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25 ans d'assainissement des eaux usées industrielles au Québec : un bilan (suite)

Chapitre 3 : L'état d'avancement de l'assainissement des eaux usées industrielles en date de 1995 (suite)

3.2    L'assainissement des eaux dans le secteur du raffinage du pétrole

3.2.1    Caractéristiques des eaux usées
3.2.2    Nature des travaux d'assainissement
3.2.3    Appréciation des efforts de dépollution

3.3    L'assainissement des eaux dans le secteur de la métallurgie primaire (hors CUM)

3.3.1 Caractéristiques des eaux usées
3.3.2 Nature des travaux d'assainissement
3.3.3    Appréciation des efforts de dépollution

3.4 et suivants


3.2    L’assainissement des eaux dans le secteur du raffinage du pétrole

En 1995, trois raffineries de pétrole sont en exploitation au Québec et leur production s’établit à près de 350 000 barils de pétrole par jour représentant environ 20 % de la capacité de raffinage canadienne. Il s’agit de grands complexes industriels qui procurent environ 1150 emplois directs. Deux de ces établissements sont situés sur le territoire de la CUM tandis que le troisième est localisé à St-Romuald. Dans les trois cas, le rejet des effluents se fait hors réseau.

3.2.1    Caractéristiques des eaux usées

Les principaux polluants retrouvés dans les eaux de procédé sont les huiles et graisses (hydrocarbures), les composés phénoliques, les sulfures, l’azote ammoniacal et les matières en suspension. On peut également détecter d’autres contaminants, mais à des concentrations beaucoup plus faibles, comme des sels minéraux, des métaux (fer, arsenic, chrome, vanadium, nickel) et des additifs chimiques (soude caustique, acides sulfurique et phosphorique, solvants, détergents, etc.).

3.2.2    Nature des travaux d’assainissement

Les principaux polluants générés par une raffinerie de pétrole sont traités adéquatement par un procédé biologique. Cependant, plusieurs aménagements préalables sont possibles afin de réduire les charges polluantes à traiter.

Mesures de prévention de la pollution
Dans le secteur des raffineries de pétrole, plusieurs pratiques de bonne gestion permettent de prévenir la pollution, par exemple :

  • l’utilisation de refroidisseurs à l’air plutôt que de tours de refroidissement à l’eau, ce qui diminue la consommation d’eau et élimine l’ajout d’additifs;
  • la réutilisation d’une eau de procédé dans un autre procédé : eaux usées de l’épuiseur d’eaux acides à l’unité de dessalage, purge des chaudières à haute pression utilisée comme alimentation des chaudières à basse pression;
  • la réutilisation d’eaux de refroidissement : compresseur et pompe en circuit fermé, eaux chaudes des condenseurs utilisées pour chauffer le pétrole brut, condensats de vapeur comme alimentation des chaudières, eaux de refroidissement « une passe » à titre d’eau d’appoint;
  • l’utilisation d’eaux pluviales comme eau d’appoint;
  • la ségrégation des eaux contaminées d’une part et des eaux faiblement contaminées d’autre part, telles que les eaux pluviales, les condensats de chaudières, les eaux de refroidissement indirect, les eaux des drains de toit.

Traitements effectués par les industries hors réseau
Après certains traitements à la source comme celui appliqué aux eaux acides dans le but d'abaisser leur teneur en sulfures et en azote ammoniacal, les eaux usées d’une raffinerie de pétrole subissent un traitement primaire qui comprend un séparateur d'huiles (de type API) permettant de réduire les concentrations en huiles et graisses, et en matières en suspension. L’enlèvement des huiles et graisses est complété dans une unité de flottation à air dissous ou induit. Un bassin d’égalisation régularise le débit et sert à équilibrer le pH avant le traitement secondaire biologique.

Chacune des trois raffineries du Québec possède un traitement biologique différent, à savoir des boues activées, des réacteurs à lits bactériens et des étangs aérés. En 1995, aucune raffinerie n’effectue de traitement tertiaire.

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3.2.3    Appréciation des efforts de dépollution

En 1995, les trois raffineries sont dotées d’équipements d'assainissement adéquats pour leur permettre de respecter les normes réglementaires en vigueur* ; on peut donc considérer que leurs travaux d’assainissement sont complétés. Les taux de conformité aux trois normes relatives aux cinq contaminants réglementés sont toujours supérieurs à 98,9 % depuis 1991 et atteignent même 100 % en 199523.


* Un resserrement des normes réglementaires a été adopté en 1998 par le gouvernement (publication dans la Gazette Officielle du 18 mars 1998).


Figure 10 : Évolution des rejets (en kg/d) d'huiles et graisses, de phénols, de sulfures, d'azote ammoniacal et de MES des trois raffineries actuellement en service (1975 à 1995) Secteur du raffinage du pétrole
Phénols Huiles et graisses
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Sulfures Azote ammoniacal
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Matières en suspension (MES)
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Pendant l'année 1995, les trois raffineries de pétrole ont rejeté 46,7 tonnes d'huiles et graisses, 0,9 tonne de phénols, 0,6 tonne de sulfures, 66,8 tonnes d'azote ammoniacal et 261,7 tonnes de matières en suspension23.

Depuis l’avènement de la réglementation touchant les effluents liquides des raffineries de pétrole, les rejets de contaminants contrôlés ont fortement diminué, tel que le démontre la figure 10. Les rejets annuels d’huiles et graisses, de phénols, de sulfures, d'azote ammoniacal et de matières en suspension ont baissé respectivement de 82 %, de 98 %, de 99 %, de 92 % et de 41 % entre 1975 et 1995 (seules les raffineries encore actives sont considérées dans ce bilan).

En plus des réductions appréciables des quantités de rejets annuels, il faut signaler une baisse importante des rejets par unité de production, c'est-à-dire par tonne de pétrole traité, telle que montrée au tableau 6. Cette diminution indique que les raffineries ont amélioré significativement la performance de leurs ouvrages de traitement des eaux usées au cours des années.

 

 

Tableau 6 : Évolution des caractéristiques des eaux usées du secteur du raffinage du pétrole (par tonne de pétrole traité)
Paramètre Années Réduction
%
1975 1995
Débit (m³/t) 4,03 0,24 94,0
Huiles et graisses (g/t) 36,40 2,85 92,2
Phénols (g/t) 9,91 0,06 99,4
Sulfures (g/t) 20,90 0,03 99,8
Azote ammoniacal (g/t) 62,90 3,94 93,7
MES (g/t) 42,00 15,75 62,5

Note : Les données incluent les rejets provenant des eaux pluviales.

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3.3    L’assainissement des eaux dans le secteur de la métallurgie primaire (hors CUM)

Dans le cadre du présent rapport, l’ensemble des industries productrices de métaux primaires (non reliées à un site d’exploitation minière) ainsi que les fonderies de métaux sont regroupées dans le secteur de la métallurgie primaire. Sur une centaine d’établissements, on en identifie 37 ayant des rejets d’eaux usées significatifs en 1995. Parmi ceux-ci, 18 emploient plus de 250 travailleurs, l’ensemble des travailleurs de ces 18 entreprises représentant plus de 90 % des employés du secteur. Il s’agit de grands complexes industriels rejetant leurs effluents surtout hors réseau, comprenant notamment des industries sidérurgiques et des industries productrices de métaux non ferreux, dont 10 entreprises productrices d’aluminium, une de magnésium et une de zinc. Les fonderies sont des entreprises de plus petite taille, dont seulement un faible nombre est retenu pour leur problématique d’eaux usées.

3.3.1     Caractéristiques des eaux usées

Les volumes d’eaux utilisées par le secteur de la métallurgie primaire sont très importants. D’après des documents produits, en 1981, par le gouvernement fédéral, ce secteur industriel est le troisième plus grand utilisateur d’eau au Canada après les fabriques de pâtes et papiers et le secteur de la chimie. La portion de l’eau employée dans ces usines pour la fabrication est estimée à environ 25 % du total utilisé, le reste étant réservé surtout au refroidissement. En 1986, ce secteur se classe encore au deuxième rang, derrière les fabriques de pâtes et papiers, malgré une forte diminution de la consommation d’eau24.

Les contaminants fréquemment présents dans les eaux de procédé sont les matières en suspension (MES), les huiles et graisses ainsi que des métaux. Selon le type de procédé, il est possible de trouver dans l’effluent des composés tels que les cyanures, les fluorures et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). La demande chimique en oxygène de ces eaux usées peut être élevée, mais leur biodégradabilité est faible.

3.3.2    Nature des travaux d’assainissement

Mesures de prévention de la pollution
Puisque les industries métallurgiques emploient un volume d’eau considérable pour le refroidissement, la recirculation des eaux de refroidissement indirect et le traitement des eaux de refroidissement direct pour leur réutilisation sont des mesures qui contribuent à réduire significativement le volume des eaux rejetées. Plusieurs entreprises réutilisent aussi certaines eaux de procédé lorsque leurs caractéristiques correspondent aux exigences de la production, avec ou sans prétraitement.

D’autres types de mesure favorisent également une réduction de la pollution, par exemple le remplacement des systèmes d’épuration des gaz par voie humide par des systèmes d’épuration à sec et la mise en place de systèmes de surveillance (monitoring) à divers endroits stratégiques à l’intérieur du procédé qui permettent de détecter rapidement toute perte anormale.

Il existe, au Québec, plusieurs exemples d’industries métallurgiques qui ont mis en place des mesures de prévention de la pollution au cours des dernières années (voir les encadrés ci-après).

La gestion des eaux dans les alumineries récentes

Le système de gestion des eaux des dernières alumineries implantées au Québec est innovateur par rapport à celui des usines existantes. Il se caractérise par l'absence presque complète de rejet d'eaux de refroidissement direct ou indirect et d'eaux de lavage des véhicules ainsi que par l'absence de rejet d'eaux usées industrielles impliquées dans le procédé. De plus, les eaux pluviales drainées sur le site industriel sont captées et subissent une décantation prolongée avant leur rejet dans l'environnement. Dans certains cas, une partie de ces eaux est même utilisée comme source d'alimentation.

Ce système de gestion de l'eau comprend typiquement plusieurs éléments : des unités de traitement des eaux de refroidissement pour l'enlèvement des huiles, des solides dissous et des solides en suspension de façon à pouvoir recirculer ces eaux dans les systèmes de refroidissement; l'utilisation du système de refroidissement des gaz des fours de cuisson des anodes pour évaporer les eaux de purge des systèmes de refroidissement ainsi que des eaux de lavage; des bassins de rétention des eaux pluviales dans lesquels s'opère une décantation, éventuellement complétée par une unité de traitement plus poussé pour permettre l'utilisation d'une partie de ces eaux comme eaux de refroidissement; un réseau de collecte des eaux sanitaires qui, selon le cas, peuvent être traitées de façon autonome sur le site de l'industrie ou rejetées dans le réseau d'égout municipal pour un traitement par la station d'épuration municipale.

 

L'exemple de la Société canadienne de métaux REYNOLDS de Baie-Comeau

Profitant d'une expansion en 1984, l'aluminerie REYNOLDS a remplacé les huit tours d'épuration des gaz par voie humide dans les salles de cuves Söderberg par des systèmes d'épuration à sec à base d'alumine activée et a construit deux nouveaux systèmes d'épuration à sec à base de coke pour l'usine de pâte et les fondoirs de brai. Le tout a permis de réduire de 64 % les rejets en HAP dans les effluents; l'alumine et le coke servant à l'épuration sont ensuite recyclés dans leurs procédés respectifs.

Par la suite, la compagnie s'est engagée dans le cadre du PAEQ à réaliser un programme d'assainissement des eaux entre 1989 et 1992, ce qui a amené une réduction de la consommation d'eau de 80 % malgré une augmentation de la production d'aluminium de 40 % pendant la même période, ceci grâce à l'installation de plusieurs systèmes de traitement à la source et de systèmes de recirculation des eaux. La mise en place d'un système de filtration et de recirculation complète des eaux de refroidissement direct des briquettes à l'usine de pâte a permis en outre de réduire d'environ 100 kg/d les rejets de HAP pour les ramener à moins de 30 g/d en 1995.

Source : SLV-2000, 1996. – Les établissements industriels. – Faits saillants, – Fiche no 42.

 

L'exemple de l'usine NORSK-HYDRO de Bécancour

En 1989, suivant l'implantation de l'usine NORSK-HYDRO productrice de magnésium, plusieurs améliorations ont été apportées en vue de réduire les rejets dans l'environnement tant sur une base régulière qu'accidentelle. L'installation d'échangeurs de chaleur à l'unité de dissolution, l'amélioration de l'efficacité d'épuration des gaz par le changement de garnissages, le lavage à contre-courant des filtres de purification de la saumure et l'utilisation d'eau chaude pour ce lavage ont permis une meilleure récupération de la matière première et une réutilisation des eaux de premier lavage. L'ensemble de ces changements ont aussi permis de récupérer quotidiennement 72 tonnes d'acide chlorhydrique. L'installation d'un système de monitoring (pH, potentiel redox, conductivité) dans chacun des bâtiments de procédé a permis la détection systématique des pertes, en particulier celles d'acide chlorhydrique.

Prétraitements effectués par les industries en réseau
Les prétraitements installés par les industries métallurgiques en réseau comprennent généralement le dégrillage, le déshuilage, l’ajustement du pH qui peut être couplé à un traitement physico-chimique pour l'enlèvement des métaux, la décantation et la filtration. Il s’agit de prétraiter les eaux de procédé pour les empêcher de nuire au bon fonctionnement des ouvrages d’assainissement municipaux.

Traitements effectués par les industries hors réseau
Les industries métallurgiques hors réseau mettent en œuvre la plupart des prétraitements installés par celles qui sont en réseau; toutefois, la performance des traitements physico-chimiques par exemple, est généralement plus élevée. Selon la gestion environnementale choisie, l’entreprise implante des systèmes de traitement qui permettent la réutilisation des eaux ou leur évaporation. Quelques-unes rejettent uniquement des eaux pluviales décantées et même, dans certains cas, filtrées, le reste des eaux étant recyclées à 100 %.

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3.3.3    Appréciation des efforts de dépollution

Figure 11 : Pourcentages des industries dont les travaux d'assainissement sont terminés ou en cours (hors CUM – année 1995) - Secteur de la métallurgie primaire
Cliquez pour agrandir - Figure 11 : Pourcentages des industries dont les travaux d'assainissement sont terminés ou en cours (hors CUM – année 1995) - Secteur de la métallurgie primaire

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La figure 11 illustre l'état d'avancement de l'assainissement dans le secteur de la métallurgie, en 1995, pour différentes classes de taille d'entreprises (< 10 employés; 10 à 49 employés; 50 à 249 employés; ³ 250 employés). Cet état d'avancement est exprimé sous forme de pourcentages des industries dont les travaux d'assainissement sont considérés terminés ou en cours soit : nombre d'industries avec travaux terminés ou en cours/nombre total d'industries de la classe * 100. On rappelle que la notion de « travaux d'assainissement » englobe à la fois la réalisation d'ouvrages de traitement des eaux usées et l'implantation de mesures complémentaires de gestion des eaux (ségrégation, recirculation, réutilisation).

De plus, pour chaque classe de taille, on a représenté le taux d'avancement des travaux d'assainissement en tenant compte du lieu de rejet des eaux usées. L'information est présentée respectivement pour l'ensemble des industries de la classe, puis, pour celles qui rejettent leurs eaux usées en réseau, celles qui les rejettent hors réseau dans les eaux de surface, et enfin, celles qui les déversent hors réseau dans des installations septiques. L'annexe 3 permet d'obtenir des détails supplémentaires.

Tel que montré à la figure 11 et à l’annexe 3, le degré d’avancement de l’assainissement dans le secteur de la métallurgie est très élevé, puisque les travaux d’assainissement sont terminés ou en cours de réalisation dans 94 % des établissements de grande taille (³ 250 employés) et 75 % des entreprises de taille moyenne. En 1995, une seule grande entreprise, située en réseau, doit encore définir et réaliser des travaux d’assainissement, ce qui a été initié depuis.

Une telle situation s’explique par le fait que plusieurs entreprises du secteur de la métallurgie se sont implantées au cours de la période 1978-1995 et ont dû se conformer à des exigences environnementales sévères dès leur mise en exploitation. C’est notamment le cas de plusieurs alumineries qui ont adopté des techniques modernes de production d'aluminium et de gestion des eaux, permettant ainsi une réduction substantielle des rejets, tel qu'on peut le constater au tableau 7. Par ailleurs, des complexes métallurgiques existants qui rejetaient des quantités considérables de contaminants au début des années 1980, se sont engagés à réaliser des programmes d’assainissement d’envergure dans le cadre du PAEQ et ont complété leurs travaux durant les années 1990 (voir les encadrés).

Il est également remarquable de constater que 18 des 19 entreprises rejetant leurs effluents dans les eaux de surface ont terminé ou entrepris leurs travaux d’assainissement. Quant à la dernière, elle est relativement petite à côté des autres.

Tableau 7 : Comparaison des rejets des nouvelles alumineries par rapport à l'ensemble des alumineries en activité au Québec pour l'année 1995(1)
Type d'aluminerie Capacité de production d'aluminium (tonnes/an) Rejets totaux annuels
(tonnes/an)
Rejets par tonne d'aluminium (grammes/tonne)
Fluor Aluminium MES Fluor Aluminium MES
Ensemble des usines (n = 10) 2 026 000 49,5 16,2 213,3 24,4 8,0 105,3
Usines mises en service après 1985 (n = 4) 994 000 10,7 1,4 11,5 10,7 1,4 11,6

n = nombre d'usines (seules les installations d'électrolyse sont considérées)

(1) : En général (soit dans 8 cas sur 10), les rejets annuels ont été établis à partir des données recueillies par les entreprises dans le cadre du suivi qu'elles effectuent régulièrement sur leurs effluents. Dans un cas, les données datent de 1994 (au lieu de 1995).

Le cas de QIT Fer et Titane : une réduction spectaculaire des rejets de contaminants

L’usine de QIT-Fer et Titane, un des plus importants complexes métallurgiques du Québec installé à Tracy depuis le début des années 50, produit, à partir d’ilménite en provenance de la Côte-Nord et d’anthracite, des scories de bioxyde de titane, de la fonte et de l’acier. Le procédé comprend l'unité de prétraitement du minerai et de séchage de l’anthracite, la fonderie (neuf fours à arc électrique) et l’aciérie. D’importants volumes d’eaux sont utilisés pour l’enrichissement du minerai ainsi que pour l’épuration des gaz de la fonderie et les eaux se chargent de quantités considérables de MES.

Dans le cadre du PAEQ, la compagnie a signé en 1988 un programme d’assainissement des eaux visant dans une première étape à réduire la consommation d’eau et la perte de matières premières puis à traiter les effluents résiduels. La première étape s’est étendue jusqu’en 1990 et a nécessité des investissements de 30 M$. Ainsi, l’installation d’une station de pompage et d’échangeurs de chaleur pour le refroidissement des fours à arc ainsi qu’une recirculation accrue de l’eau à l’unité de prétraitement du minerai ont permis d’abaisser la consommation d’eau d’environ 20 %. Diverses autres mesures de réduction à la source ont permis de récupérer environ 200 t/d de minerais autrefois rejetés dans l’environnement. Par la suite, soit de 1991 à 1994, la compagnie a construit une des plus grandes stations d'épuration industrielles du Québec, d’une capacité nominale de 200 000 m³/d et a aménagé un lieu d'élimination des boues, le tout à un coût de 40 M$.

En 1995, ce traitement physico-chimique a permis de traiter en moyenne 130 000 m³/d d’eaux usées et la charge moyenne en MES de l'effluent traité a été de 6 t/d, correspondant à une réduction de 99 %. Ceci représente l'enlèvement dans l'effluent d'environ 600 tonnes de MES par jour qui auparavant étaient déversées dans le Saint-Laurent. Il est intéressant de comparer ces quantités avec celles générées par le secteur des pâtes et papiers ou encore par les eaux usées de la CUM; ainsi, le rejet annuel en MES de QIT Fer et Titane avant la mise en place du traitement était comparable aux rejets annuels de l'ensemble des fabriques de pâtes et papiers du Québec au début des années 1980, tandis qu'il représentait presque deux fois les rejets en MES de la CUM lorsque ses eaux usées n'étaient pas traitées. Tout en réduisant les MES, le traitement réalisé par QIT Fer et Titane permet aussi d'abaisser de façon très significative les rejets en fer, en cuivre, en chrome, en nickel et en mercure.

 

La réduction des rejets de HAP en provenance des installations de S.É.C.A.L.

Les rejets de HAP par les installations de production d'aluminium sont principalement associés au procédé d'électrolyse Söderberg. Depuis 1980, la Société d'Électrolyse et de Chimie Alcan Limitée (S.É.C.A.L.) s'est engagée dans un programme de réduction des HAP, notamment à son usine de Jonquière où elle a réalisé plusieurs interventions à cet effet, entre autres :

  • la fermeture des épurateurs alcalins;
  • l'implantation de systèmes anti-déversement pour les épurateurs humides;
  • la fermeture de 10 des 14 salles de cuves Söderberg à goujons horizontaux et leur remplacement par les installations de l'usine Laterrière qui utilisent une technologie à anodes précuites;
  • la réduction de la consommation anodique et l'implantation de nouvelles formulations d'anodes.

De façon générale, pour l'ensemble des usines de S.É.C.A.L. au Québec, on observe depuis les années 1980 une réduction substantielle des quantités de HAP présents dans les effluents liquides, soit une réduction de l'ordre de 99,9 % pour l'obtention d'un rejet annuel d'environ 50 kg en 1995.

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