application d'ACTIPOLISH®
concernent plusieurs postes des systèmes d'assainissement.
| Domaine |
Application envisagée |
| Réseaux d'assainissement |
Traitement des émissions gazeuses
collectées sur les ouvrages sensibles. |
| Prétraitements des STEP |
Désodorisation de l'air extrait des
ouvrages couverts. |
| Traitement des boues |
Réduction de l'H2S et des mercaptans. |
| Digestion anaérobie |
Étude de la désulfuration du biogaz. |
| STEP industrielles |
Traitement ciblé des émissions soufrées
selon leur composition. |
| Unités de désodorisation existantes |
Étude d'intégration d'une solution
ACTIPOLISH®. |
La diversité des installations nécessite
une approche adaptée à chaque site, fondée
sur des analyses de composition, des essais
représentatifs et une évaluation technico-économique
complète.
18. Conclusion générale
La maîtrise des émissions odorantes
constitue un enjeu permanent pour les stations
d'épuration, les réseaux d'assainissement
et les installations de traitement des boues.
La plateforme ACTIPOLISH® de PTC Systems
propose une approche de transformation chimique
ciblée des polluants, notamment de l'hydrogène
sulfuré et des mercaptans.
Les deux essais industriels réalisés dans
une importante station d'épuration française
ont montré des résultats analytiques favorables
sur des courants gazeux de compositions
différentes.
Ces références constituent une base technique
pour l'étude de nouvelles applications en
assainissement urbain, en traitement des
boues et en épuration des gaz industriels.
ACTIPOLISH® associe transformation
chimique ciblée et biodégradation confirmée
des produits réactionnels étudiés, dans
une perspective de traitement des pollutions
gazeuses et liquides.
PTC Systems — ACTIPOLISH®
www.ptc.systems
