Traitement des eaux de refroidissement : Les dépôts minéraux et leurs traitements

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RÉSUMÉ

La gestion de l'activité traitement des eaux industrielles est souvent confiée à des techniciens ou ingénieurs qui sont plongés sans préparation dans un domaine où les risques sont multiples. Par ailleurs, il est communément accepté que le traitement des eaux de refroidissement fasse partie des activités sensibles pour chaque industriel car son impact économique positif ou négatif est largement supérieur à la dépense associée. La prudence doit donc gouverner les choix, la confiance faite au traiteur d'eau doit être justifiée. Cet article fournit les clefs d'une bonne étude et d'une saine gestion d'un circuit en abordant : la qualité de l'eau d'appoint et de son prétraitement, les caractéristiques des circuits de refroidissement, la description des problèmes rencontrés et les différentes solutions pour les résoudre, le choix d'une offre de traitement en insistant sur la qualité de l'expert local du traiteur d'eaux qui doit être un moteur de progrès.

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ABSTRACT

Cooling water treatment

The industrial resources water treatment management is often entrusted to technicians or engineers who are thrown, without any preparation, into a field where risks are numerous. This field is part of significant activity for each industrial as its economic impact - positive or negative - is far superior to the associated expenses. Caution must guide the choices trust in water treatment manager must be justified. This article provides the keys for a good study and a healthy management of circuit by treating: the quality of make-up water and of its pre-treatment, features of the cooling system, the description of problems already known and the different solutions to solve them thanks to the chemical additives or technologies which imply some investments, the choice of the treatment offer insisting on the quality of the local expert in water treatment who must be an inducement for progress.

Auteur(s)

Daniel BILLON-LANFRAY : Consultant

INTRODUCTION

Le traitement des eaux de refroidissement au carrefour de la chimie, de la biologie, de la physique a été profondément modifié au cours des dix dernières années par :

la réglementation sur le traitement de la légionelle ;
la réglementation Reach et la directive biocide n^o 528/2012 du 22 mai 2012 ;
l'obligation faite aux industriels d'optimiser leur consommation d'eau ;
le développement des techniques membranaires ;
la découverte de nouveaux inhibiteurs d'entartrages et de corrosion ;
la mise au point de technologies de gestion des traitements fiables, peu coûteuses et réactives.

Les années à venir verront se mettre en place dès 2015 de nouvelles réglementations sur les rejets de produits nocifs pour l'environnement auxquelles il conviendra de s'adapter.

Des solutions techniques basées sur la biologie sont en cours d'évaluation, elles pourraient remplacer des solutions de référence.

Les objectifs de ce document seront d'apporter au lecteur les bases scientifiques et le vocabulaire lui permettant :

de comprendre les causes des déséquilibres préjudiciables au rendement des installations de refroidissement et à leur pérennité ;
de connaître les solutions proposées qui mettent en œuvre des produits chimiques, des technologies d'ingénierie ;
de maîtriser un programme de suivi ;
d'être un partenaire critique et adulte des sociétés de traitement des eaux qui assurent la prestation du traitement des eaux de refroidissement.

Il sera évoqué le traitement des eaux d'appoint de surface ou de forage, mais aussi celui de l'eau de mer qui va connaître, dans le futur, un développement important.

Le traitement des eaux de refroidissement s'inscrit dans les cadres plus larges de la gestion des énergies, des économies d'eaux, du traitement des eaux résiduaires.

Hormis les aspects quantifiables propres aux traitements proposés, la proximité et la qualité du suivi réalisé influence le choix de la société qui assurera le traitement. Dans bien des cas, le choix dépend de la compétence de l'ingénieur local plus que de la taille de la société de traitement des eaux.

Le choix de la solution « traitement des eaux » ne peut être considéré que comme un compromis entre l'économie, la performance technique, la performance environnementale et la compétence de l'expert local. Il n'y a pas de solution unique, le bon choix est la solution sur-mesure qui saura hiérarchiser les objectifs adaptés à la stratégie de l'entreprise, à son environnement réglementaire, géographique et humain.

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MOTS-CLÉS

Traitement des eaux circuits de refroidissement chimie Agroalimentaire sidérurgie Corrosion biologie

KEYWORDS

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

Version courante de sept. 2019 par Daniel BILLON-LANFRAY

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-w9003

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Les corrosions et leurs traitements

7. Les dépôts minéraux et leurs traitements

L'entartrage est un dépôt qui se forme sur les surfaces d'échanges. En fonction des ions présents dans l'eau d'appoint (calcium, magnésium, sulfate, bicarbonate), de ceux pouvant être ajoutés par les traitements (phosphate), apportés par le procédé (oxalate, fluorure, baryum) ou bien issu de la corrosion (fer), nous observons des dépôts de carbonate de calcium, sulfate de calcium, sulfate de magnésium, phosphate tricalcique, phosphate de fer, hydroxyde ferrique, oxalate de calcium, fluorure de calcium ou sulfate de baryum (tableau 9).

Les solubilités de ces sels sont très faibles et varient souvent en fonction du pH et de la température en fonction de la loi d'action de masse et des équilibres des différentes espèces.

Le produit de solubilité (qui est un nombre sans dimension propre à chaque sel) permet de calculer la solubilité exprimée en poids/volume compte tenu de la masse moléculaire de chaque sel. Il est facile ensuite de déterminer à partir de quelle concentration en anion ou en cation, il y a précipitation et donc de fixer les limites à ne pas dépasser ou bien celles à partir desquelles un inhibiteur de précipitation sera nécessaire. L'inhibiteur de précipitation ne fait que retarder la précipitation, il décale la précipitation de 1 à 3 log du produit de solubilité.

Ces dépôts se caractérisent tous par une faible conductibilité thermique contribuant à une diminution des performances d'échanges thermiques du circuit de refroidissement.

Ces dépôts ne peuvent se former qu'à deux conditions :

que la limite de solubilité soit dépassée. Il y a sursaturation, c'est une information disponible dans la littérature ;
que la vitesse de déposition soit suffisamment rapide pour que le dépôt adhère sur une surface d'échange. C'est l'aspect cinétique, plus difficile à quantifier.

La plupart des sels voient leurs solubilités dans l'eau augmenter avec la température sauf pour ce qui concerne le carbonate de calcium et le sulfate de calcium, ce qui explique que ces dépôts se formeront sur les parois les plus chaudes et non au sein de l'eau plus froide.

Pour ces deux sels, la sursaturation peut être obtenue de deux manières :

augmentation de la concentration dans l'eau à température constante : c'est ce qui se produit naturellement dans un circuit de refroidissement semi-ouvert,...