CHIMIE DES EAUX

Mme F. Dermouche

INTRODUCTION

"L'eau pourrait bientt tre plus convoite que le ptrole"

Ce constat d'un expert de l'Unesco sonne comme une mise en garde. Car l'accs l'eau douce menace d'tre le problme majeur du XXIe sicle. Aujourd'hui, une personne sur cinq, soit plus d'un milliard d'tres humains, n'a pas accs l'eau potable. Un manque croissant est dj source de conflit. L'ONU recense environ 300 zones potentielles de conflits pour lecontrle de l'eau dans le monde. Pourtant la "plante bleue" ne manque pas de ressources. L'eau couvre les trois quarts de la surface de notre plante. Il s'agit essentiellement d'eau de mer (97,5%) et des glaces des ples. L'eau douce liquide ne reprsente que 0,03% des rserves. L'eau ne disparat pas mais elle ne se cre pas non plus et la demande d'eau ne fait qu'augmenter sur tous les continents. Le cycle de l'eau passe toujours par les mmes phases (voir schma):

Rpartition des eaux douces & sales

Quatre grands rservoirs deau de lhydrosphreles mers et ocans, les eaux continentales (superficielles et souterraines), latmosphre, la biosphre,Lchange deau est permanent et forme le cycle externe de leau.

Le moteur de ce cycle le soleilGrce lnergie thermique quil rayonne, il active et maintient constamment les masses deau en mouvement.Ce cycle se divise en deux parties intimement lies :- une partie atmosphrique: circulation de leau dans latmosphre, sous forme de vapeur deau essentiellement,- une partie terrestre: coulement de leau sur les continents, superficiel ou souterrain.

La dynamique du cycle de leau:En moyenne sur lanne et sur lensemble du globe terrestre, 65% des prcipitations arrivent terre svaporent, 24% ruissellent et 11% sinfiltrent.

Cycle de leau stationnaire:

Des changes deau se produisent galement entre lhydrosphre et le manteau terrestre. Dans la haute atmosphre, des molcules deau sont constamment dcomposes par les rayons ultraviolets solaires et l hydrogne ainsi cr, trop lger pour tre retenu par la gravit, schappe dans lunivers. Mais ces phnomnes restent suffisamment ngligeables pour que globalement la quantit totale deau dans lhydrosphre reste constante : lanalyse des sdiments marins a en particulier rvl que le volume des eaux ocaniques avait trs peu vari depuis un milliard dannes.

On peut donc considrer que le cycle de leau est stationnaire.

Toute perte deau par lune ou lautre de ses parties, atmosphrique

ou terrestre, est compense par un gain deau par lautre partie.

Le cycle naturel1. L'vaporation : l'eau des ocans, des rivires et des lacs s'vapore et monte dans l'atmosphre.2. La condensation : dans l'atmosphre, la vapeur d'eau se condense en minuscules gouttelettes formant des nuages. 3. Les prcipitations : les nuages dversent leur contenu sous forme de pluie, neige ou grle. La majeure partie de l'eau tombe directement dans les ocans. 4. Le ruissellement et linfiltration: leau qui tombe sur les continents rejoint les torrents et rivires qui se jettent leur tour dans les ocans ou sinfiltre dans le sols et alimente les nappes phratiques qui donneront naissance des sourcesEt le cycle recommenceLintervention humainea. Les prlvements : les activits humaines prlvent leau dans les rivires ou dans les nappes et la traitent avant usage.b. Les usages : lhomme utilise leau pour des activits domestiques et industrielles.c. Lpuration : aprs usage, leau subit une puration.d. Le rejet dans le milieu naturel : aprs puration, leau retrouve le milieu naturel.

4 Phnomnes naturels entretiennent le cycle de leau

Leau se retrouve partout sur la Terre, elle peut se prsenter sous diffrentes formes et chacune de ses formes correspond un tat physique de leau :

tat solide : glace, neige, verglas...La neige est bien un tat solide de l'eau, car elle est constitue de petits fragments solides de glace.

tat liquide : Mers, lacs, rivires, pluie, nuages, brouillard...Les nuages correspondent un tat liquide de l'eau, car ils sont constitus de fines gouttelettes d'eau qui sont en suspension.

tat gazeux : vapeur deau.

IcebergSOLIDE

NuagesVAPEUR

Chutes d'eauLIQUIDE

Leau potable : son cheminement jusqu la maison

Leau use : son cheminement quittant la maison

Dans les grandes villes, l'eau utilise par la famille chaque jour s'coule dans les tuyaux d'vacuation des eaux uses . Ces tuyaux aboutissent une canalisation plus grosse, elle-mme relie, l'extrieur de la maison, un systme de collecte dgouts. Celui-ci dessert toute la communaut et collecte l'ensemble des eaux uses des habitations. leur sortie des maisons, les eaux impropres sont diriges vers une station d'puration o elles sont traites avant d'tre rejetes dans lenvironnement (rivires, lacs, mers, etc.) Cette situation idale ne concerne cependant qu'une faible partie de la population.

Eau saine

Eaux uses

Deux habitations sur trois ne sont pas raccordes des systmes dgouts, o celles-ci sont dverses directement dans une rivire ou en nature. Dans les petites municipalits, la solution au problme de la pollution par les eaux uses est l'assainissement de ces eaux par lutilisation de fosses septiques familiales.

UTILISATION DE LEAU

Utilisation des proprits thermodynamiques :Fluide caloporteur : apport ou extraction d'nergie thermique des locaux, des process, ...Production d'lectricit par turbinage de vapeur.

Utilisation des proprits chimiques :Milieu ractionnel : traitements de surface, teinturerie, ...Solvant : lavage de rcipients, de matires premires, de produits finis, de gaz/fumes ...

Utilisation de l'nergie mcanique :Entranement de machines : turbinageTransport ou dplacement de matires : ptes papier, dchets, rcupration de ptrole ...Dcoupe hyperbare, dcalaminage, grenaillage, ...

Utilisation en tant que matire premire :rponse aux besoins hydriques : arrosage, irrigation, boisson, ...fabrications de jus, boissons, conserves, ...humidification de l'air,prparation de soluts en pharmacie, cosmtologie, ...

et aussi les loisirs...piscines, complexes nautiques, bains, ...

Principales utilisations industrielles de leau et sources disponibles

Eaux de process

Eau de process cest l'eau brute prleve dans la nature et destine aux besoins d'une usine pour :

- sa production de vapeur- ses circuits de rfrigration- son procd de fabrication

Alimentation des chaudiresUne chaudire a besoin deau pour produire de la vapeur. Leau dalimentation de la chaudire est constitue deau dappoint, qui sert compenser les pertes, et des retours ventuels des condensats de vapeur.

Pour garantir un fonctionnement optimis de la chaudire, la qualit des eaux condenses et dappoint doit tre optimise. En effet les condensats contiennent des impurets provenant du primage de la chaudire, des produits de corrosion prsents dans les tuyauteries de retour, des fuites ventuelles des changeurs calorifiques. La qualit de leau dappoint est dpendante de la pression de fonctionnement de la chaudire.

Schma du circuit de leau dans une chaudire

L'eau brute provient de sources varies telles que:- une rivire, - un lac, - une nappe phratique, - la mer, - un rseau urbain.

Les principales causes d'ennuis dans les trois postes ci-dessus peuvent se rsumer comme suit:

CHAUDIERES

@ Variations des caractristiques de l'eau utilise@ Mauvais fonctionnement du matriel d'puration@ Dosage incorrect des produits de conditionnement@ Contrles d'eaux errons ou insuffisants

Ceci a gnralement pour consquences:

@ L'entartrage des surfaces de chauffe des chaudires et l'encrassement par des dpts divers@ La corrosion en chaudire et sur les lignes de vapeur condense@ La dgradation du matriel ( chaudire et lignes de condensats)@ L'arrt de production si la chaudire doit tre arrte pour rparation.

CIRCUITS DE REFROIDISSEMENT

@ Variations des caractristiques de l'eau utilise@ Mauvais fonctionnement du pr-traitement d'eau d'appoint@ Problmes d'injection des produits dans l'eau recircule@ Problmes de dconcentration de l'eau recircule@ Dveloppements bactriens importants@ Contrles d'eaux errons ou insuffisants

Ceci a gnralement pour consquences:

@ L'entartrage ou la corrosion de certains organes du circuit@ Les encrassements, en particulier au niveau des changeurs@ Mauvais rendements d'change, d'o perte de production@ Arrts pour nettoyages ou remises en tat du matriel.

EAUX RESIDUAIRES

@ Changement de caractristiques de l'eau traiter avant rejet@ Augmentation du dbit des rejets@ Nouvelles normes de qualit d'effluent@ Contrles d'eaux errons ou insuffisants

Ceci a gnralement pour consquences:

@ Non conformit des eaux de rejet@ Sous dimensionnement des ouvrages de la station de traitement@ Surconsommation des additifs chimiques ( coagulants,)

Les eaux, toujours minralises, et parfois pollues biologiquement ( par nature ou par apport extrieur) contiennent souvent des impurets qui peuvent conduire logiquement trois principaux types de problmes:

- la corrosion- lentartrage- les prolifrations organiques

L'eau de rivire contient souvent beaucoup plus de solides en suspension que l'eau stagnante.

L'eau de lac favorise les dveloppements d'algues.

L'eau de nappes souterraines contient gnralement de grandes quantits de matires en suspension.

Le degr de traitement dpend de l'usage final qui en est fait.

GENERATEURS DE VAPEUR

Les qualits demandes par les constructeurs sont trs variables en fonction du timbre de la chaudire : la qualit devra augmenter avec le timbre. On devra aussi veiller au cahier des charges de l'utilisateur : la vapeur doit pour certains usages, tre d'une qualitirrprochable sur le plan chimique ou physique (cas des industries agro-alimentaires par exemple).

Caractristiques des eaux pour les chaudires tubes de fume jusqu' 25 bars

Pression de service 8,5 > 8,5 > 8,5

TH (F) < 0,5 < 0,5 < 0,2

02limination physique de l'oxygne dissous par dgazage thermique et/ou

utilisation de ractifs rducteurs ou inhibiteurs de corrosion.

Matires huileuses absence

Eau de chaudire

TAC (F)

Caractristiques des eaux pour une chaudire tubes de fume (Steambloc Junior 100 kW, timbre de 10 bars)

Eau d'alimentation

pH 8,5

Pathologies : vues gnrales

Dgradation des matriaux

Incrustations

Modification de l'quilibre calcocarbonique par :- lvation de temprature,

- modification des pressions partielles- ajout d'alcalins

Dpassement du produit de solubilit par : - vaporation/concentration,

- modification de la temprature,Sdimentation dshydratation de bouesCorrosions

Non adquation de la qualitde l'eau et du mtal utilis,

Htrognits,Mauvaise conception,

ralisation ou maintenance.

Dgradation de la qualit

Dysfonctionnement des utilisations

Accumulation de matires

Accumulation de gaz

Embouage

Prsence de sdiments qui peuvent provenir :

- de la ressource,- de mauvaises conditions de

ralisations ou de mise en service.

Prsence de gaz qui peuvent provenir :

- de la ressource et de modifications de la pression

et/ou de la temprature,- de ractions au sein de

l'eau.

Dveloppement d'organismes

Apports de nutriments,Temprature et pH,

Stagnation,Luminosit.

Autres dgradations

pH trop lev pour certains lastomres,

eau agressive avec bton.

Pathologies : entartrages.

Augmentation de la puissance consomme

pour le maintien en temprature.

Augmentation du niveau acoustique.

Augmentation des tempratures locales

Rduction des sections de passage

Dpts incrustants : tartres

Isolation thermique

Dpts Dpts non incrustants : boues

Fatigue du mtal

Dilatation diffrentielles des dpts

Prcipitation des sels minraux par

dpassement du produit de solubilit.

Augmentation de la puissance consomme par les pompes.

Diminution de la puissance transfre.

Diminution des dbits si maintien de la

pression.

Chute de la puissance transfre.

Augmentation des pertes de charge si maintien du dbit.

Augmentation des tempratures locales

Pathologies : cas de la vapeur.

Prsence d'alcalino-terreux (calcium, magnsium),dpts des boues.

Prsence d'oxygne dissous,pH trop faible ou trop lev,prsence de mtaux (cuivre) dans les condensats.

Prsence de boues qui peuvent tre issues :- de la squestration des alcalino-terreux,- de produits de corrosions,de pollution des condensats.

Prsence de gaz qui peuvent provenir de :- la dissolution des gaz atmosphriques,- la dcomposition du CO2 en chaudire.

Prsence de CO2 dans le rseau.

Variations de charge brutales,prsence de matires en suspension,prsence de tensio-actifs,concentration en sels trop leve,TAC trop lev.

Incrustations

Corrosions

Embouage

Primage

Accumulation de gaz

Dgradation, destruction des quipements.Dysfonctionnementdes utilisations

CHIMIE DE LEAU

Introduction la chimie de l'eau

Qu'est-ce que l'eau Units de mesure Polluants et impurets

EAU

Eau: H2O + polluants

Caractristiques remarquables:

Densit plus faible l'tat solideTension de surface leveSolvant universelChaleur de vaporisation leveTension de surface leve

La molcule d'eau

L'eau, solvant universel

Classes d'impurets

Les composants peuvent changer

Au contact avec l'air: Oxygne, CO2, acidit/alcalinit, Radon, Fer

Par activit biologique: composants organiques sont dgrads en CO2, CH4, NO2-, NO3-, NH3, H2S, avec ou sans consommation d'oxygne

Dans le sol: dissolution de rochers

La mesure des polluants

TurbiditColorationSDIpHPotentiel redoxConductivitDuretConcentrations (ppm, mg/l)

valuation du contenu encalcaire: points de repre

De l'eau en provenance de rgions avec des roches calcaires est sature en calcaire, donc pas corrosive, mais prcipite facilement du calcaireL'eau de pluie, ou de l'eau adoucie, dminralise ou additionne d'acide n'est pas sature en calcaire, donc corrosive. Utiliser de l'acier inoxydable ou des matires plastiques pour la tuyauterie. Ne prcipite pas facilement du calcaire.Si une eau non sature est chauffe ou concentre, un calcul devient ncessaire pour dterminer si elle est sature aprs.

Principales analyses chimiques effectues sur les eaux industrielles

Dfinition Remarques

pH Notions d'acidit et d'alcalinitde l'eau

Mesure ncessitant un matriel de contrle en parfait tat et talonn.

Conductivit tat de charge ionique de l'eau

Donne une ide de la salinittotale d'une eau

TH Duret totale de l'eau Total des sels de calcium et de magnsium d'une eau

Ca Teneur en ions calcium

Mg Teneur en ions magnsium

TA Titre alcalimtrique mesure OH- + 1/2 CO 3-- +

1/3 PO4---

TAC Titre alcalimtrique complet mesure OH- + CO 3-- + 2/3 PO4---

+ CO3 H-

TaOH Titre basique = 2 TA - TAC

Cl Teneur en ions chlorures

SO4 Teneur en ions sulfates

SiO2 SiliceMesure importante pour les eaux dminralises et de chaudires.

PO4 PhosphatesMesure faite sur circuits de refroidissement et chaudires

Fe Fer Permet de suivre la corrosion de l'acier

MO Matires organiques S'exprime en mg/l d'oxygne consomm .

MES Matires en suspensionMesure importante sur les eaux avant osmose inverse ou tout traitement sur membranes.

La prcision des analyses est le point le plus important. Des solutions titres frachement prpares et des appareils de contrle talonns rgulirement avec des solutions talon d'excellente qualit sont des impratifs respecter.Mais pas de crdibilit concernant les analyses d'eaux que si les prlvements ont t effectus correctement.

Exemple: analyses des eaux des chaudires: Le schma de prlvement des diffrentes eaux est le suivant:

Valeurs types de l'indice de colmatage

Type d'eau Valeurs

Eau souterraine ou eau d'un puits de plage < 2

Eau de surface >6Eau du robinet (venant d'eau de surface) souvent > 5

Eau d'alimentation d'un module spiral < 3 5

Eau d'alimentation d'un module de fibres creuses (fines)

Ces systmes doivent tre traits pour viter la corrosion et les dpts, qui provoquent des pertes de chaleur et des rparations ainsi que des pertes de production.

Les impurets qui provoquent la corrosion sont:- les acides- les bicarbonates- le dioxyde de carbone- les chlorures- l'oxygne- l'hydrogne sulfur

Les encrassements sont le fruit:- du Calcium- du Magnsium- de la Silice- du Fer- du Manganse

Constat: Entartrage d'une chaudire tubes de fume ( P= 15 bars).

Constat: Importantes corrosions sans percement. Origine bactrienne.

Constat: Dpt de slime bactrien, hydrocarbures et oxydes mtalliques dans un changeur de chaleur eau hydrocarbures ( Raffinerie de ptrole).

Ces phnomnes sont gnralement simultans.

Puisque les circuits de refroidissement ont pour mission de "refroidir" des "produits" ou des units de process par l'intermdiaire d'changeurs de chaleur, l'on conoit que le rendement d'changesoit un point important au niveau du rendement global des units, donc de la production.

Ainsi, tout phnomne ou processus capable de diminuer ce rendement doit tre matris: c'est le cas de l'entartrage et des prolifrations organiques.

Ainsi galement, toute action de l'eau susceptible de dgrader les matriaux constitutifs des installations, c'est dire essentiellement les changeurs de chaleur, doit tre galement matrise : c'est le cas de la corrosion chimique ou bactrienne.

matires en suspension sablesargilesdbris vgtauxdbris animaux

matires en mulsion graisseshuileshydrocarburesgoudrons

matires collodales argilessilicecomposs organiques

matires organiques dissoutes dbris vgtaux et animaux dcompossproduits de synthsepesticidesfongicidesherbicides

matires minrales dissoutes roches solubilisesapports lis l'activithumaine

gaz dissous gaz atmosphriques naturelsgaz lis l'activit humaine

organismes vivants versinsectes et larvesalgueschampignonsbactriesvirus (*)

L'EAU : "H2O" + ...

(*) : les virus ne sont pas classables dans cette catgorie.

Ions Molcules

Sucres

Etat collodal Solides dcantables

Pollens

LimonsArgiles

Sables fins Sables moyens

Bactries

Silice collodale

PluieBrouillardsFumes

Fume de tabac

Virus

Colorants

Etat dissous

Globules rouges

Pyrognes

Pigments de peinture

Algues

Echange d'ions

Filtration sur lit

Cheveux

Techniques sparatives sur membranes

Microscope lectronique

Microscope optique

Visibilit l'il nu

OSMOSE INVERSE

EXTRACTION

CLARIFICATIONMICROFILTRATION

ULTRAFILTRATION

Filtration : Tamisage, dgrillage

Dialyse Filtration sur cartouche

Coagulation & floculation Dcantation

Poussire de charbon

Charbon actif

Rsines

0,1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 mm 10 mm 100 mm 1 mm 1 cm

Dimensions des particules et techniques sparatives utilisables.

ANALYSE DES EAUX: SIGNIFICATION DES TITRES CHIMIQUESpH, TH,TA et TAC,Conductivit, DBO et DCO

Le pH (potentiel hydrogne) :C'est une chelle logarithmique qui varie de 0 14 et qui traduit l'acidit ou l'alcalinit d'une solution, la neutralit tant pH 7.

- Le pH des eaux naturelles varie entre 6,5 et 8,2 en moyenne- Les solutions de bases faibles comme l'ammoniaque ont un pH variant entre 9 et 12.- Les solutions de bases fortes comme la soude ont un pH variant entre 12 (0,4 g/l) et 14 ( 40 g/l) voire plus.- Les sels d'acide fort et de base forte comme le chlorure de sodium (sel de table) ou le sulfate de calcium n'ont pas d'influence sur le pH.- Les sels d'acide faible et de base forte comme le carbonate de soude se comportent comme des bases faibles.

Le pH est un des paramtres importants influenant la tendance entartrante ou agressive d'une eau naturelle: d'une manire gnrale une baisse du pH favorisera la tendance agressive et une lvation du pH, le caractre entartrant.

Le TH (Titre Hydrotimtrique) ou duret de l'eau

Le TH indique la teneur globale en sel de calcium et de magnsiumqui sont responsables de la duret de l'eau, dans la plupart des eaux naturelles, le calcium contribue au TH dans la proportion de 70 90 % .

L'unit de mesure du TH est le degr franais ( f) 1f = 4 mg/ l de calcium ou

= 2,4 mg/l de magnsium, = 10 mg/l de Ca CO3 (carbonate de calcium ou "tartre" )

Pour fixer les ides on considre que :- de 0 5 f eau trs douce.- de 5 15 f eau douce.- de 15 25 f eau moyennement dure.- de 25 35 f eau dure.- plus de 35 f eau trs dure.

On distingue :

TH total : Totalit des sels de calcium et magnsium = duret

TH calcique : Totalit des sels de calcium.

TH magnsien : Totalit des sels de magnsium.

TH temporaire : Ou duret carbonate correspond aux carbonates et bicarbonates de calcium susceptibles de prcipiter par bullition,

TH permanent : Ou duret non carbonat correspond au sulfate et au chlorure de calcium stables, il est gal la diffrence entre le TH et le TAC.

Nota: il est galement utilis le degr anglais, le degr amricain et le degrallemand ou dH.

1 franais = 0.7 anglais = 0,58 amricain = 0,56 allemand1 anglais = 1.44 franais = 0,83 amricain = 0,8 allemand1 amricain = 1,72 franais = 1.20 anglais = 0,96 allemand1 allemand = 1,79 franais = 1.25 anglais = 1,04 amricain

Le degr franais valant 10 mg /l de CaCO3 est donc l'unit la plus petite et la plus prcise,

De plus par une heureuse concidence, le calcium bivalent ayant une masse molaire de 40 g , on abouti la relation simple de:

1 f = 0.2 meq/l

( milli-quivalent / litre, qui est l'unit internationale )relation plus ais retenir que dans les autres units.

le TA et le TAC (Titre alcalimtrique et titre alcalimtrique complet) :

Ces deux valeurs permettent de connatre les concentrations en bicarbonates, carbonates et ventuellement en hydroxydes (bases fortes)contenues dans l'eau:

TA = OH- + 1/2 CO3-TAC = OH- + CO3- + HCO3-

Le TA et le TAC s'expriment gnralement en degr franais (f).- 1f = 3,4 mg/l OH- (hydroxyde)- 1f = 6,0 mg/l CO3 -- (carbonate)- 1f = 12,2 mg/l HCO3- (bicarbonate)

Le TA dose la totalit des hydroxydes et la moiti des carbonates qui sont alors entirement transforms en bicarbonates un pH de 8,3.Le TAC correspond la totalit des bicarbonates et des carbonates.

L'alcalinit se mesure l'aide d'une solution talon d'acide fort en prsence d'indicateurs colors de pH :- La phnolphtaleine pour le TA, virant du rouge l'incolore un pH de 8,3.- L' hlianthine pour le TAC, virant du jaune l'orang un pH de 4,3.

Rpartition de ces trois familles en fonctions des valeurs respectives du TA et du TAC

Hydroxyde Carbonate Bicarbonate

TA = 0 0 0 TAC

TA TAC/2 2TA - TAC 2 (TAC - TA) 0

TA = TAC TA 0 0

Remarque : On ne peut avoir la fois prsence d'hydroxydes et de bicarbonates, la raction des deux formant des carbonates. Le tableau ci-dessus est applicable pour des eaux de composition courante. La prsence significative d'autres anions particuliers ( Phosphates, Borates, etc...) fausserait les relations tablies par ce tableau.

La conductivit :

Elle dpend de la concentration en sels dissous conducteurs, sa mesure qui est simple et rapide est trs utile pour le suivi dans le temps d'une mme eau car elle permet de dceler immdiatement une variation de sa composition, par exemple :

- Baisse de conductivit de l'eau d'un rseau de chauffage due l'entartrage.- Rglage de la purge d'une chaudire ou d'un circuit de refroidissement pour limiter la concentration des sels dissous.- Contrle de la production d'une chane de dminralisation.

Il est indispensable de prciser la temprature de rfrence laquelle se rapporte la mesure, la conductivit augmentant avec la temprature.

La conductivit est gnralement mesure en micro-Siemens par cm (S/cm), approximativement la valeur en S/cm correspond la salinit en mg/l.On utilise galement la rsistivit, inverse de la conductivit, mesure en ohms.cm :

Rsistivit (ohms.cm) = 1 000 000 / conductivit (en S/cm)

DCO et DBO:

La DCO, Demande Chimique en Oxygne, reprsente la quantit de dioxygne ncessaire l'oxydation de l'ensemble des matires organiques et minrales contenues dans l'eau, par oxydorduction. Cette donne est reprsentative de la pollution organique et chimique.

La DBO, Demande Biochimique en Oxygne, reprsente le besoin en dioxygne d'une eau pour assurer la dgradation biochimique des matires organiques. Si la DBO est trop leve, cela peut aboutir une dsoxygnation de l'eau.

Toutes les eaux sont vulnrables la pollution par des micro-organismes.

Les bactries et les virus:

Les bactries qui sont des indicateurs de la pollution fcale sont introduit dans l'environnement par le dversement des eaux uses municipales qui ont ou non t traites au pralable.

La croissance des germes peut tre l'origine de nombreux problmes dans le systme de distribution : consommation d'oxygne dissout, corrosion, mauvais got de l'eau.

Les phytoplanctons et les zooplanctons

L'eau de surface contient de nombreux organismes tels que les Phytoplanctons et les Zooplanctons. Certains de ces organismes comme les Actinomyctes et les Cyanophyce secrtent des composs qui donne l'eau un mauvais got et une mauvaise odeur. D'autres sont pathogne pour l'homme.

La prsence d'algues et de micro organismes dans le systme d'alimentation en eau est dplaisant pour la consommation et leur croissance peut s'accompagner de perturbations du milieu naturel.

En plus, lors de leur mort ou lors de leur croissance, certains microorganismes secrtent des mtabolites toxiques pour les animaux.

Turbidit:

Avec la couleur, la turbidit de l'eau c'est dire sa transparence est un facteur prpondrant pour la consommation de l'eau. La turbidit doit tre contrle:

- pour permettre une dsinfection efficace de l'eau

- pour enlever tous les polluants adsorbs par les solides en suspensions tels que les mtaux lourds.

- pour lutter contre la sdimentation dans le systme de distribution.

Couleur:

Les couleurs de l'eau peuvent rsulter de la prsence d'impurets minrales ou organiques. On doit enlever ces particules dans le but de rendre l'eau plus agrable la consommation. Enlever des couleurs indsirables d'eau revient enlever des particules organiques indsirables.

Minralisation:

Lalcalinit de l'eau et sa duret contribue au mme titre que le pH et les acides carboniques dissous l'quilibre carbonate de l'eau. Une tentative est faite pour atteindre cet quilibre de manire viter la formation de calcaire et de corrosion. Si la quantit de sulfate prsente dans l'eau est trop importante cela a des consquences sur le got et le caractre laxatif de l'eau. Pour une quantit de chlorure trop importante en plus du got l'eau devient corrosive.

pollution minrale

Certains mtaux:

Le fer et le manganse peuvent colorer l'eau et tre l'origine d'un phnomne de sdimentation dans l'eau. cela peut aboutir un phnomne de corrosion. Qui plus est, ces mtaux affectent les qualit organoleptiques de l'eau comme d'autres mtaux tels que le cuivre, l'aluminium et le zinc pour ne citer qu'eux.

Gaz dissout:

La prsence d' H2S dans l'eau est un indicateur de conditions anarobiques et montre que le potentiel d'oxydo-rduction de l'eau est trop faible ce qui provoque la formation de mauvaises odeurs et contribue rendre l'eau plus corrosive. H2S doit tre enlever de l'eau.

Ions ammonium (NH4+):

Les ions ammoniums n'ont pas de consquences sanitaires importantes sur la sant du consommateur mais leur prsence dans l'eau est un indicateur de pollution de cette eau. Les ions ammoniums doivent tre enlevs de l'eau car ils constituent un nutriment pour la croissance de certaines bactries.

Impurets affectant la sant du consommateur:

Mtaux: En particulier le cadmium, le chrome, le plomb, le mercure, l'arsenic et le slnium doivent tre enlevs de l'eau. Gnralement ils sont adsorber dans des solides en suspension et il suffit d'enlever ces solides en suspension pour enlever ces mtaux. On a galement recours des traitements chimiques pour dtruire les complexes qui peuvent tre forms par ses mtaux.

Duret: Mme si une eau trop dure n'est trs nocive pour la sant il ne faut pas perdre de vue que cela peut tre synonyme d'absorption par le corps humain d'une grande quantit de sodium et de risque d'hypertension.

Fluor: Trop de Fluor n'est pas bon pour les os. dans certain cas il est important de rduire la concentration en fluor de l'eau avant consommation.

Impurets organiques

De nombreuses impurets organiques se retrouvent dans l'eau souterraine et de surface. Ces impurets organiques sont classes en 6 catgories:

Acides humiques

Acides hydrophiles

Acides carboxyliques

Amino - acides

Hydrocarbures

Carbones hydrats

Concentration totale en Carbone Organique: COT

LES POLLUANTS DES EAUX RESIDUAIRES

La pollution de l'eau provient essentiellement des villes, de l'industrieet de l'agriculture. La pollution gnre par les deux premires est localise (pollution "ponctuelle"), et peut tre partiellement traite, tandis que l'agriculture provoque une pollution "diffuse", disperse dans les champs, qui atteint les nappes souterraines et les rivires progressivement.

La pollution vient des villes, de l'industrie et de l'agriculture.

Les principales familles de polluants

Les matires en suspension (plancton, dbris vgtaux fins, minraux, matires organiques et minrales )

La pollution organique (polluants biodgradables: DCO et DBO)

La pollution micro biologique (virus, bactries, parasites) limite les usages de leau (baignade levage de coquillages).

Les matires fertilisantes( azote et phosphore entranant la prolifrationdalgues qui diminuent la luminosit et consomment loxygne dissous dans leau do eutrophisation)

Les polluants mtalliques et chimiques persistants (pesticides, rsistant la dgradation chimique, biologique et par la lumire. Avec les mtaux lourds ils forment une famille de polluants trs dangereux : s'accumulant et se concentrant tout au long de la chane alimentaireLes sels minraux (chlorures ou sulfates de calcium, de magnsium, de sodium ou de potassium) peuvent voir leur concentration s'lever la suite de rejets industriels.

Types de pollution

La contamination des eaux est principalement provoqu par :les polluants chimiquesles polluants organiques (matires organiques fermentescibles, micro-organismes)les polluants thermiques et radioactifs

Plus grave que la pollution des eaux superficielles : la pollution des nappes souterraines par infiltration de contaminants car l'auto-puration n'y est pas possible(absence d'oxygne)

Pratiquement, on peut par ailleurs distinguer trois formes de pollutions :

celles qui amnent des dsagrments (got, odeur, bruit)celles qui occasionnent des dangers immdiats et gravescelles qui peuvent prsenter des dangers long terme (effets cumulatifs)

Les effets directs et indirects des pollutions.Celles-ci peuvent induire des changements de pH de l'eau et amener des dpts de substances toxiques et galement provoquer une dystrophisation de l'eau.

NATURE PARAMETRES SYMB. EFFETS ORIGINE

MECANIQUE Matire en suspension Turbidit

MES Colmatage du lit de la rivire, des zones de reproduction des poissons (frayres).

rosion des sols (orages), travaux en rivire, vidanges de retenues

ORGANIQUE Oxygne dissous

Demande biochimique en oxygneDemande chimiqueen oxygne

O2 dissousDBO5

DCO

Diminution de la photosynthseConsommation d'oxygne dissous au dtriment des poissons

Rejets domestiques et industriels

levages intensifs

THERMIQUE Temprature T Diminution de l'oxygne dissousPerturbe les poissons

Eau de refroidissement des grosses usines

AZOTE Azote organique

Ammoniaque

Nitrites

Nitrates

N-org

NH4

NO2

NO3

Perturbe la production d'eau potableToxique pour les poissonsToxique pour les poissonsPerturbe la production d'eau potable si fortes concentrationsContribue l'eutrophisation

Rejets domestiques et industriels

levages intensifs

excs d'engrais, rejets domestiques

PHOSPHORE Phosphore total Phosphates

PPO4

Augmente les risquesd'eutrophisation = asphyxie de la rivire par prolifration d'algues

Rejets domestiques essentiellementlevages et excs d'engrais

TOXIQUES& MICRO-POLLUANTS

Cyanures

Mtaux lourds :cadmium, mercure, chrome, plomb, ...

Solvants et divers :phnols, fluor, solvants chlors

Micro polluants organiques : organo-halogns (ex : chloroforme)

Pesticides (atrazine, lindane, ...)

(La mesure des toxiques se fait parfois par des tests biologiques globaux (ex : test daphnie))

CN

Cd, Hg,Cr, Pbmtaux

P-OH, F

AOx

quitox

Inhibiteur de la vie aquatique

Compromettent la fabrication d'eau potable si normes rglementaires dpasses

Risque de toxicitimmdiate et/ou de toxicit diffre par accumulation dans les chanes alimentaires

Risques d'effets mutagnes et cancrognes

Rejets d'industries :- traiteurs de surfaces- utilisateurs de solvants

divers

Rsultat de l'action du chlore sur les matires organiques

Rejets diffus provenant du traitement des cultures, des abords des routes et voies de chemin de fer.

RADIOACTIVITE

Activit globaleAnalyses spcifiques

Bq Risques mutagnes et cancrognes

Rejets des hpitaux, activits nuclaires

BACTERIO-LOGIQUE

Analyses micro biologiques :- Bactries- Virus

MES TurbiditContamination qui ncessite une strilisation de l'eau potableLimite l'usage de la baignade

Rejets domestiquesElevages intensifs

LINDUSTRIE PETROLIERE

Les activits de lindustrie ptrolire et gazire comprennent:

lexplorationlexploitationle transport

Le ptrole et le gaz, dont la gestion exige tout un rseau dinstallations et de distribution, sont transforms en produits intermdiaires et finis dans les raffineries et distribus aux acheteurs consommateurs.

Les activits du secteur ptrolier ont de nombreuses rpercussions sur l'environnement.

Raffinage du ptrole

Le ptrole brut est un mlange de nombreux hydrocarbures. Les deux principaux constituants du ptrole sont: le carbone (84-87 %) l'hydrogne (1114 %)

et, des niveaux moindres,

le soufre (0-3 %), l'oxygne (0-2 %), l'azote (0-1 %).Le ptrole brut peut aussi contenir certains mtaux lourds l'tat de trace.

L'objectif premier d'une raffinerie est de fractionner le ptrole brut, qu'il soit de provenance naturelle (formation gologique) ou dit synthtique (sable bitumineux) et de le convertir en diffrents produits de consommation tels les essences, le carburant diesel, les mazouts lgers et lourds, les bitumes, le krosne ou des produits intermdiairesalimentant l'industrie ptrochimique (naphta, distillat).

Les procds unitaires du secteur du raffinage du ptrole sont nombreux. Les principaux sont:le dessalage, la distillation atmosphrique, la distillation sous vide, le craquage et le reformage catalytique, et l'hydrotraitement.

On peut dfinir le raffinage du ptrole comme la sparation physique, thermique et chimique du ptrole brut en composantes majeures de distillation ou fractions.

Ces fractions de distillation peuvent leur tour tre transformes ou valorises en produits ptroliers finis.

La raffinerie de ptrole est linstallation o se droule ce processus. Les installations de raffinage distillent ou sparent le ptrole brut en plus petites fractions (ou groupes de molcules) pour fabriquer plus de 2 500 produits diffrents que nous utilisons dans nos vhicules, nos maisons et nos industries.

On peut rpartir ces produits entre trois grandes catgories:

carburants (comme lessence automobile, le carburant diesel, le carburant aviation, le mazout lger et lourd)produits hors combustibles (comme les huiles et les graisses lubrifiantes, lasphalte)matires premires pour lindustrie chimique

tapes des processus des industries ptrolires

La premire tape obligatoire dans le traitement du ptroleest le dessalage qui consiste prchauffer le ptrole brut et le mlanger avec de l'eau. Diffrents additifs sont ajouts afin de dissoudre les sels minraux prsents.

L'eau contamine est dirige vers le systme de traitement des eaux rsiduaires huileuses.

Tout le ptrole brut dessal est ensuite chauff et dirig dans la colonne distillation atmosphrique. Il est ensuite spar, par distillation et puisement la vapeur, en diverses fractions de plages d'bullition diffrentes; les fractions sont retires en continu de la colonne et diriges vers d'autres units pour un traitement ultrieur.

Le rsidu en provenance de la colonne de distillation atmosphrique (environ 30 % du brut) est achemin dans une colonne distillation sous vide pour produire des gazoles lgers et lourds et du brai (asphalte).

Les gazoles lourds (environ 25 % de l'alimentation) provenant de la colonne de distillation sous vide subissent une conversion par craquage catalytique pour produire des essences de meilleure qualit. Les gazoles sont aliments en pied de colonne et se vaporisent au contact du catalyseur chaud dans un lit fluidis. Les vapeurs sont spares du catalyseur et les produits sont rcuprs dans une colonne de fractionnement.

L'hydrotraitement (dsulfurisation), dont la capacitreprsente environ 30 % de la distillation, est un procdcatalytique par hydrognation utilis pour la purification du naphta, du distillat et des gazoles. Il permet de convertir les olfines en paraffines en les saturant avec l'hydrogne et de purifier les produits ptroliers en rduisant approximativement 90 % des sulfures et 80-90 % des composs azots. Il permet, de plus, de rduire les composs oxygns ainsi que les halognures et les mtaux traces. Ce procd convient parfaitement la production de carburant diesel et de mazout domestique faible teneur en soufre.

Le reformage catalytique est le procd de rarrangement le plus utilis (environ 15 30 % de la capacit totale de raffinage) et sert augmenter l'indice d'octane de l'essenceextraite du ptrole brut. La raction prdominante est la dshydrognation des naphtnes, tandis que l'isomrisation et la dshydrocyclisation des paraffines sont aussi d'importantes ractions secondaires. Le catalyseur utilisdans la raction doit tre remplac priodiquement ou rgnr. Les raffineries choisissent cependant, de plus en plus, de rgnrer le catalyseur en continu afin d'viter les arrts de production.

Nature des effluents

Le ptrole brut est un mlange complexe constitud'hydrocarbures et d'impurets tels des composs azots, sulfurs et oxygns, des sels inorganiques et des traces de mtaux; ces contaminants se trouvent l'effluent en plus ou moins grande concentration. Les produits utiles la raffinerie et les bruts sont stocks avant dtre utiliss. Durant le stockage des bruts, leau se spare de lhuile et il en rsulte une eau rsiduaire contenant de lhuile libre et de lhuile mulsionne, des matires en suspension et des boues de fond.

Les principaux procds de la raffinerie tels que le dessalage et la distillation du brut ainsi que les units de craquage et d'hydrotraitement contribuent la contamination des eaux; on y trouve des dbits importants d'eaux uses de mme que des concentrations leves de contaminants. De plus, les eaux de ballast qui servent la stabilit des navires constituent une charge importante au systme de traitement des eaux, principalement en huiles, en phnols, en matires en suspension et en solides dissous.

Il existe beaucoup d'autres sources de contamination des eaux dans une raffinerie de ptrole, mais elles sont de moindre importance: eaux pluviales qui ruissellent sur les terrains de la raffinerie, eaux uses domestiques, eaux de service (purge des chaudires, purge de leau dalimentation, eaux de refroidissement et purge des tours de refroidissement indirect); nombreux produits chimiques utiliss dans les procds tels la soude caustique, les acides, les solvants, les inhibiteurs de corrosion, les dtergents, etc. peuvent contribuer aussi contaminer l'effluent la suite d'un dversement, lors des purges ou des nettoyages d'quipements.

Ainsi, les paramtres les plus reprsentatifs pour assurer une surveillance adquate d'un effluent d'une raffinerie de ptrole sont:les huiles et graisses (H&G), les phnols, les sulfures,lazote ammoniacal (NH3-N) les matires en suspension (MES). Le pH doit aussi tre mesur en continu.

missions atmosphriques des raffineries de ptrole

Le processus de raffinage du ptrole entrane le rejet de plusieurs polluants atmosphriques, dont les oxydes de soufre, les oxydes dazote, les composs organiques volatils, les particules, le monoxyde de carbone et le benzne, de mme que de nombreux gaz effet de serre(GES).

Lindustrie du raffinage est lorigine dune mission de polluants en raison de ses besoins propres en nergie thermique et des missions spcifiques dues aux processus de traitement ou de fabrication employs. En quantits variables, selon les units considres, elle est mettrice de monoxyde et de dioxyde de carbone, de dioxyde de soufre, doxydes dazote, de poussires, de composs organiques volatils (COV), etc.

Diffrents types de dchets gnrs par les industries ptrolires:

Pollution Quantit approximativesSystme de

refroidissement 3.5-5 m3 de dchets par tonne de brut

Eau rsiduaires pollues

DCO 300-600 mg/lphnol 20-200 mg/lhuile-ptrole 100-300 mg/l (eau sans sels)huile-ptrole 5000 mg/lbenzne 1-100 mg/lmtaux lourds 0.1-100 mg/l

Dchets solides et boues

de 3 5 kg par tonne de brut (80 % doit tre considr comme produits dangereux en raison de la prsence de mtaux lourds et des produits toxiques).

missions de COV de 0.5 6 kg/tonne de brut

Autres missions

BTX (Benzne, Tolune et Xylne) de 0.75 6 g/tonne de brut Oxydes de soufre 0.2-0.6 kg/tonne de brutOxydes d'azote 0.006-0.5 kg/tonne de brut

Sels dans les rservoirs d'alimentation (problmes de corrosion et de bouchage ) et prsence d'aromatiques (source de COV):

Les industries ptrochimique doivent faire face plusieurs problmes

Les raffineries de ptrole font tout pour viter la prsence de sels dans les rservoirs d'alimentation en raison des problmes de corrosion et de bouchage. La premire tape du raffinage est le dessalage oune eau chaude extrait les sels. De manire gnrale il est assez commun d'utiliser un anti-rouille ou un anti-corrosion dans le fuel. Si les rservoirs d'alimentation contiennent des aromatiques ayant une bonne solubilit tels que le Benzne ou le Tolune ils peuvent se retrouver dans l'effluent dessals ce qui constitue une source majeur de production de compos organique volatil (COV).

Enlever les aromatiques, le ptrole, les graisses et les composs organiques

Un traitement direct des eaux rsiduaires avec du charbon actif permet de rduire la concentration en aromatiques jusqu' des limites plus acceptables. De plus, le charbon actif capture aussi les huiles, graisses et les autres matires organiques. Le charbon actif est aussi utilis pour enlever les hydrocarbures et les courants de gaz organiques de la raffinerie. Une autre application du charbon actif est d'amliorer les boues actives de la raffinerie en leur ajoutant du charbon actif en poudre

Enlever le Phnol et l'azote ammoniacal avec un traitement biologique

Dans le but d'liminer le phnol et l'azote, la meilleure solution est d'utiliser un traitement biologique l'aide de peroxyde d'hydrogne. En utilisant un catalyseur en combinaison avec H2O2 il est possible d'liminer ou diminuer la DCO, DBO5 et la toxicitde l'eau rsiduaire. De plus, les phnols sont transforms en composs moins dgradables qui peuvent tre limins parcoagulation ou prcipitation.

Les contaminants organiques et inorganiques des eaux rsiduaires des raffineries:

Un procd d'limination des produits organiques et inorganiques solubles ou insolubles des courants d'eaux rsiduaire des raffineries met en oeuvre les procds d'ultrafiltration et d'osmose inverse. Avant l'tape d'ultrafiltration l'eau rsiduaire doit tre passe dans un systme adoucisseur pour enlever les cations mtalliques divalents et trivalents de manire prvenir tous phnomne de bouchage lors de l'osmose inverse.

Sparation de leau et du ptrole

Un problme principal de l'industrie ptrochimique est l'limination des rsidus et sous produits du ptrole des eaux rsiduaires. Cette situation apparat par exemple lors d'une fuite dans le rseau de distribution de brut. Dans le but de raliser cette sparation il est possible d'utiliser une sparation par membrane. Lors du nettoyage alcalin des rservoirs le niveau de pollution des mulsifiants peut tre trs levs. Il est alors important de raliser une correction du pH et il peut tre ncessaire d'utiliser un coagulant minral par exemple.

Eau de pluie charges en drivs du ptroles

Le ptrole et les matires grasses sont limins par filtration ou flottation tout dpend de DBO5 et des concentrations en phnol. L'eau peut tre biologiquement purifie. Aprs cela un traitement tertiaire peut tre utiliser pour enlever les solides en suspension et les phnols rsiduels.

Cette eau a une concentration plus importante en matiremulsifiante et peut contenir une pollution base de sulfure S2-

Deux procds sont largement utiliss:

- purification physico-chimiqueCette technique combine une filtration rapide des eaux

rsiduaires et une flottation aide.

- recyclage Le recyclage utilise un traitement biologique deux tapes.

Eau de processus

Les mtaux lourds sont prsent dans tous les types d'eau des raffineries: processus, eaux rsiduaires, ... Le tableau ci-dessous montre quels sont les mtaux lourds les plus prsents:

Cd Cr Cu Hg Pb Ni Sn Zn

++ ++ + ++ + ++

Les raffineries et les mtaux lourds

Rejets d'eau dans le milieu naturel

* Le chiffre de 2000 a t rvis la baisse car dans la pass les volumes d'eau rinjects dans les puits taient comptabiliss, ce qui n'a pas lieu d'tre.

** Contrairement la Chimie, les rejets d'eau dans le milieu naturel du Raffinage n'incluent pas les eaux utilises en circuit ouvert.

Rejets de matires en suspension (MES)

Rejets d'hydrocarbures

Rejets de demande chimique en oxygne (DCO)

* Les chiffres de 2000 et 2001 ont t rviss la baisse car ils comprenaient les rejets de DCO de l'usine de Crosby (Etats-Unis) alors que ceux-ci sont rinjects en totalit en puits profonds.

L'volution des rejets industriels en Provence-Alpes-Cte d'Azur (France)

Principales activits ptrochimiques:Vapocraquage de naphta ou de gazole avec les productions dthylne, propylne, butadine, styrne, puis de polymres et de caoutchoucs, etc.

Reformage catalytique de naphta vers la production daromatiques, puis de phnols, Nylons, dtergents anioniques, etc

Ces activits sont situes en drivation de lindustrie du raffinage do la similitude dans les caractristiques des rejets, mais, dans ses productions diverses et nombreuses, la ptrochimie prsente souvent des rejets spcifiques dont il faut citer les originalits et donner des schmas applicables de traitement.

1. Originalits des effluents de la ptrochimieAnalogie entre effluents du raffinage et de la ptrochimie

Pollution principalement organique avec des HC sous leurs trois tats de dispersion dans leau

Prsence, moins frquente, de phnols, de sulfures ou de produits intermdiaires doxydation de ceux-ci.

Des paramtres particuliers interviennent, susceptibles de modifier la traitabilit des effluents et dexiger des prtraitements spcifiques autres que ceux du raffinage ou un schma dorganisation du traitement diffrent.

Paramtres particuliers de la ptrochimieIrrgularit dmission dans le temps de rejets provenant de productions, par campagnes relativement courtes, ce qui peut soumettre une masse bactrienne de BA des alas daccoutumance.

Absence de nutriments N et surtout P dans les effluents, sauf productions telles quure et acrylonitrile ou de ractions mettant en uvre des amines ou NH4+ (alkylation par exemple)

Dbits plus levs quen raffinage, d la taille importante des complexes qu la diversit des productions, car de fortes compressions des consommations deau ont dj t russies en ptrochimie.

Salinits fortes, frquentes, lies certains procds ( alkylations, copolymrisation de latex, procd la chlorhydrine, etc) et pouvant voluer entre 5 et 25 g.l-1 de sel base de NaCl ou CaCl2, plus rarement NH4Cl. Ces salinits seront affaiblies si on les mlangent avec 50% deaux de purges de rfrigration (salinit de 0.6 3 g.l-1) qui peuvent participer lpuration biologique gnrale.

Prsence de composs chlors lors de certaines synthses (PVC, actone, actaldhyde).

Tempratures leves (40 60 C) qui exigent le refroidissement de leau avant lpuration biologique, sinon avant la FAD

Grandeur du rapport DCO/ DBO5, mesur aprs puration physico-chimique et ne caractrisant que la pollution organique dissoute.

Pollution dissoute faible et charge de MES et dHC surtout dans les effluents de production de polymres, au contraire, lorsque interviennent dans les procds des solvants ou des alcools ou la fabrication de produits fins et dadditifs destins lindustrie pharmaceutiques, la DBO5 dissoute devient la fraction principale et peut atteindre 500 1500 mg.l-1.

Volatilit des polluants prendre en compte afin dviter un transfert de pollution latmosphre lors dune puration biologique.

tapes de Traitement des Eaux Rsiduaires

Traitement des rejets

Lobjectif du traitement des eaux rsiduaires est lobtention dune eau pure qui satisfait aux normes de rejet dictes par la lgislation et pouvant par suite tre vacue sans danger dans le milieu naturel ou bien tre utilise dans le cadre des mesures ncessaires une bonne gestion de leau (recyclage), plus particulirement en milieu industriel.

Des analyses technico-conomiques adaptes la nature des besoins en matire de traitement des eaux uses industrielles permettent lindustriel dapporter des rponses optimises dont : la mise en conformit des rejets en milieu urbain ou naturel le recyclage vers les eaux de process

Une combinaison dquipements modulaires est la base des divers traitements correspondant aux diffrentes exigences de qualit :

Le choix d'un traitement d'eau n'est pas une opration vidente.

Il faut distinguer 3 types de traitement d'eau:- puration d'eau ( Filtration, dminralisation, osmose inverse

etc.)- Traitement chimique de l'eau ( antitartre, anticorrosion, etc.)- Traitement des eaux rsiduaires.

L'eau tant un fluide utilis pour la transmission de calories ou de frigories, il convient, pour l'tude du traitement d'avoir pralablement des rponses prcises certaines questions, dont notamment:

- De quelle qualit d'eau ai-je besoin ?- Qu'ai-je comme qualit d'eau disponible et en quelle quantit ?- Quel peut tre le traitement physique ou chimique le mieux

adapt techniquement et conomiquement mon problme ?

Sur les deux premires interrogations, il y a une pr-tude effectuer dans les domaines suivants:

- Dfinition exacte de la qualit de l'eau ncessaire ( caractristiques physiques, chimiques et bactriologiques)

- tude et bilan de l'eau disponible ; campagne d'chantillonnage durant une priode qui est fonction de l'origine de l'eau ( surface ou nappe)

- tude des variations des caractristiques dans le temps et des interfrences climatiques ou autres.

Concernant la troisime interrogation, il s'agit de l'affaire du traiteur d'eau qui doit thoriquement ne pas avoir de mal concevoir un matriel ou un traitement chimique performants, puisque la technique mettre en uvre est directement fonction des diffrences entre l'eau traiter et l'eau dont a besoin.

En ce qui concerne les eaux rsiduaires, il y a galement une approche systmatique et essentielle des points suivants:

- Dfinition de la pollution et de ses variations dans le temps.- ventuelle intgration des modifications qui seront apportes par

des projets d'extension.- Standards des rejets (Normes).- Possibilits des recyclages.

Traitement des eaux : lpuration des eaux uses

L'eau recueillie par les gouts doit tre traite, c'est--dire purifie avant d'tre rejete dans le milieu naturel. Le traitement des eaux est un procdcomplexe qui ncessite plusieurs oprations et se fait une station d'puration.

Les eaux uses traversent d'abord des grilles (l): Dgrillage, qui retiennent les objets flottants (papiers, gros dchets...). Elle s'coule ensuite dans un grand bassin: Dcanteur primaire (2) au fond duquel se dposent les boues.

L'eau dbarrasse des matires paisses est encore impropre lenvironnement. Leau passe dans un bassin d'aration (3): Boues actives o des bactries dgradent la matire organique en dcontaminant leau.

L'eau passe ensuite dans un dcanteur secondaire (4): Dcanteur secondaire dont le rle est de permettre aux micro-organismes de se dposer. L'eau pure reste en surface et elle est rejete la rivire (5): Rejet o le travail dpuration se continue.

EauxDgrillage grossier, Relvement des eaux brutes, Dgrillage fin, Dessablage-dshuilage, Traitement biologique en 2 tapes :

1re tape racteur biologique associ une dcantation lamellaire 2me tape filtration biologique

Traitement de finition

Bouespaississement, Digestion anarobie, Dshydratation mcanique par centrifugation.

Traitement de l'airVentilation et extraction de l'air vid,Traitement physico-chimique.

Pr Traitements :dgrillage, dessablage, dshuilage.

Traitement primairedcantation

Traitement secondaire, le plus souvent biologique par :boues actives, lits bactriens, bio disques, lagunage (comprenant une dcantation) ;

Traitement tertiaire :biologique d'limination de l'azote et du phosphore, chimique de prcipitation et de dcantation du phosphore, physico - chimique de dsinfection.

Bche d'arrive/dgrillages.

Bche d'arrive - Dgrillage grossier :Les eaux uses arrivent gravitairement la station par un collecteur, les effluents traversent un dgrilleur grossier qui les dbarrasse des matires volumineuses (cartons, plastiques, chiffons, etc...) qui pourraient nuire l'efficacit du traitement en aval.

Relvement - dgrillage fin :Les eaux uses sont releves par 4 pompes immerges. L'effluent passe au travers d'un dgrilleur fin qui retient les matires en suspension flottantes ou semi-flottantes.

Dessablage - Dshuilage.Les eaux sont introduites dans un dessableur - dshuileur, qui spare les huiles et les graisses pralablement mulsionnes par insufflation d'air, des sables et graviers par simple sdimentation physique.

Traitement des refus :Les dchets provenant du dgrillage et du dshuilage sont compacts puis vacus dans des bennes. Les sables sont lavs, essors et transports en dcharge.Matires de vidange :Une cuve de stockage des matires de vidange d'une capacit de 150 m3 reoit les produits des fosses d'aisance des particuliers.

Prtraitements

Les traitements physiques comprennent :

Dgrillage Tamisage ou micro-tamisage Dbourbage Dessablage

Rappelons qu'il existe une limite suprieure de la teneur en matires en suspension, gnralement de 1 5g/l, au-del de laquelle il est indispensable de prvoir en amont de l'tape de clarification, un tage de dbourbage ou de dessablage (suivant la taille des particules liminer et variable suivant le modle de dcanteurs, ).

Dgrillage.Le dgrillage est la premire tape d'une filire de traitement, qui consiste retenir tous les gros dchets (branches d'arbres, bouteilles, ). Pour ce faire, on met en place un systme de grilles, dont l'espacement est d'environ 50 mm.

Ds que les grilles sont encombrs par les dchets, un racleur (rteau) monte le long des grilles et fait tomber ces dchets dans un benne (pleine > dcharge).

Dgrilleur courbe statique

Le pr traitement par sparation physique (dgrilleur, dcanteur, dbourbeur, flottation simple)

Tamisage:

Aprs une ventuelle tape de dgrillage, l'eau traverse un tamis constitu de mailles fines, qui permettent d'arrter les petits dchets.Lorsque celui-ci est bouch, il est nettoy l'eau sous-pression (manuellement ou automatiquement). Puis les dchets (refus) sont envoys en dcharge.

Il existe plusieurs types de tamis :

Tamis statique,(principe de fonctionnement)

Un systme de rglage permet d'orienter le produit au dversement sur une grille. Une filtration gravitaire s'effectue et une sparation du produit solide et du produit liquide est alors ralise.

Tamis rotatif,Aprs avoir travers un caisson de rpartition, le liquide arrive sur un dversoir sur le quart suprieur d'un tambour. En traversant la grille, les solides se dposent, puis dans un rservoir externe, par l'intermdiaire d'un grattoir. Le liquide filtr traverse le tambour contre-courant et assure le nettoyage du filtre. Un dflecteur interne permet d'viter la projection du liquide sur les parties solides.

Nota :Les vis convoyeuses et compacteurs sont utiliss pour les applications suivantes :

Transport de refus de dgrillage, Transport de boues dshydrates par filtres bandes, centrifugeuses, filtres plateaux, Toute application de convoyage de matires solides

Dbourbage / Dssablage.Lorsque la ressource est trs fortement charge en M.E.S (matires en suspensions) et/ou matires dcantables, tels que boues et/ou sables par exemple, il doit tre procd un pr-traitement pour liminer (avant la phase de clarification) ces charges importantes.

Les dbourbeurs, comme leurs nom l'indiquent, permettent d'enlever les boues, en laissant dans les eaux traites une charge en M.E.S de l'ordre de 100 1000 g/l selon les cas.

Les dessableurs, dont la fonction est de retenir les sables entrans avec l'eau, permettent d'liminer spcifiquement ceux-ci. Il est possible galement de procder un lavage et une classification de ces sables.

Schma gnral dune station de traitement des eaux

Les techniques suivantes peuvent tre utilises :- Traitement physico-chimique

- Traitement arobie / anarobie

- Filtration disque et tambour

- Filtration par membrane (osmose inverse)

- Systmes doxydation avance

Elles permettent:

- Rduction de la Demande Chimique en Oxygne (DCO), de la Demande Biologique en Oxygne (DBO)

- Dgraissage des eaux rsiduaires

-Dminralisation

- Suppression des pesticides

- Dcoloration

- Asschement des boues

- Nitrification et dnitrification.

Traitements physiques

But MthodesDbarrasser l'eau des matires insolubles Dcantation, Filtration sur sable ou D + F

Dminraliser partiellement l'eau

Dcarbonatation partielle de l'eau ( la chaux car procd conomique) Dcarbonatation par vaccination acide.

Traitements chimiques

But MthodesAlimenter le circuit en eau brute et travailler en pH libre

Conditionnement mixte antitartre et anticorrosion

Alimenter le circuit en eau brute avec pH contrl Conditionnement mixte AT et AC.

Alimenter en eau volontairement incrustante Conditionnement antitartre

Alimenter en eau volontairement agressive Conditionnement anticorrosion

Le traitement bactriologique a pour but de dbarrasser l'eau des bactries responsables du processus de corrosion de certains mtaux et galement responsables de dpts organiquesimportants dans les circuits ( slimes en ptrochimie).

Les principes d'un traitement bactriologique sont les suivants:1. Dfinir qualitativement les biocides actifs sur les bactries du

milieu infect par ralisation d'antibiogrammes sur site ( travail d'un spcialiste).

2. Dfinir les dosages optimaux.3. Le traitement s'effectue toujours selon le principe suivant:

- Injection d'un dispersant dans l'eau du circuit- Aprs 2 ou 3 heures ( selon volume en eau du circuit et dbit recircul), faire une injection choc d'un bactricide- aprs 24 ou 48 heures, faire une injection d'un autre bactricide en alternance.

L'injection de bactricide en continu est vivement dconseille car elle cre le phnomne de bactriorsistance des germes que l'on souhaite dtruire.

Rappel de quelques notions de chimie de l'eau

Eau agressive: L'agressivit d'une eau est sa tendance dissoudre du carbonate de calcium.Une eau agressive est gnralement corrosive mais l'inverse n'est pas vrai.

Corrosivit: La corrosivit d'une eau est dfinie par rapport un mtal; entre l'eau ( lectrolyte) et le mtal se produit un processus lectrochimique qui conduit la dissolution du mtal et sa transformation en oxydes insolubles ( dans le cas de l'acier, c'est la "rouille").Il ne faut donc pas confondre agressivit et corrosivit d'une eau.

Eau incrustante: C'est la tendance qu'a une eau de dposer des sels alcalinoterreux, en gnral des sels de calcium.Le "tartre" commun est le carbonate de calcium; toutefois il existe d'autres tartres, lesquels sont les sels de calcium insolubles.

SELS INSTABLES DE L'EAU

L'eau contient des sels stables et instables et les difficults essentielles, en particulier au niveau de l'entartrage proviennent des sels instables.En rsumant, l'on peut schmatiser la rpartition des sels comme suit:Sels stables: Chlorures, sulfates, nitrates.Sels instables: Bicarbonates, carbonates.Dans une eau, la rpartition des sels instables est quantifie par les valeurs ( relatives ) des TA et TACTA = Titre alcali mtriqueTAC = Titre alcali mtrique completLes valeurs des TA et TAC sont les suivantes:

Traitement physico-chimique:Les traitements physico-chimiques lors du traitement des eaux uses et rsiduaires ont pour objectif la sparation des particules solides, des huiles, des acides gras...

Les techniques suivantes peuvent tre utilises :

Filtres

Coagulation et Floculation

Flottation

Centrifugation

Prcipitation

Dcantation

Oxydation

Dsinfection

Neutralisation

lectrolyse

Le traitement physico-chimique de l'eau est souvent une tape intermdiaire, suivie la plupart du temps par un traitement biologique.

Le traitement physico-chimique qui associe un traitement chimique par ractifs une sparation physique sur filtre, dcanteur ou flottateur

Coagulation-Floculation

Les composants de l'eau sont diviss en trois catgories:

solides en suspension,

particules collodales (moins de 1 micron)

substances dissoutes (taille infrieure au millimtre).

Le processus de coagulation-floculation facilite l'limination des solides en suspension et des particules collodales. On l'utilise dans l'tape d'une sparation solide-liquide :

clarification,

flottation ,

filtration.

La coagulation est la dstabilisation de particules collodales par addition d'un ractif chimique appel coagulant.

La Floculation est l'agglomration de particules dstabilises en micro floc et ensuite en flocons plus volumineux que l'on appelle flocs. On peut rajouter un autre ractif appel floculant ou adjuvant de floculation pour faciliter la formation de flocs.

Les facteurs qui peuvent amliorer la coagulation-floculation sont:

le gradient de vitesse,

le temps,

le pH.

Le temps et le gradient de vitesse sont importants pour augmenter la probabilit de chocs entre les particules. Le pH est un facteur trs important pour l'limination des collodes.

principe de la floculation

Type de ractifs

Exemples Application au traitement de leau

Coagulants inorganiques

Sels d aluminium polymres daluminium Sels de fer autres coagulants inorganiques

Clarification de l'eau de surface Traitement de l'eau rsiduaireClarification de l'eau de surfacelimination des phosphateslimination des alguesEau contenant de la matire organiquePour ignitier la coagulation de l'eau de mer

Adjuvants de floculation naturels

-Floculants inorganique-Floculants organiques (polymre naturel)

Eau froideSels ferriqueSels d'aluminium

Coagulants organiques synthtiques

ClarificationCoagulation en ligne : pour la filtration de l'eau de mer Eau rsiduaire industrielle:C'est le principale champ d'application des coagulants organiques.

Adjuvants de floculation synthtique organique

Eau de SurfaceEau rsiduaire industrielleEau rsiduaire municipaleSchage de boues

Les coagulants

les cations trivalents : la neutralisation des charges ngatives la surface des collodes est ralise par addition de cations dans l'hypothse o l'on utilise un coagulant inorganique. Les ions trivalents sont 10 fois plus efficaces que les ions divalents. Les ions trivalents de sels de fer et d'aluminium sont trs largement utiliss dans les traitements par coagulation.

L' influence du pH : les coagulants inorganiques changent les proprits physico-chimiques (pH, conductivit,..) de l'eau traiter en raison de leur hydrolyse.

M 3+ + 3 H2O M(OH)3 + 3 H+

Le pH ncessaire pour la coagulation peut tre ajust en ajoutant une base ou un acide.

Cation pH optimum pour la Coagulation-Floculation

Al 3+ 6.0 7.4

Fe 3+ > 5

Production de boues :

La formation d'hydroxyde mtallique va de paire avec la production de boues. Ces boues peuvent tre enlever dans le processus final desparation solide-liquide.

Des coagulants organiques peuvent tre utiliss. L'avantage de ces cations polylctroniques provient du fait qu'ils neutralisentdirectement les charges ngatives des collodes. Ce qui pour consquence de fortement rduire la production de boues.

Les adjuvants de floculation

Polymres organiques (silice active) et polymres naturels (starches, algues) sont les premiers avoir t utiliss. Mais l'utilisation d' adjuvants de floculation synthtiques permet de minimiser la production de boues. Si l'on combine ces adjuvants de floculation avec des techniques de sparations modernes, on peut produire des boues denses qui seront directement traites dans des units de dshydratation.

La centrifugation:

Cest un procd de sparation qui utilise l'action de la force centrifuge pour permettre un dpt acclr des particules d"un mlange solide-liquide. Il y a deux principales phases distinctes qui sont formes dans l'enceinte durant la centrifugations:

Les sdiments: En gnral sa structure n'est pas uniforme.

Le concentrt: (parfois appel centrifugat) c'est dire le liquide surnageant.

Il est souvent clair mais parfois trouble due au fait de la prsence de particules collodales trs fines, qui ne sont pas facilement dposes.

Cependant il peut aussi se composer de plusieurs phases si le liquide contient des lments de diffrentes densits comme des huiles par exemples.

Application dans le traitement des eaux

Flottation:

Contrairement la clarification, la flottation est un processus de sparation liquide-liquide ou solide-liquide que l'on applique des particules dont la densit est infrieure celle du liquide dans lequel elles sont contenues. Il y a trois types de flottation :

flottation naturelle

Applicable si la diffrence de densit est naturellement suffisante pour la sparation.

flottation aide

On utilise ce terme lorsque des moyens extrieurs sont utiliss pour faciliter la sparation de particules qui flottent naturellement.

flottation induite

Lors d'une flottation induite on diminue artificiellement la densit des particules pour leur permettre de flotter. Cette opration est base sur la capacit qu'on certains liquides ou solides se lier avec des bulles de gaz pour former des particules gazeuses ayant une densitinfrieure au liquide.

DAF(Dissolved air flotation) est un processus de flottation induite avec des bulles d'air trs fines ou des micro bulles de taille comprise entre 40 et 70 microns.

La flottation mcanique est un terme utilis dans l'industrie du minerai pour dcrire l'utilisation de DAF pour produire des bulles d'une taille de 0.2 2 mm de diamtre.

La dcantation:La dcantation, tout comme la flottation est une technique de sparation des particules et des matires en suspension, des collodes rassembls en floc. Cette technique est trs rpandue dans les usines d'puration et de traitement des eaux.

Principe: Lors de la dcantation les particules dont la densit est suprieure l'eau vont avoir tendance s'accumuler au fond du dcanteur sous l'effet de la pesanteur. Les particules seront limines du fond du bassin priodiquement. L'eau clarifie se situant la surface du dcanteur est ensuite redirig vers un filtre.

Paramtres de la dcantation: La vitesse de chute des particules est proportionnelle aux diamtre, masses volumique (de la particule et du liquide) et l'acclration de la pesanteur tandis qu'elle inversement proportionnelle la viscosit dynamique du liquide selon l'quation de stokes.

Influences:Un certains nombres de paramtres doivent tre galement pris en compte car ils modifient le processus de la dcantation. Les courants de densit sont un des facteurs surveiller, ils peuvent tre une consquence d'une variation de la temprature ou de la turbidit de l'eau.

Diffrents types de dcantation:

dcantation statique lamellaire contact de boues ou en compression de boue floc lest.

Dcantation physico-chimique

dcanteur lamellaire

Sorties des dcanteurs lamellaires

Biofiltres

Oxydation Avance (AOPs) :

Les produits chimiques d'oxydation avance utilisent des composs (chimiques) d'oxydation afin de rduire les niveaux de DCO/DBO, et de dtruire les composs organiques et inorganiques oxydables. Le procd permet d'oxyder totalement les composs organiques (sous forme de CO2 et d'eau), mme s'il n'est pas toujours ncessaire d'oprer un tel niveau de traitement.

Une large gamme d'quipements d'oxydation avance est disponible :

Procds d'oxydation chimiques, utilisant le peroxyde d'hydrogne, l'ozone, le peroxyde et l'ozone combins, l'eau de Javel, le procdFenton, etc.

Procds UV amliors, tel que UV/Ozone, UV/Peroxyded'hydrogne/UV/Air.

Oxydation l'air humide, Oxydation catalytique l'air humide (l'air est utilis comme oxydant).

Les procds d'oxydation avance sont particulirement appropris pour le traitement des effluents contenant des composs rcalcitrants,toxiques ou non-biodgradables. Ceux-ci offrent de nombreux avantages, en comparaison avec les procds biologique ou physico-chimiques :

- Fonctionnement du procd

- Fonctionnement sans surveillance

- Pas de dchets secondaires

- Capacit traiter des dbits et compositions variables.

Cependant, les procds d'oxydation avance demandent souvent un investissement et des cots oprationnels plus levs que pour un traitement biologique.

L'quipement le plus appropri est dtermin partir des caractristiques chimiques de l'effluent.

Dsinfection:

Il existe de nombreuses techniques de dsinfection des fluides et des surfaces

Dsinfection l'ozone

Dsinfection par rayonnement UV

Dsinfection utilisant le dioxyde de chlore

Le chlore

l'hypochlorite de sodium (eau de Javel)

Chaque technique possde ses propres avantages et domainesd'application.Le tableau ci-dessous rsume les avantages et inconvnients de chaque procd :

Technologie Prserve l'environnement

Sous-produits

Efficacit

Investissement

cotsoprationnels

Fluides Surfaces

Ozone + + + + - + + + + +

UV + + + + + + - / + + + + + +

dioxyde de chlore

+ / - + / - - - + + + + + - -

Chloregazeux

- - - - - - + + + +/- - -

Eau de Javel - - - - - - + + + +/- - -

domaines d'application:

Technologie Applications

Dsinfection lozone

industrie pharmaceutique, eau potable, eau de process , eau ultra pure, dsinfection des surfaces

UV Eau de process industriel, eau potable, destruction d'ozone, eau ultra pure, Dsinfection des surfaces

Dioxyde de chlore

eau potable, Dsinfection des canalisations

Traitement secondaire: Traitement biologiqueLpuration biologique des eaux rsiduaires est base sur lutilisation de bactries qui sont utilises pour dtruire les composs organiques contenus dans l'eau. On distingue 2 types de traitements :

Traitement arobie Traitement anarobieLa dgradation biologique effectuer est caractrise par le souhait de rduction de la Demande Biologique en Oxygne (DBO).

Dans les systmes arobie, l'eau est are avec de l'air comprim(dans certain cas avec de loxygne). Les systmes anarobies fonctionnent en l'absence d'oxygne. On associe gnralement un racteur...arobie anarobie

une aration une digestionune dcantation une mthanisationune clarification un stockage et une utilisation des gazune nitrification

Les turbines d'aration apportent de l'oxygne aux eaux uses et rsiduairesL'aration est ncessaire pour apporter de l'oxygne l'effluent traiter. Il existent des systmes fixer une base en bton ou en mtal, ainsi que des systmes flottants pour les bassins et stations d'puration. Les turbines d'aration des puissances de 1.5 110 kW, permettent ainsi des vitesses de rotation basses (36 tr/min) ou hautes (1420 tr/min).

L'avantage des turbines d 'aration est que celles-ci, en plus d'arer l'eau traiter, permettent de la mlanger, crant ainsi un milieu homogne.

Une rgle empirique approximative indique que la quantit d'oxygne apporte dans un bassin est gale deux fois la puissance de la turbine. Par exemple, une turbine haute vitesse de 11kW apportera 22 kg/h d'O2 dans l'eau.

Les donnes importantes prendre en compte pour le dimensionnement sont :

- les rduction de DBO et DCO souhaites

- les dimensions du bassin (profondeur galement)

EPURATION AEROBIE

Installation Bio D (Procd SBR : Sequential Biological Reactor )

Le traitement biologique par boues actives ou lit bactrien pour permettre le rejet des eaux uses en milieu naturel

Station d'puration biologique

Procds biologiques spciaux pour le traitement efficace et conomique des eaux rsiduaires

Les procds biologiques sont les mthodes les plus conomiques et cologiquement les plus favorables pour llimination des matires polluantes.Le systme dpuration deaux rsiduaires le plus rpandu est le procdpar boues actives. Ce systme comporte essentiellement un bio racteur, un clarificateur, des installations pour la recirculation des boues et pour lextraction des boues en excs. Dans le bio racteur (bassin daration) les eaux pollues sont mises en contact avec une biomasse (boues actives) et loxygne de lair fourni par des arateurs. Ainsi les matires polluantes sont converties en composs inorganiques simples comme lacide carbonique, leau, lammonium, le nitrate, le sulfate etc. ou assimiles pour la synthse de biomasse.

Dans le bassin de dcantation (clarificateur) la biomasse est spare de leau pure par sdimentation gravitaire. Les eaux traites sont enleves du systme tandis que les boues sont en partie recircules dans le bassin daration et en partie extraites du systme comme boues en excs.

Malgr son utilisation universelle pour une gamme deffluents urbains et industriels, ce systme simple nest pas toujours une solution idale et lapplication dautres procds est ncessaire. Les raisons suivantes sont dterminantes:

- ncessit dun terrain de trs grande surface en cas de grandes quantits deau et de charges polluantes.

- cots dinvestissement et dexploitation trs levs

- consommation dnergie leve

- problmes dodeurs

- puration insuffisante due la surcharge ou la composition dfavorable deffluents

- production leve de boues en excs

- rendement rduit en raison dlments toxiques p. e. mtaux lourds

Trs souvent le systme boues actives nest pas une solution suffisante mais on peut quand mme raliser une puration satisfaisante par modification du procd ou, le cas chant, par combinaison avec dautres systmes, toujours biologiques.

Ci-aprs sont prsentes quatre solutions dveloppes et testes lchelle industrielle .

Principe de fonctionnement dun bioracteur LINDOX

Cest un procd par boues actives, utilisant des bioracteurs couverts fonctionnant loxygne pur

Installation LINDOX pour lpuration de leau use municipale Duisburg/Allemagne

Principe de fonctionnement dun racteur LINPOR-CN avec chambre de dnitrification en amont

Cest un systme, adaptable selon les exigences, bas sur un procd par boues actives utilisant des cubes poreux en mousse plastique comme supports mobiles pour fixer la biomasse Malgr son utilisation universelle pour une gamme deffluents urbains et industriels, ce systme simple nest pas toujours une solution idale et lapplication dautres procds est ncessaire.

Systme LINPOR-N Aachen-Eilendorf /Allemagne

Principe de fonctionnement dun racteur LARAN

Cest un procd anarobie pour le prtraitement des eaux rsiduaires haute charge organique utilisant un racteur lit bactrien immerg

Racteur LARAN dans une usine dquarrissage allemande

Principe de fonctionnement dun systme METEX

Cest un procd pour llimination et la rcupration des mtaux lourds par biosorption dans un lit bactrien anarobie

Systme METEX dans lindustrie lectronique Munich/Allemagne

Traitement tertiaires: Filtration fine / Adsorption / Concentration

La premire tape consiste souvent liminer les solides en suspension.Ceci est obtenu d'abord par dcantation gravitaire pour liminer les particules les plus grosses, puis par filtration sur des lments filtrants poreux pour liminer les particules les plus fines.Aprs filtration, les impurets dissoutes sont ensuite limines. C'est la dminralisation.

La dminralisation peut tre faite en deux tapes:- dminralisation partielle sur membrane par osmose inverse ou lectrodialyse- dminralisation totale par vaporation ou change d'ionsLa dminralisation par vaporation est trs consommatrice d'nergie et l'utilisation de rsines changeuses d'ions est la plus employ pour des volumes importants.

CAG (Charbon Actif en Grain)

Le traitement tertiaire ou de finition dans le cas dabattement de la DCO, DBO5 ou des MES par adsorption sur charbon actif, ozonation, post filtration.

Filtration

Filtre sable:

Filtration des eaux sur un matriau (sable ou sable plus anthracite dans le cas des filtres bi-couches) de diffrentes granulomtries .

On distingue des filtres lents ou filtres ouverts et des filtres rapides ou filtres ferms.

Les filtres lents sont utiliss pour des eaux moyennement et fortement charges en matires solides en suspension, l'eau dans ce cas percole par gravit travers le lit de sable dispos dans des grands bassins ouverts l'air libre.

Les filtres rapides, dont la vitesse de filtration est comprise entre 30 et 70 m/h, sont utiliss pour des eaux faiblement charges de matires solides en suspension, l'eau dans ce cas est envoy sous pression travers le lit de sable dispos dans des rservoirs clos raliss par chaudronnerie ou en rsine arme de fibres de verre.

Le temps de nettoyage est dtermin par les facteurs suivants:

Volume

Chute de pression due au filtre.

Le lavage de ces filtres est effectu par inversion du courant d'eau avec ventuellement injection d'air comprim et les impurets sont rejetes l'gout avec l'eau de lavage.

Exemple de filtre (coupe schmatique)

1 Entre d'eau brute

2 Vasque de rpartition

3 Entre d'air de lavage

4 Masse filtrante

5 Plancher crpin

6 Collecteur de sortie d'eau filtre

7 Sortie des eaux de lavage

8 Vanne de vidange

9 vacuation d'air

Filtre de grande hauteurhauteur de matriau entre 1,2 et 1,4 m niveau d'eau jusqu' 1,5 m permettant par exemple dgazage de l'eau niveau variable ou constant goulotte centrale mixte pour l'admission de l'eau filtrer et l'vacuation des eaux sales de lavage

Filtre conventionnelhauteur de matriau entre 0,8 et 1 m, niveau constant, goulotte latrale d'vacuation des eaux sales de lavage

Filtre double couchedeux couches de matriaux diffrents hauteur totale de matriau entre 1,2 et 1,4 m niveau constant goulotte latrale d'vacuation des eaux sales de lavage

Filtre balayage de surfaceanalogue au filtre grande hauteurbalayage de surface continu par courant d'eau en phase de lavage

Filtres sous pression mono ou bi-couches

enceinte ferme arrive d'eau sous pression particulirement adaptpour des petites et moyennes capacits

Le filtre sable purifie l'eau de trois manires diffrentes:1. Filtration pendant laquelle les particules sont spares de l'eau

traiter

2. Adsorption chimique pendant laquelle les contaminants collent la surface du sable et viennent grossir la taille de ce dernier

3. Assimilation par des micro-organismes arobiques qui se nourrissent des polluants de l'eau.

L'eau qui est purifie grce un filtre sable est gnralement prtraite au pralable.

Application de la filtration par sable: Prparation des eaux de refroidissement

Traitement deaux potable

Production deaux potable

Filtration des eaux de piscines ( filtre sable bi-flux)

Pr filtration pour les systmes membrane

Filtration des eaux de surface

Filtration continue

Le liquide n'est soumis aucune pression, et le filtre est conu de faon robuste, avec un minimum de pices en mouvement, assurant ainsi une dure de vie prolonge et un faible cot de maintenance.

Le liquide est filtr travers les parois priphriques du tambour, celui-ci tournant petite vitesse. Grce la structure particulire du filtre, les particules sont soigneusement spares du liquide. Les particules solides ainsi rcupres sont, aprs rinage, collectes dans un bac et vacues.

Pour de gros dbits, la filtration par disque est plus approprie. Les filtres tambours sont idals pour le recyclage de leau, et galement lorsque ceux-ci sont intgrs un systme de retraitement des eaux rsiduaires.

Filtres tambour:

Conus dans les systmes ou il est essentiel dviter la fragmentation des particules

Filtre disque :La technologie des disques est particulirement avantageuse lorsque qu'une grande surface de filtrage est ncessaire.

Grce la compacit leve des filtres, la surface filtrante est 2 3 fois suprieure celle d'un filtre tambour de mmes dimensions extrieures.

Par effet de gravit, l'eau coule travers les filtres depuis le centre du tambour. Les particules solides sont spares du liquide grce aux toiles micro filtrantes fixes sur les 2 faces des disques.

Lorsque le filtre est encrass, un cycle de nettoyage peut tre lanc, les particules solides tant ainsi vacue dans un bac.

La filtration par disque est idale pour le recyclage de l'eau et pour assurer la phase d'affinement lors du traitement des eaux rsiduaires.

Filtre cartouche:

Ce type de filtre est constitu d'une enveloppe sous pressioncontenant une ou plusieurs cartouches filtrantes destines retenir les impurets.

Les finesses de filtration sont variables, le plus souvent de 5 80 microns, selon la texture du matriau qui constitue la cartouche (papier pliss, feutre, fils bobins).

Les cartouches doivent tre remplaces rgulirement, en fonction de leur tat d'encrassement qui font augmenter la perte de charge.

Filtre charbon actif:

Le charbon actif a le pouvoir de retenir par adsorption (c'est--dire en concentrant sa surface les substances dissoutes) les molcules organiques qui donnent l'eau des odeurs et des saveurs dsagrables.

Utilis galement comme catalyseur, il permet d'liminer le chlore rsiduel et les chloramines.

Grce ces proprits, les filtres charbon sont utiliss pour dsodoriser l'eau et supprimer les traces et les gots de chlore.

Le charbon actif se prsente sous forme de poudre ou de grains : Sous forme de poudre, il est utilis dans des cartouches (filtres

cartouches ) . Sous forme de grains, il est utilis dans des filtres classiques

lavables (type filtre sable).

Lorsque la limite de capacit d'absorption est atteinte, la cartouche ou la masse de charbon actif doit tre remplace, sauf dans le cas de trs grosses installations industrielles o une rgnration la vapeur peut tre conomiquement envisageable.

Filtre de neutralisation:

La neutralisation permet d'ajuster le pH d'eau trop acide et, donc, souvent corrosive.

Ce type d'eau se rencontre dans les terrains acides.

Pour raliser cette neutralisation, l'eau percole dans un filtre contenant du calcaire d'origine marine et offrant une grande surface de contact ; le gaz carbonique est ainsi neutralis et l'eau atteint son pH d'quilibre.

Ce procd est aussi utilis pour neutraliser des eaux de rejet trop acides .

Dans ces filtres de neutralisation, on peut galement employer du marbre concass la place du calcaire marin.

Filtration membrane:La surface des filtres dtermine les performances et la capacit de filtration de la membrane. Les membranes spirales ont la plus grandes surfaces et sont en gnrales plus conomiques utiliser. Les surfaces des membranes tubulaires sont plus petites.

Installer une pr-filtration a les avantages suivants:

long vie

augmentation de la production de l'installation

entretien simplifi

Aprs la pr-filtration une dose de produits chimiques peut tre ajoute de manire prvenir l'apparition du calcaire et les problmes de prcipitation la surface des membranes.

Une membrane est constitue de:

pompe d'alimentation

les lments de la membrane assembls en chambre de pression.

Tuyaux

systme de nettoyage

Ultra Filtration:L' Ultra filtration est utilise pour enlever des particules flottantes, des collodes, bactries ou autres virus. Cette technique utilise des membranes entre 5 et 500 nm.

Il y a trois types de membranes

Membranes en spirale, les moins chres mais plus sensible la pollution

Membranes tubulaires / en forme de pailles, les membranes les plus utilise par leur rapport cot/efficacit, difficilement difficile polluer.

Membranes en cramique, plus chre mais extrmement rsistant aux pollutions lourdes.

On peut nettoyer le matriel de 3 faons diffrentes:

Nettoyage mcanique avec des balles ponge

Nettoyage grce des remous appliqus aux lments de la membrane

Nettoyage chimique

Nanofiltration

La technique de nanofiltration est principalement utilise pour enlever les ions tels que les mtaux lourds.

Cette technique peut tre peru comme une filtration membranaire de type osmose inverse et de pitre qualit.

En effet, la nanofiltration utilise des m