16:37 Pour un flux d'effluents pharmaceutiques de quelques dizaines de mètres cubes par jour, un système biologique de type MBBR permet souvent de respecter les limites de rejet à moindre coût et avec une charge de travail réduite pour l'opérateur par rapport à une chaîne complète de membranes. Un système MBR s'avère particulièrement adapté lorsque les limites de rejet sont strictes, que l'empreinte au sol est fixe ou que l'eau est réutilisée.
Traitement des eaux usées issues de l'industrie pharmaceutique : guide de sélection des procédés
Les usines pharmaceutiques ne produisent pas un seul type d'eaux usées. Une installation assurant la synthèse, la fermentation, la formulation et le conditionnement génère des flux qui n'ont pratiquement rien en commun, et le fait qu'ils soient séparés ou combinés avant le traitement influe davantage sur le choix du procédé que n'importe quel choix d'équipement.
Les eaux usées issues de la synthèse contiennent des solvants, présentent une DCO élevée et ont souvent une salinité importante. Les rejets de bouillon de fermentation contiennent une charge organique importante mais en grande partie biodégradable. La formulation et le lavage des équipements produisent des eaux à concentration modérée contenant des principes actifs pharmaceutiques à faible concentration ; c'est ce flux qui retient particulièrement l'attention des autorités réglementaires. Les purges des réseaux techniques et les eaux usées sanitaires provenant du même site sont, en comparaison, ordinaires, et leur mélange avec les effluents de process a principalement pour effet de diluer le problème tout en augmentant la taille de l’installation.
Quatre caractéristiques reviennent systématiquement dans les sites pharmaceutiques et définissent les critères de comparaison utilisés tout au long de ce guide :
C'est précisément pour ces quatre raisons que les pages comparatives de fournisseurs, qui classent les systèmes MBBR et MBR selon des critères génériques, fournissent des résultats inutilisables pour un site pharmaceutique. Les critères déterminants sont la variabilité de la charge, le risque d'inhibition et le degré de rigueur des limites de rejet.
MBBR (réacteur à biofilm à lit mobile). La biomasse se développe sous forme de biofilm sur des supports en plastique maintenus en suspension par aération. Comme la biomasse est fixée plutôt qu’en suspension, elle n’est pas emportée lors des pics de débit, et le réacteur se remet plus rapidement d’un pic inhibiteur qu’un système à croissance en suspension. La séparation des matières en suspension a tout de même lieu par la suite, généralement par décantation ou à l’aide d’un simple filtre, et la teneur en matières en suspension de l’effluent dépend de l’efficacité de cette séparation.
MBR (bioréacteur à membrane). Biomasse en suspension avec membranes immergées remplaçant le décanteur. La barrière retient toute la biomasse dans le réacteur, quelle que soit sa capacité de décantation, ce qui permet d'atteindre une concentration en biomasse bien plus élevée et une longue durée de rétention des boues dans un petit bassin. Les matières en suspension dans l'effluent sont retenues par la membrane, et non par le processus de décantation.
Système hybride : MBBR en amont d'un MBR. Les supports de la première étape absorbent les chocs et la fraction inhibitrice, protégeant ainsi la biomasse en suspension dans le réservoir à membrane situé en aval. Plus d'équipements, plus de points de contrôle, une meilleure résilience.
Une quatrième option mérite d'être mentionnée, car elle s'avère souvent la plus judicieuse et apparaît rarement sur les pages comparatives : isoler le flux le plus problématique et le traiter séparément, voire l'évacuer hors site, tout en confiant le reste du volume à une installation plus simple. Sur un site où une seule ligne de production génère la majeure partie des difficultés pour un volume très limité, cette solution s'avère souvent moins coûteuse que la construction d'une installation capable de traiter l'ensemble des cas les plus problématiques.
| Dimension | Système basé sur la technologie MBBR | Système MBR | Système hybride MBBR + MBR |
| Matières en suspension dans les effluents | Cela dépend de la séparation en aval | Déterminé par la barrière membranaire | Déterminé par la barrière membranaire |
| Tolérance aux limaces inhibitrices | Niveau élevé, le biofilm se reconstitue | La biomasse inférieure, en suspension, est exposée | Au plus haut niveau, les transporteurs amortissent la phase membranaire |
| Tolérance aux pics de débit | Niveau élevé, la biomasse reste stable | Niveau élevé, la biomasse reste stable | Élevé |
| Empreinte écologique | Compact, plus grand que le MBR pour une charge équivalente | Le plus petit | Plus grand que chacun d'eux pris séparément |
| Durée de rétention des boues réalisable | Modéré | Long, dissocié du débit | Long |
| Élimination des composés à dégradation lente | Modéré | Mieux encore, une longue durée de séjour des boues est bénéfique | Mieux |
| Compétences requises de la part de l'opérateur | Discipline « Lower », sans membrane | Supérieur : surveillance du TMP, CIP, gestion de l'encrassement | Le plus élevé |
| Consommables | En résumé, les porteurs ont une longue durée de vie. | Remplacement des membranes et produits chimiques pour le nettoyage en place (CIP) | Les deux |
| Énergie d'aération | Air de process uniquement | Air de process et air de balayage en continu | Le plus haut des trois |
| Adéquation en tant que matière première de réutilisation | Nécessite un traitement complémentaire | Alimentation directe vers l'osmose inverse | Alimentation directe vers l'osmose inverse |
| Réaction en cas de resserrement ultérieur des limites | Une remise à neuf pourrait s'avérer nécessaire | Marge déjà disponible | Marge déjà disponible |
| Coût d'investissement à faible débit | Le plus bas | Plus élevé | Le plus élevé |
Contrairement aux pages de comparaison des technologies à usage général qui dominent les résultats de recherche sur ce sujet, l'élément le plus important sur un site pharmaceutique est généralement la tolérance à l'inhibition plutôt que la qualité des effluents ; en effet, une installation qui respecte la limite lors d'une bonne semaine mais qui tombe en panne lors d'une campagne de nettoyage n'est pas une installation conforme.
Dans le secteur, on a tendance à recourir systématiquement au MBR dès que les effluents semblent problématiques. Pour les petits flux issus de l'industrie pharmaceutique, cette approche par défaut est souvent erronée, et il convient de préciser dans quels cas exactement.
Un système basé sur la technologie MBBR constitue la meilleure solution commerciale lorsque plusieurs des conditions suivantes sont réunies :
Inversez les conditions et la réponse s'inverse en conséquence. Lorsque le site rejette ses effluents dans un cours d'eau soumis à une norme stricte, qu'il manque d'espace ou qu'il souhaite récupérer l'eau, un MBR est le procédé qui permet d'y parvenir, ce que le MBBR, à lui seul, ne permet pas.
Voici donc une comparaison honnête : le procédé MBR produit une eau de meilleure qualité, mais son coût d'exploitation est plus élevé ; le procédé MBBR produit une eau suffisante pour de nombreuses applications pharmaceutiques et son coût d'exploitation est moins élevé. Le choix dépend des normes de rejet stipulées dans l'autorisation, et non de la technologie la plus avancée.
Traitement des eaux usées issues de l'industrie pharmaceutique : guide de sélection des procédés
Lorsque l’évaluation porte effectivement sur le traitement par membrane (MBR), les faibles débits de produits pharmaceutiques soulèvent une question de dimensionnement à laquelle les recommandations à l’échelle municipale n’apportent pas de réponse satisfaisante : la granularité des modules. Une station traitant des dizaines de mètres cubes par jour nécessite une surface de membrane qui se situe entre les tailles standard des cassettes, et choisir une granularité inadaptée expose l’exploitant soit à un manque de surface, soit à payer pour une capacité qui ne sera jamais utilisée.
Banott’s MBR à fibres creuses La plage est indiquée en fonction de la surface effective de la membrane :
| Modèle | Surface effective de la membrane | Positionnement publié |
| MBRIII3C | 3 m² | Systèmes compacts de traitement des eaux usées |
| MBRIII10C | 10 m² | Traitement des eaux usées, performances de filtration stables |
| MBI120C | 20 m² | Systèmes de traitement des eaux usées, performances de filtration stables |
La gamme en trois étapes est utile à petite échelle précisément parce qu’elle permet d’assembler une surface par petits paliers plutôt que par grands blocs modulaires. Un flux nécessitant une surface totale modeste peut être construit à partir d’une combinaison adaptée à la charge de travail et laissant une marge d’extension définie, ce qui est important sur un site où l’ajout d’une ligne de production modifie la charge deux ans plus tard.
La surface indiquée ne suffit pas à elle seule à déterminer la taille d'une plante. Les informations suivantes ne figurent pas sur les pages produits et doivent faire l'objet d'une demande écrite avant de passer commande :
| Paramètre à demander | Pourquoi un site pharmaceutique en a besoin |
| Matériau de la membrane et taille nominale des pores | Détermine le rejet et la compatibilité avec les traces de solvants et les produits chimiques utilisés pour le nettoyage en place (CIP) |
| Définissez le débit de référence en fonction de votre MLSS et de la température | Convertit votre débit en surface totale de membrane et en nombre de modules |
| Plage de fonctionnement du TMP et seuil d'alarme | Les ensembles déterminent le fonctionnement de la pompe et le seuil d'encrassement |
| Débit d'aération par module | Le poste de coût d'exploitation le plus important, et souvent l'argument décisif contre le MBBR |
| Dimensions du module et profondeur requise du réservoir | Détermine si un réservoir compact en boîtier peut accueillir le module |
| Types de produits chimiques utilisés pour le CIP, concentrations et fréquence d'utilisation | Détermine la charge de travail des opérateurs, ce qui constitue le principal argument contre le MBR à cette échelle |
| Compatibilité chimique avec les désinfectants résiduels | Les produits de nettoyage utilisés lors du lavage en fin de production peuvent atteindre la membrane |
| Durée de vie prévue de la membrane dans ces conditions d'utilisation et délai de remplacement | Indispensable pour toute comparaison honnête des coûts sur l'ensemble du cycle de vie |
Banott produit également modules MBR à plaques plates en PVDF avec un support en lin PET, fonctionnant de l'extérieur vers l'intérieur, dans des configurations compactes, intégrées et standard. Dans les petites usines disposant d'un personnel de maintenance limité, la simplicité de l'inspection manuelle du format en feuille plate mérite d'être prise en compte dans la comparaison, plutôt que d'opter par défaut pour la fibre creuse.
Trois types de défaillances sont à l'origine de la plupart des dysfonctionnements des stations d'épuration des eaux usées pharmaceutiques, et aucun d'entre eux n'est lié à un problème de membrane.
Une campagne de nettoyage élimine la vie biologique.
Les opérations de nettoyage en place (CIP) dans la production libèrent des désinfectants et des substances caustiques sous forme de flux concentrés. Arrivés non dilués dans un bioréacteur, ils inhibent ou détruisent la biomasse, et la remise en état prend plusieurs semaines, période pendant laquelle l’usine n’est pas conforme aux normes. La solution se trouve en amont : un réservoir d'égalisation dimensionné pour le plus grand débit de CIP, et un système de dosage qui l'injecte progressivement dans le réacteur plutôt que de le déverser d'un seul coup. Cet élément est trop souvent sous-dimensionné par rapport à tous les autres.
On part du principe que les solvants peuvent être traités.
C'est le cas de certaines. D'autres se volatilisent dans un bassin aéré et posent alors un problème d'émissions atmosphériques plutôt qu'un problème lié à l'eau, tandis que d'autres encore résistent totalement au traitement biologique. C'est un test de traitabilité réalisé sur l'effluent réel, et non une hypothèse tirée de la littérature scientifique sur la composition chimique du produit, qui permet de trancher la question.
L'usine est conçue pour la gamme de produits actuelle.
Évolution de la production pharmaceutique. Une usine dimensionnée en fonction des produits actuels peut s'avérer mal adaptée à un nouveau principe actif introduit deux ans plus tard. Il est moins coûteux de prévoir une marge de manœuvre documentée et d'identifier les paramètres qui la limitent que de reconstruire l'usine.
Un cas particulier qui mérite d’être souligné à part : les sites traitant des antibiotiques font l’objet d’une attention réglementaire croissante concernant la résistance aux antimicrobiens dans les effluents, ce qui est une question distincte de la conformité en matière de DCO et peut donner lieu à des exigences auxquelles ni le procédé MBBR ni le procédé MBR ne répondent à eux seuls. Lorsque le portefeuille comprend des antibiotiques, il convient de vérifier quelles seront probablement les exigences du permis tout au long de la durée de vie de la station, plutôt que de se limiter à celles en vigueur actuellement.
Traitement des eaux usées issues de l'industrie pharmaceutique : guide de sélection des procédés
Banott ne publie pas les prix de vente des modules membranaires MBR ni ceux des stations d'épuration conteneurisées. Les tarifs sont communiqués sur demande, et pour obtenir un chiffre pertinent, il est nécessaire de disposer de la caractérisation des effluents, de la norme de rejet, du profil de débit et de l'espace disponible. Des informations sur les capacités sont disponibles pour la gamme des petites machines d’osmose inverse (RO), dont la capacité est comprise entre 300 et 3 000 GPD, ainsi que pour les installations industrielles Membranes RO sont disponibles dans les formats standard à 4 040 et 8 040 éléments ; aucun des deux n'a de prix catalogue.
Lorsque vous comparez un devis MBBR à un devis MBR, veillez à les comparer sur les cinq mêmes postes, sinon la comparaison risque d'induire en erreur :
Les devis portant uniquement sur la membrane semblent moins chers qu'ils ne le sont en réalité. Les devis incluant un support semblent moins chers qu'ils ne le sont lorsque l'étape de séparation en aval n'est pas prise en compte.
L'équipe d'ingénierie en traitement de l'eau de Banott propose des services de conseil avant-vente portant sur le choix du procédé, le type de membrane et le dimensionnement de la surface filtrante, ainsi que la configuration du système en fonction des données de qualité de l'eau fournies, en s'appuyant sur près de 20 ans d'expérience dans la technologie de séparation par membranes d'ultrafiltration et ses applications techniques. Pour un flux présentant un risque d'inhibition, fournir les données réelles permet d'obtenir une réponse plus pertinente qu'une simple indication de capacité.
R : Aucune des deux solutions n'est supérieure en théorie. Le procédé MBBR constitue généralement la meilleure solution commerciale pour les petits débits rejetés dans les égouts, en particulier lorsque l'effluent contient une fraction inhibitrice et que le site ne dispose pas d'un opérateur dédié au traitement des eaux usées. Le procédé MBR est quant à lui la meilleure solution lorsque les normes de rejet sont strictes, que l'empreinte au sol est fixe ou que l'eau traitée est destinée à être réutilisée.
R : Il peut fonctionner dans ces conditions, mais la biomasse en suspension est exposée à tout ce qui lui parvient. C’est une égalisation adéquate en amont du réacteur, et dans certains cas un premier étage à support, qui assure sa protection. Lorsqu’un API spécifique pose problème, un test de traitabilité réalisé sur l’effluent réel constitue la seule base fiable pour la conception.
R : Une membrane MBR fonctionne avec une taille de pores permettant d'éliminer les solides en suspension et la biomasse, mais pas les molécules dissoutes. L'élimination des composés pharmaceutiques dissous dans un MBR résulte de la dégradation biologique et de l'adsorption lors d'un temps de séjour prolongé des boues, plutôt que de la barrière membranaire elle-même. Lorsqu'un composé dissous spécifique doit être éliminé jusqu'à une limite définie, un étage membranaire plus fin ou un autre procédé de polissage est nécessaire en aval du MBR.
R : Le MBR est la solution la plus compacte pour une charge donnée, car la membrane permet d'atteindre une forte concentration de biomasse dans un réservoir de petite taille. Le MBBR est compact par rapport aux systèmes à boues activées classiques, mais plus volumineux que le MBR à charge égale. Un système hybride nécessite les deux étapes. Lorsque l'espace constitue véritablement une contrainte, ce critère détermine à lui seul le choix.
R : La charge et le caractère inhibiteur évoluent en conséquence. Les systèmes conçus avec une marge de manœuvre documentée et un plan d’extension défini sont capables de gérer cette situation ; ce n’est pas le cas des systèmes dimensionnés strictement en fonction de la campagne en cours. Lors de la conception, demandez quel paramètre limite l’installation et dans quelle mesure.
R : Le perméat MBR ne contient pas de matières solides et peut alimenter directement un système d’osmose inverse, ce qui rend techniquement possible sa réutilisation à des fins de refroidissement, de nettoyage ou pour les services généraux. Les sites pharmaceutiques doivent également respecter des exigences de qualification concernant toute eau entrant en contact avec la production ; par conséquent, la réutilisation se limite généralement aux services généraux plutôt qu’à l’eau de process.
R : Plus souvent que dans le cas des eaux usées municipales, la fréquence dépendant de la nature de vos effluents, de la température et de la concentration en biomasse. Étant donné que le temps de travail du personnel d’exploitation constitue le principal argument financier contre l’utilisation d’un MBR à petite échelle, demandez que la fréquence de nettoyage et le protocole de nettoyage en place (CIP) soient précisés dans le devis plutôt que d’en donner une estimation.
R : Non publié. Les tarifs sont communiqués sur demande, en fonction de la surface de la membrane, de la configuration des modules et de la capacité du projet.
R : Les stations de traitement d'eau pure et d'eaux usées en conteneurs sont disponibles sous forme d'unités modulaires préassemblées dotées d'un haut degré d'automatisation, ce qui convient particulièrement aux sites pharmaceutiques où les travaux de génie civil à l'intérieur d'une installation en service peuvent perturber l'activité ou lorsque la station doit éventuellement être déplacée.
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