Dans un but de préservation de la planète et du respect de l’environnement, plusieurs lois et règlements ont été rédigés afin de forcer certaines entreprises à mieux agir à l’égard de notre planète. De façon générale, le rejet des eaux usées industrielles est régi par ces lois puisque les déversements peuvent être dangereux à bien des égards.

En plus d’améliorer votre empreinte environnementale, une bonne gestion de vos eaux usées représente souvent un avantage pécuniaire puisque celle-ci vous permet souvent d’éviter des frais inutiles tels des amendes ou des pénalités quelconques. À titre d’exemple, la demande biologique en oxygène et la demande chimique en oxygène (DBO / DCO) ne doivent pas dépasser un certain seuil sans quoi des frais de gestion peuvent être imposés dans des cas de déversement dans les égouts ou des amendes pour les déversements en nature.

Du secteur alimentaire en passant par les pâtes et papiers et par le secteur des cosmétiques, la DBO et la DCO représentent un défi la plupart du temps. C’est pourquoi, dans cet article, nous prendrons le temps de définir « qu’est-ce que la demande biologique en oxygène / demande chimique en oxygène? », « Quels sont les problèmes causés par la DBO / DCO », « Quelles sont les limites de déversement permises? »

Qu’est-ce que la demande biologique en oxygène (DBO)

La demande biologique en oxygène est une mesure permettant d’identifier la quantité d’oxygène requise pour oxyder les matières organiques et inorganiques, de façon biologique, dans un échantillon aqueux quelconque.

Pour mesurer la demande biologique en oxygène, un effluent doit être incubé à 20°C pendant 5 jours dans le noir. Au moment de l’incubation et après 5 jours, la concentration d’oxygène dissous est mesurée par électrométrie. Le différentiel entre l’oxygène dissous, soit la quantité d’oxygène consommé, représente la concentration en matière oxydable et s’exprime en mg/L.

• La méthode pour calculer la DBO est connue et exprimée sous les termes DBO5. 

Il est à noter que des interférences peuvent arriver si dans l’échantillon aqueux on retrouve de grandes quantités de métaux (chrome, cuivre, mercure, nickel, plomb et le zinc), de bactéricides (phénols, formaldéhyde, chlore et cyanure) ou de chlore résiduel. Le cas échéant, les résultats représenteraient une sous-estimation de la DBO5.

 Qu’est-ce que la demande chimique en oxygène?

Alors que la demande biologique en oxygène représente seulement les contaminants pouvant être dégradés de façon biologique, la demande chimique en oxygène s’intéresse à tout ce qui peut être oxydé dans l’eau. D’ailleurs, il est à noter que la présence de DCO signifie indubitablement la présence de DBO.

Bref, contrairement à la DBO, la DCO se calcule à l’aide de l’ajout d’un produit oxydant puissant, soit le bichromate de potassium (K2CR2O7).

• Comme toute chose, l’utilisation du bichromate de potassium pour l’identification de la DCO peut rencontrer des problèmes si le K2CR2O7 rentre en contact avec des hydrocarbures aliphatiques comme la pyridine et ses dérivés.

Puisque l’identification de la demande chimique en oxygène se fait à l’aide de bichromate de potassium, les résultats sont immédiats. De ce fait, il est plus facile de surveiller la DCO que la DBO.

Petite parenthèse, au Québec, pour la prise d’échantillon, des normes et procédures doivent être respectées. Vous les trouverez sur cette page :https://www.ceaeq.gouv.qc.ca/documents/publications/echantillonnage.html

Faits saillants sur la DBO/DCO

Ces deux analyses permettent donc de comprendre l’effet des bactéries et des autres micro-organismes sur la quantité d’oxygène dissouts durant la décomposition des matières organiques et inorganiques dans un milieu aérobique.

• Fait important, l’oxygène dissout est la quantité d’oxygène (O2) qui a été absorbé dans l’eau grâce au principe d’absorption ou à la photosynthèse des algues.

Ensuite, la DBO et la DCO sont des paramètres utilisés pour le contrôle des polluants organiques et inorganiques provenant des effluents industriels variés. De façon général, les industries produisant la plus grande concentration de DBO et DCO sont les raffineries de métaux, l’industrie alimentaire et celles des pâtes et papiers.

Du fait que ces paramètres sont utilisés pour le contrôle des polluants provenant des effluents industriels, la détermination de la demande biologique en oxygène et de la demande chimique en oxygènes est exigée par la loi.

Voici quelques règlements imposant la surveillance de la DBO/DCO au Québec :

• Règlement sur les attestations d’assainissement en milieu industriel ;

• Règlement sur l’enfouissement et l’incinération de matières résiduelles ; 

• Règlement sur les fabriques de pâtes et papier.gulation respecting pulp and paper mills.

Quel problème peut résulter d'une concentration élevée de DBO/DCO ?

Comme la demande biologique en oxygène et la demande chimique en oxygène de l’eau représentent la quantité d’oxygène dissout nécessaire aux organismes dans l’eau pour l’oxydation des matières organique et inorganique, plusieurs problèmes peuvent survenir lorsque celle-ci est trop élevée.

Avant d’aborder les avantages de la diminution de la demande biologique en oxygène et de la demande chimique en oxygène, nous aborderons les problèmes survenant d’une trop forte concentration de celles-ci.

Lorsqu’un effluent trop concentré en DBO ou DCO est déversé dans un lac, une rivière ou toute autre source d’eau, les bactéries présentes dans l’effluent viennent consommer tout l’oxygène dissout dans la source d’eau visée. Bien que cela puisse paraître futile, l’oxygène dissout dans l’eau sert à la survie de la vie aquatique tels les poissons, les algues ou tout autre type de vies sous-marines. En d’autres mots, lorsqu’un déversement d’eau fortement concentré en DBO/DCO est fait, la vie aquatique est en péril et risque de mourir ou elle peut être forcée à migrer.

Bien que les problèmes primaires reliés à ces paramètres de l’eau soient reliés à la survie de la vie aquatique, il ne faut pas oublier qu’une forte concentration en matière organique, ergo en DBO/DCO, est précurseur de couleur ou d’odeur dans l’eau.

s sont les concentrations maximales de DBO/DCO permise

De façon générale, si vous êtes situé au Canada, la limite de concentration en DBO dans vos eaux usées est de 25mg/L. Cette règlementation provient du Règlement sur les effluents des systèmes d’assainissement des eaux usées.

Évidemment, en fonction de votre emplacement géographique, d’autres lois ou règlements peuvent s’imposer à votre situation – ces règlements et lois peuvent parfois être plus ou moins sévères.

• Par exemple, la ville de Saint-Hyacinthe au Québec accepte les déversements dans son réseau d’égout de concentration allant jusqu’à 144mg/L en demande biologique en oxygène. Ce genre d’exception s’explique lorsqu’une ville utilise les matières organiques dans les eaux usées à bon escient. Saint-Hyacinthe, quant à elle, utilise la matière biologique dans ses eaux d’égout pour produire du méthane grâce à une usine complète de biométhanisation.

Il est a noté que le standard de 25mg/L est un strict minimum et que pour le bien de la planète et ses êtres vivants, rien n’empêche une entreprise d’être écoresponsable et de viser mieux.

Que pouvez-vous faire avec les concentrations de DBO/DCO?

Plusieurs options sont disponibles permettant une meilleure gestion de la demande biologique en oxygène dans les effluents. Dans certains cas, comme pour la ville e Saint-Hyacinthe, les DBO peuvent être utilisées pour la production de méthane.

• Il est à noter que pour la biométhanisation, les quantités d’eau et les infrastructures nécessaires sont immenses. Autrement dit, il est extrêmement rare que cette solution en soit une financièrement viable.

N’étant pas dans une utopie, la plupart des entreprises se retrouvent dans l’obligation de diminuer la concentration en DBO/DCO dans leur effluent.

Comment réduire la demande biologique et chimique en oxygène?

Pour commencer, il est reconnu que la concentration de matières en suspension (MES) présente dans l’eau est intimement reliée à la concentration en DBO/DCO. Il est donc important de comprendre que l’extraction des matières en suspension permet la diminution de la demande biologique en oxygène et de la demande chimique en oxygène. De ce fait, la coagulation/floculation suivie d’une étape de filtration sont des méthodes efficaces pour la diminution des DBO/DCO.

Dans certains cas, l’utilisation du peroxyde d’hydrogène peut parfois être une solution envisageable. Parmi les situations où l’utilisation du H2O2 est priorisée, on retrouve la prédigestion des eaux usées contenant des niveaux modérés/élèves de composés toxiques, inhibiteurs ou récalcitrants au traitement biologique.

• Ces composées peuvent être des pesticides, des plastifiants, des résines, des réfrigérants ou des colorants.

L’option d’utilisée du H2O2 est aussi intéressante lorsque l’on cherche à améliorer la séparation par flottaison des matières organiques.

• Il est important de préciser que le peroxyde d’hydrogène peut être utilisé seul ou avec un catalyseur. La décision d’ajouter ou non un catalyseur doit être prise en fonction du type de DBO/DCO présent dans l’eau. Par exemple, le peroxyde d’hydrogène seul est efficace contre le sulfure et les thiosulfates, mais n’aura pas d’effet sur les phénols, le cyanure et les amines.

Puisque l’utilisation du H2O2 représente l’ajout de produit chimique et est utilisée pour combattre des composés toxiques quelconques, cette solution n’est pas toujours la plus écologique.

Les bioréacteurs à membranes

Parmi les autres solutions permettant la diminution de la demande biologique et chimique en oxygène de l’eau, les bioréacteurs à membranes sont une technologie de choix pour bien des raisons. Ils ont vu le jour dans les années 1960 afin de combattre la croissance exponentielle du nombre de personnes sur terre, les bioréacteurs à membranes devaient servir au traitement des eaux d’égout. L’invention de cette technologie représentait une avancée importante en ce qui a trait au traitement des eaux usées et à la priorisation de l’environnement dans les mœurs sociétales.

Fonctionnant grâce à des membranes filtrantes (microfiltration ou ultrafiltration) permettant de séparer l’eau traitée des flocs bactériens. Il existe deux types de bioréacteur à membrane : les bioréacteurs à membrane immergée et les bioréacteurs à membrane externe.

Outre l’emplacement des membranes, les deux types de bioréacteurs fonctionnent de la même manière. L’eau brute rentre dans un bassin d’aération où l’on retrouve des boues fortement concentrées en bactéries. Une fois traitée par le bioréacteur, l’eau passe par une membrane de filtration (immergées ou externe) pour être filtrée et est prête à être réutilisée ou déversée.

Le bassin d’aération

Les boues se trouvant dans le bassin d’aération sont composées de bactéries permettant l’oxydation accélérée des matières organiques et inorganiques se trouvant dans les eaux usées. L’ajout d’oxygène, par aération, permet aux bactéries d’avoir la quantité nécessaire d’oxygène dissout pour effectuer l’oxydation complète des contaminants. C’est pour cette raison que le bassin d’aération est au centre de la capacité de traitement d’un bioréacteur à membrane.

Plus le volume du bassin est élevé, plus sa capacité de traitement de DBO/DCO est élevée. Cela s’explique par le fait que les bactéries responsables du traitement des DBO/DCO se trouvent dans ledit bassin. Donc, plus celui-ci est volumineux, plus on retrouve de bactéries pouvant travailler à diminuer la concentration en demande biologique et chimique en oxygène.

• À titre informatif, on calcule généralement la capacité de traitement d’un bioréacteur à membrane en kilogramme/jour.

De façon générale, la concentration de liqueur mixte en suspension (MLSS) est un des paramètres clés à surveiller pour le bon fonctionnement du bioréacteur. Une concentration trop élevée dans MLSS peut causer la mort des bactéries et rendre le traitement inefficace.

• Exceptions : En général, une concentration de 8000 à 9000 ppm de MLSS est considérée comme étant le maximum pour l’efficacité du traitement. En revanche, dans certains cas, si les contaminants sont toujours les mêmes, les bactéries s’habituent et peuvent faire face à une plus grande concentration. Par exemple, chez Crofter’s organic, les concentrations de MLSS atteignent des niveaux impressionnant jusqu’à plus de 25 000ppm. Malgré cela, le traitement s’effectue efficacement puisque la matière oxydable est toujours des carbohydrates de sucre. consulter cet article pour en apprendre plus sur le partenariat Crofter’s / Durpro, sur le système qu’ils ont adopté et sur son rendement!

Comme précisé plus haut, une fois les matières organique et inorganique, soit les contaminants, oxydés, l’eau passe au travers des membranes pour en extraire les contaminants physiques et la boue excédentaire et rejetées.

L’eau traitée peut ensuite être rejetée sans soucis pour l’environnement ou peut être réutilisée à des fins préétablies comme dans l’exemple de Crofter’s qui utilise de la façon la plus optimale ses eaux usées.

Bioréacteur a membrane mobile

De façon générale, le principe de fonctionnement des MBBR est le même que celui des MBR. La différence étant qu’à l’intérieur des bassins d’aération, on ne retrouve pas des boues concentrées en bactérie, c’est plutôt un média spécial qui est ajouté à l’eau. Typiquement, un bassin d’aération de MBBR est rempli d’environ 50 à 70% de média.

Leurs formes variables sont optimisées afin de promouvoir la prolifération des bactéries. Ainsi, grâce au même principe d’oxydation abordé dans la section des bioréacteurs à membrane, les bactéries se retrouvant sur le média vont venir diminuer la DBO et DCO.

Il existe plusieurs types de médias pouvant être utilisés pour la prolifération des bactéries dans les bassins d’aération d’un MBBR. Les plus répandues sont les médias en formes d’éponges, en forme de puces, en forme de pièces de monnaie et en tube.

MBR vs MBBR

Premièrement, bien qu’ils soient efficaces pour la diminution de la DBO et de la DCO, les MBBR présentent une faiblesse à l’égard des matières en suspension, ce qui n’affecte pas les MBR. En revanche, les MBBR sont généralement moins dispendieux que les MBR traditionnels.

La qualité d’eau offerte par les bioréacteurs à membrane étant meilleure, ceux-ci permettent la réutilisation de l’eau alors que les MBBR ne le permettent pas. Enfin, en ce qui a trait à la taille des installations, ils sont tous deux très semblables.

Quels sont les avantages de réduire la DBO/DCO?

Plusieurs avantages peuvent provenir de la réduction de la DBO et DCO. Premièrement, comme abordée plus haut, la biométhanisation est une option permettant la rentabilisation des équipements et du traitement d’eau. En revanche, à moins que votre entreprise soit de l’envergure d’une petite ville, le retour sur investissement n’en vaut pas le coût. Il est d’ailleurs important de préciser qu’un effluent trop variable en type de DBO/DCO peut être problématique pour la production de méthane.

Au niveau environnemental, l’impact de la réduction de ces contaminants avant le rejet des eaux usées est très positif et permets aux entreprises de diminuer drastiquement leur empreinte écologique. Intimement liés à cet avantage, les coûts reliés aux déchargements, les frais associés à la gestion du risque et les sanctions gouvernementales potentielles se voient diminuer de façon importante.

De plus, comme pour l’exemple de Crofter’s organic, le bon traitement des eaux usées permet souvent la réutilisation de celles-ci à des fins variées. Bref, la réduction de la DBO / DCO peut avoir un impact positif sur l’environnement, votre entreprise et votre impact environnemental.

Conclusion

Pour résumer brièvement, les DBO et DCO sont des paramètres de l’eau représentant la capacité d’oxydation des bactéries se retrouvant dans l’eau. Plus elle est élevée, plus l’oxygène dissout dans l’eau doit être important afin de ne pas affecter négativement la vie aquatique environnante.

Quelles que soient les contraintes auxquelles votre entreprise fait face, les différentes techniques existantes pour la réduction des DBO/DCO permettent le traitement des eaux, quels que soient votre situation et vos besoins.

Finalement, que vos motivations soient pécuniaires, environnemental ou autres, il existe une solution pour vous permettre d’atteindre vos objectifs en ce qui a trait à votre utilisation des eaux et à son traitement.

Vous avez des questions relatives au traitement de la demande biologique en oxygène et de la demande chimique en oxygène, n’hésitez pas à nous contacter ou à laisser un commentaire ci-dessous.