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Traitement des eaux industrielles

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• Les différents types d’eaux usées

• Les eaux usées générées par une industrie

• Etapes d’avant projet

• Paramètres de caractérisation des eaux usées

• Conclusions

Table des matières

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Les différents types d’eaux usées

o Eaux usées domestiques

o Eaux usées industrielles

o Eaux de ruissellement

Eaux usées urbaines

Eaux usées domestiques: eaux usées provenant des établissements et servicesrésidentiels et produites essentiellement par le métabolisme humain et lesactivités ménagères;

Eaux de ruissellement : fraction de l'eau de pluie, de la neige fondue ou de l'eaud'irrigation qui s'écoule à la surface du sol et retourne tôt ou tard dans un coursd'eau (eaux d’écoulement sur parking, voiries d'accès, toiture…)

Eaux usées industrielles: toutes les eaux usées provenant de locaux utilisés à desfins commerciales ou industrielles, autres que les eaux ménagères usées et leseaux de ruissellement

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Station d’épuration Citerne eau

de pluie

Dégraisseur

Neutralisation pH

Relevage

Egout

Stepindustrielle

DébourbeurSéparateur

hydrocarbure

Bureau

Les eaux usées générées par une industrie

Rejets d’une industrie

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Eaux usées industrielles

Rejets essentiellement organiques (agro-industries et élevages)

Rejets riches en éléments toxiques et aveccomposants chimiques (dangereux ou non)

Eaux usées industrielles

Tous les rejets autres que domestiques

(Rejets d'activités artisanales, industrielles ou commerciales)

Diversité : « il y a autant d’eaux usées industrielles que d’industries ».

Caractéristiques des eaux industrielles

BRASSERIE

FRUITS/LEGUMES

FROMAGERIES

CAVES A VIN

ALIMENTAIRES

ABATTOIRS

PORCHERIES

POISSONERIES

CONSERVERIES

PAPETERIES

TANNERIES

TEXTILES

SIDERURGIE

PEINTURES

PHARMACEUTIQUES

HÔPITAUX

E. DE VIDANGE

CHIMIQUES

PETROCHIMIQUES

BLANCHISSERIES

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ter • La connaissance des débits d'eaux usées et des

concentrations de tous les polluants est cruciale.

• La coopération entre les entreprises industrielles et les traiteurs d’eaux usées est primordiale.

• Même de petits changements ou omissions peuvent affecter le processus de traitement.

• Le traiteur d’eaux doit comprendre le processus de fabrication (documentation technique des produits utilisés,…)

• Vision long terme : il faut intégrer les améliorations de productivité, les projets d’agrandissement et les augmentations de capacité de production à la réflexion globale.

Etude de caractérisation des eaux usées

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ter • Mesure des débits

o Paramètres très importants dans le dimensionnement des

ouvrages

- Charge hydraulique journalière

- Débit horaire moyen

- Débit horaire de pointe

Etude de caractérisation des eaux usées

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ter • Echantillonnage : une étape critique.

o Echantillon instantané : il est caractéristique de l'instant t

où la mesure est effectuée.

o Echantillon moyen : il est représentatif d’une période plus

longue. On utilise un préleveur automatique.

Débits, échantillons, les méthodes

et les concentrations de polluants

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• Paramètres physiques

• Paramètres physico-chimiques

• Paramètres chimiques

• Paramètres biologiques

• Paramètres de toxicité

Paramètres de caractérisation des effluents

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Paramètres physiques

La température

Impact sur les réactions chimiques et biochimiques

Modification de température

Déséquilibre écologique

Appauvrissement de la diversité des espèces

Rejets industriels

(eaux de refroidissement ou de chauffage )

Augmentation de l’évaporation Diminution de la solubilité des gaz et notamment de l’oxygène

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Paramètres physiques

Augmentation de la turbidité

Matières en suspension : MES

Appauvrissement en oxygène dissous

Réduction de l’activité photosynthétique

• Maladies chez le poisson• Asphyxie par colmatage des

branchies• Réduction des possibilités de

développement des végétaux et des invertébrés

Effets mécaniques

Les MES sont de natures minérales ou organiques.

Leurs proportions varient selon la nature de rejet.

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Paramètres chimiques

pH

• La CE renseigne sur la salinité globale de l’eau.• La CE dépend essentiellement de la qualité de l’eau potable

et des activités industrielles.• Demande accrue d'oxygène dans les phases du traitement

Modification importante du pH

Déséquilibres chimiques entre les molécules et les ions

Toxicité pour certaines espèces biologiques

Conductivité électrique (CE)

� pH optimum pour un développement normal des organismes aquatiques 6,5 - 8,5

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Matières organiques

(Première cause de pollution des ressources en eaux )

Effluents mélangés,(déjections animales et humaines, graisses, etc.)

Rejets industriels(ind. agroalimentaires, …)

Appauvrissement en oxygène des milieux aquatiques

Effets néfastes sur la survie de la faune

Demande Chimique en Oxygène (DCO)

Demande Biochimique en Oxygène à 5 jours (DBO5)

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Les nutriments

Effluents d’élevage

(N)

Prolifération algale, Appauvrissement en oxygène

Impact négatif sur la biodiversité (eutrophisation)

Pollution des ressources en eau

NTK, N-NH4+, Nitrates, Nitrites, NGL

P total, P-PO43-

Eaux de process

(P)

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Paramètres biologiques

Les pathogènes

Effet néfaste sur le milieu aquatique

Accumulation au fil de la chaîne alimentaire et donc effets plus ou moins graves sur la santé humaine.

Désordres intestinaux plus ou moins graves, affections respiratoires ou des muqueuses dans le cas de baignades

Coliformes fécaux; Coliformes totaux ;

Streptocoques fécaux

Parasites (œufs d’helminthes)

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Paramètres de toxicité

Le terme "micropolluant" désigne un ensemble de substances qui, en

raison de leur toxicité, de leur persistance, de leur bioaccumulation,

sont de nature à engendrer des nuisances même lorsqu'elles sont

rejetées en très faibles quantités.

� Micropolluants organiques

� Micropolluants inorganiques

Ils provoquent des effets de 2 type :

• effet immédiat ou à court terme conduisant à un effet toxique brutal et donc à la mort rapide des différents organismes,

• effet différé ou à long terme, par bioaccumulation

Les micropolluants

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Paramètre de toxicité

Micropolluants inorganiques

(métaux lourds)

Rejets industriels

(tanneries, …)

(mercure, cuivre, cadmium, nickel, plomb, cyanure,…)



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Paramètres de toxicité

Micropolluants organiques

(composés phénoliques, organohalogénés, hydrocarbures, hormones, … )



Rejets industriels (hydrocarbures pesticides, produits pharmaceutiques

phytosanitaires …)

HPA : hydrocarbures polycycliques aromatiques produits de la combustion des carburants

PCB : polychlorobiphényles, contenus dans les pesticidesEt autres

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Analyse physico-chimique détaillée et cadre global de la pollution

MES

DCO biodégradable

DCO rapidement b. DCO lentement b.

soluble/particulaire

DCO DBO5 Ntot Ptot

Substances organiques

réfractaires

Métaux

lourds

Matières

hydrophobiquesComposants

chimiques

DCO réfractaire

soluble/particulaire

P organique

Poli phosphates

Ortho phosphate

COV, tensioactifs, phénols, pesticides, etc.

chrome, cadmium, plomb, zinc, cuivre,

arsenic, nickel, etc..

Acides, bases, chlorures,

sulfates,etc..

Huiles, graisses, émulsions huileuses, etc.

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Etapes logiques pour la formulation du schéma d’implantation

1. Analyse détaillée de la caractérisation des eaux usées et déchets liquides

2. Analyse des différents flux de pollution et de leurs interactions

3. Analyses et applications des techniques et technologies (BAT “Best Available Technics”)

4. Choix du procédé épuratoire

5. Conception de la filière de process

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Caractéristiques des eaux industrielles

Flowsheet – choix des processusw

ate

r

Traitements des eaux industrielles


• Traitement physique:

Elimination de particules décantables, macropolluants flottants,

• Traitement physico-chimique:

Elimination de macro ou micropolluants soumis à procédés de précipitation, cristallisation, coagulation, floculation, ...

• Traitements biologiques:

Elimination des macropolluants solubles et particulaires biodégradable.

• Traitements avancées:

Elimination par l’utilisation de procédés physiques, chimiques et biologiques plus complexes.

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Les prétraitements des eaux industrielles

Les prétraitements sont indispensables dans presque tous les déchets industriels

• Dégrillage

Permet d'enlever la matière grossière

• Décantation

Permet de retirer les matières sédimentables et de réduire la charge à traiter

• Homogénéisation – Egalisation - Equilibrage

Lissage des charges hydrauliques et polluantes Correction des paramètres chimiques ( C – N – P / 100 – 5 – 1 )

• Neutralisation

Correction de la valeur du pH par ajout de réactifs acides ou basiques

• Traitement intermédiaire (dessablage, dégraissage, déshuilage)

Suppression de certains composés ou substances nuisant à l'efficacité des traitements

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Dégrilleur

• Influent considéré : eaux chargées en « débris »

• Principe de fonctionnement : grille, râteau, vis sans fin, …

• Dimensionnement : débit (m³/h), type de refus, profondeur

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Dégrilleur

• Dégrilleur – compacteur - ensacheur

• Entrefer : 6 mm

• Débits : 130 m³/h max

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ter • Combinaison : débourbeur - dégraisseur - dégrillage - neutralisation pH

Usine agroalimentaire

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ter • Combinaison : débourbeur - dégraisseur - dégrillage - neutralisation pH

Usine agroalimentaire

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ter • Combinaison : débourbeur – séparateur hydrocarbures

Piste de lavage

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ter • Combinaison : débourbeur – séparateur hydrocarbures

Piste de lavage

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Poste de relevage

• Poste de relevage : 56 l/s

• Hauteur manométrique totale : 8,9 m

• Longueur refoulement : 250 m

Waterpump®

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ter • Flottateur à oxygène dissous - DAF

Flottateur

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Les traitements conventionnels pour le traitement des eaux industrielles

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Boues activées classique

• Bonne élimination de la DCO à 90-95% • Procédés connus et maitrisés.• Besoins en oxygène élevés -> consommation d'énergie (24 h aération continue).• Mauvaise décantation et fuite de MES si les eaux sont déséquilibrées (C: N> 30) • Variations de charges –> risque de dysfonctionnement dans le processus biologique.

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Biodigesteur anaérobique à contact

Digestion anaérobique

UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor

(réacteur anaérobie à lit de boues)

DCO >10.000mg/l - Qa > 100 m³/d - CH4 produit = 0,35 Nm3/kg DCO enlevé

Traitement anaérobiques pour eaux industrielles à haute contenu organique

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ter Biodisques



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Nouveaux traitements pour les eaux industrielles

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Sequencing Batch Reactor (SBR)

Réacteur à flux continu -mélange complet-contact-stabilisation-régénération

Traitement biologique avec sélecteurs réacteurs plug-flow

Réacteurs double étage

Réacteurs MBR à membrane

Réacteurs à biomasse fixée MBBR

Réacteurs à cultures fixées

Réacteurs biogranulaires

Intensification des processus biologiques sur des supports spécifiques (AOP, Demon)

En fonction du type d’effluent industriel à traiter, plusieurs de ces techniques

peuvent être combinées.

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SBR

- simplicité et flexibilité de fonctionnement

- adaptation rapide et efficace en cas de variations de charges

- coût d’exploitation peu élevé

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SBR -AIROXY


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Réacteurs SBR - AIROXY pour les applications industrielles

Prétraitements chimiques - preoxydation – Airoxy( double étage oxydatif pour eaux usées industrielles à charge organique élevée)

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Réacteurs SBR -AIROXY

Avantages :

• Haute résistance aux surcharges hydraulique et organiques

• Excellente capacité de rétention de la biomasse active

• Nitrification et dénitrification en simultanée

• Meilleure efficacité de transfert de l’oxygène

• Un meilleur contrôle de Bulking (dév. de bactéries filamenteuses)

• Flexibilité de traitement par modification de la synchronisation des différents

phases

• Permet la sélection et la croissance des consortiums microbiens désirés et en

particulier ceux des flocs-formateurs

• Moindre coût à l’investissement

• Maitrise des couts d’exploitation

• Association possible avec d’autres technologies de traitement (MBR)

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La technologie SBBGR: principes de fonctionnement et les applications

Vitesse de décantation élevée (jusqu'à 30 m / h)

Densités élevées (jusqu'à 120 g VSS /l biomasse)

Concentrations élevées (jusqu'à 20-30 g SS /l)

Minimisation de la production de boues

Charges organiques enlevés : jusqu'à 8 kg DCO/m³

Boues granulaires Boues activées classiques

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Eaux brutes

Aération

Eaux épurées

CHARGEREACTIONREJETPAUSE

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Application traitement eaux de tannerie

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Procédés d'oxydation avancée : exploiter des combinaisons de réactifs pour favoriser la formation de radicaux fortement réactifs comme :

Fenton modifié (fer, pH acide)OzoneLe peroxyde d'hydrogèneUVCatalyseurs

Procédés d'oxydation avancée (AOP)

L'oxydation chimique pour améliorer la biodégradabilité de la DCO réfractaire

AOPs -> dégradation des composants organiques:

les molécules polluantes sont décomposés en molécules plus simples, jusqu‘au dioxyde de carbone (CO2) et l'eau (H2O) (oxydation complète)

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Traitements de petits débits à forte concentration en azote

Processus DEMON ®

Le traitement biologique des boues séparé de l'eau peut présenter un grand intérêt technique et économique lié à la forte présence d'azote ammoniacal. Nitrification : NH4 -> NO2 -> NO3Denitrification : NO3 -> NO2 -> N2Demon :

Si l'oxydation est réalisée uniquement à l'étape des nitrites, vous économiserez 25% des besoins

énergétiques et 40% de la demande pour le carbone.

Avec le processus de DEMON ® seulement50% de l'ammonium est oxydé en nitrites/nitrates.Poi est joint à l'ammonium résiduel et réduiten azote gazeux. Il en résulte une économiesupplémentaire de la consommation d'énergied'environ 50%. Le taux de croissance de cesboues est basse, il est donc essentiel d’être àun âge de boue élevé. Le processus Demon ®peut être réalisé dans les réacteurs SBR et estégalement bien adapté au traitement deslixiviats de décharge.


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Traitements physico-chimiques

• Réactions d'oxydoréduction• Neutralisation• Coagulation• Floculation• Décantation lamellaire

Usine pour le revêtements

des produits d’aluminium

1. Réduction du chrome

2. Neutralisation Acides

3. Précipitation Fluorures

4. Coagulation (chaux)

5. Floculation (polymers)

6. Décantation


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Stabilisation et contact - régénération Sélecteurs A / O

anoxiques/aérobiques

Traitements biologiques poussés

• Une cuve de contact permet d’exploité lescapacités d’adsorption des MES des flocs.Concentration : de 2 à 4 g/l.

• Une étape de sédimentation.

• Un compartiment de "réaération" permet unedeuxième oxydation ainsi que l'assimilation parles microorganismes des substances adsorbées.Concentration : de 6 à 9 g/l.

Performances épuratoires de plus de 98%

Possibilité d'un traitement en alternance nitro-denitro

Réduction du volume jusqu'à 50%


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Stabilisation et contact - régénération Sélecteurs A

/ O anoxiques/aérobiques

Traitements eaux industrielles avec moyen-haute concentration

des polluants

DCOe = 2000mg/lDBO5e = 1200 mg/l

NH4e = 350 mg/l

DCOs = 80mg/lDBO5s = 10 mg/l

NH4s = 2 mg/l

Traitements biologiques poussés


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Biomasse fixée

• Lit fixe

• Mobile Bed Biofilm Reactor (MBBR)

1. Population diversifiée (biofilm+flocs)2. Favoriser action microorganismes à

faible taux de croissance

La principale caractéristique du systèmeMBBR, tel que démontrée par unevariété d'applications, consiste dansl’augmentation de la capacité detraitement dans des bassins existants parl’incorporation d'une quantitéappropriée de supports spécifiques.

Intensification du rendements des réacteurs biologiquesà travers l'utilisation de MBBR.L'augmentation des rendements épuratoires est due audéveloppement de la biomasse fixée sur les supports :o La cinétique d'élimination de la matière organique

o Phénomènes de déplacement des supports


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Lit fixe de type Oxyfix


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Station traitement eaux industriellesAbbattoirs

DCOs = 120mg/lDBO5s = 30 mg/l


Processus mixte hybride: physico-chimique, biologique double étage (avec MBBR), décantation

Traitement MBBR


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ter Bioréacteur à membrane (MBR)

Ils sont caractérisés par unprocédé physique de filtration

sur membrane couplée à unprocessus biologique et offrentune efficacité d'épurationexcellente. Concentrations plusélevées de micro organismes(jusqu'à 14-16 g/l) dans leréacteur biologique.

- Amélioration de la flexibilité de la gestion desprocessus biologique et la capacité à fonctionner avecdes flocs de différentes structures

- Élimination totale de solides en suspension dansl'effluent

- Élimination des micropolluants liés aux particules

- Excellente décantation des boues



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ter Bioréacteur à membrane (MBR)



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Applications industrielles – station de traitement eaux usées - pommes de terres

DCOs = 95 mg/l

DBO5s = 15 mg/l

MEST = 0 mg/L

NTK = 5 mg/l

DCOe = 5500mg/l

DBO5e = 2500 mg/l

MEST = 830 mg/l

NTK = 220 mg/l

Performanceη DCO = 98%

η DBO5 = 99%

η MES = 100%

η N = 98%

Bioréacteur à membrane (MBR)



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Applications industrielles – station de traitement eaux usées – cuisson de maïs

DCOs = 50 mg/l

DBO5s = 15 mg/l

MEST = 0 mg/L

NTK = 4 mg/l

DCOe = 11200mg/l

DBO5e = 7100 mg/l

MEST = 800 mg/l

NTK = 118 mg/l


η DBO5 = 99%

η MES = 100%

η N = 98%




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Applications industrielles – station de traitement eaux usées – fromagerie

DCOs = 70 mg/l

DBO5s = 10 mg/l

MEST = 0 mg/L

NTK = 2 mg/l

DCOe = 3700mg/l

DBO5e = 1950 mg/l

MEST = 1000 mg/l

NTK = 98 mg/l


η DBO5 = 99%

η MES = 100%

η N = 97%




wa

ter

Applications industrielles – station de traitement eaux usées – Abattoirs (viande)

DCOs = 30 mg/lDBO5s = 5 mg/lMEST = 0 mg/LNTK = 4 mg/l


MEST = 600 mg/lNTK = 84mg/l


η DBO5 = 99%η MES = 100%

η N = 97%




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ter

Applications industrielles – station de traitement eaux usées – Abattoirs (poisson et transform.)





η DBO5 = 99%η MES = 100%

η N = 97%




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Applications industrielles – station de traitement eaux usées – Caves à vin





η DBO5 = 99%η MES = 100%

η N = 99%




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Applications industrielles – station de traitement eaux usées – Blanchisserie industrielle

DCOs = 10 mg/l

DBO5s = 2 mg/l

MEST = 0 mg/L

NH4 = 0 mg/l

DCOe = 1250mg/l

DBO5e = 625 mg/l

MEST = 350 mg/l

NH4 = 35mg/l


η DBO5 = 99%η MES = 100%

η N = 99%




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ter • Il y a autant d’eaux usées industrielles que d’industries

• Une caractérisation représentative des eaux est primordiale

• Tenir compte des évolutions futures de l’entreprise

• L’exploitation de l’installation est aussi importante que la conception et l’investissement initial

• Collaboration entre l’industriel et le traiteur d’eau

Conclusion

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Merci pour votre attention

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