Dimensionnement de l'étape de réduction biologique du chrome

Rappel des caractéristiques de la réaction

Pour réduire de 88% la concentration initiale en chrome hexavalent d'une solution, quarante-huit heures sont nécessaires. Et pour une solution de concentation 500 µmol/L en chrome (environ 60 mg/L), 35 mmol/L de lactate et 2 mmol/L de sulfate sont consommées.

Caractéristiques de l'effluent à traiter

Se sont les eaux de rétro-lavage des colonnes chromatographiques. Celles-ci présentent une concentration en chrome hexavalent de 75 mg/L soit approximativement 650 µmol/L (concentration du même ordre que les conditions décrites dans la publication de SMITH and GADD). Le débit d'alimentation de cette étape de traitement n'est pas continu: environ 1100 m3 d'eau de rétrolavage arrivent tous les deux jours.

Calcul de la durée de réaction

D'après les caractéristiques de l'eflluent et de la réaction, huit jours sont nécessaires pour atteindre les objectifs que nous nous sommes fixé pour le rejet.

Tableau 1: Evolution de la concentration en Cr(VI) au cours du traitement biologique


Les deux graphiques ci-dessous illustrent les résultats présentés dans le tableau 1. 


Figure 1 : Evolution de la concentration en Cr(VI) au cours de la durée totale de réaction (graphique de gauche). Le graphique de droite donne l'évolution de la concentration du quatrième au huitième jour de traitement ainsi que les seuils de concentration remarquable (Fond géochimique, Norme, Objectif)

La majeure partie de la pollution est abattue au cours des quatres premiers jours. Cependant, un peu plus des ix jours sont nécessaires pour obtenir des concentrations dans les eaux de rejet conforment à la norme (0,1 mg/L). Il faut presque deux jours de plus à la réaction pour atteindre notre objectif initial (0,05 mg/L). Ainsi, huit jours de réaction sont nécessaires. Pour finir, notons que la valeur du fond géochimique est faible (0,03 mg/L) d'où l'intérêt de traiter cet effluent avant rejet afin d'éviter au maximunm les perturbations du milieu par l'activité minière.

Dimensionnement du réacteur de fermentation

Comme la réaction dure huit jours, notre installation doit avoir un volume pemettant de traiter la totalité du volume d'eau de lavage produit durant cette durée. Ainsi un volume minimal de 4 400 m3 est nécessaire.

L'installation se divise en cinq sous-bassins de réaction de 1 100 m3. Chaque bassin peut ainsi stocker la quantité d'eau de lavage produite en deux jours. Quatre sous-bassins permettent le stockage du volume d'eau produite en huit jours (durée de la réaction). Le cinquième sous-bassin permet d'optimiser le fonctionnement de l'installation. En effet, à la fin des huit jours de réaction, le premier bassin sera vidé tandis que le cinquième sera en train de se remplir. De cette manière, on évite de stocker de l'eau et le traitement se fait de façon plus continue.


Figure 2 : Schéma du fermenteur pour la réaction de sulfo-réduction

On peut imaginer les dimensions suivante pour l'ouvrage 30 m de large, 50 m de long et une hauteur de bassin de 3 m. Chaque sous-bassin aura une longueur de 30 m et une largeur de 10 m.

Les micro-organismes

La population de bactéries se développe sous forme de biofilm ou sur des sédiments. On peut envisager de disposer un support sableux dans lequel les bactéries peuvent se développer. Certains procédés biologiques proposent comme support des billes de polystyrène ce qui permettent d'augmenter la surface de contact avec l'effluent. Un tel dispositif (plus poussé) entraînera un surcoût de l'installation.

Apport en réactifs

Après l'étape d'échange d'ions, l'eau de rétro-lavage est chargée en anions. Ainsi, on y retrouve les chromates concentrés parmis d'autres anions. En outres, la concentration en sulfate à la sortie de la résine est de 400 mg/L. D'après les caractéristiques de la réaction, cette teneur n'est pas tout à fait suffisante pour permettre le bon déroulement de la réaction. Il sera donc nécessaire de réaliser les apports de sulfate pour que la réaction se fasse correctement.

En revanche, la source de carbone utilisée est celle de l'eau. En effet, la résine échageuse d'ions ne stoppe pas les particules dissoutes dans l'eau.

Rejets dans l'environnement

Grâce à ce traitement, le concentration en chrome VI est bien inférieure à la règlementation. Le chrome III étant insoluble dans l'eau et de toxicité moindre, l'impact de l'effluent sur l'environnement est diminué.

En revanche cette installation introduit dans l'environnement du carbone sous forme organique ainsi que de nouveaux organismes vivants ce qui peut causer des perturbations de l'écosystème des rivières dans lesquelles sont effectués les rejets. Avant de mettre en place une telle installation, les effets sur l'environnement devront être clairement identifiés et il sera important de mettre en balance l'intérêt de diminuer la concentration en chrome hexavalent avec les risques de perturbation du milieu par les bactéries et les apports extérieurs de carbone.