utilisations de l'eau et qualités recherchées

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L’industrie recouvre une gamme d’utilisations extrêmement variables, tant en quantité qu’en qualité.

Par ailleurs, les exigences croissantes en matière de protection des ressources et de l’environnement (normes de rejet, taxes…) se conjuguent pour imposer aux industriels une gestion toujours plus rigoureuse de leur eau qui implique de plus en plus souvent des utilisations en cascade et/ou des systèmes de recyclage, soit internes à un atelier, soit au niveau de tout un site industriel. Ceci explique les très grandes variations des prélèvements d’eau notés d’un site à l’autre.

utilisations élémentaires de l’eau

L’eau peut être destinée (figure 11) :

à une seule utilisation :
- en circuit ouvert ou en appoint direct ;
- en recyclage, avec ou sans altération ;

à deux utilisations différentes successives ou réutilisation ou encore utilisation en cascades.

recyclage sans altération de l’eau

Ce recyclage consiste à employer un grand nombre de fois une même eau dans une même utilisation peu polluante. L’appoint compense les pertes diverses sous forme liquide (fuites, entraînements, eau des boues…) ou sous forme vapeur lorsque, cas fréquent, il y a évaporation. Normalement, il ne se produit pas d’altération sensible de l’eau par apport d’ions étrangers, solubilisation de gaz ou dissolution de matières organiques ou minérales lors de l’utilisation. Seuls les sels initiaux se trouvent concentrés par évaporation.

Les deux exemples usuels de ce recyclage propre sont le refroidissement avec réfrigérant atmosphérique, dit en « circuit semi-ouvert » (voir circuits de refroidissement), et les eaux de chaudière avec retour de condensats.

Le taux de recyclage(R) : rapport du débit de circulation Q sur le débit d’eau d’appoint A, peut être élevé et de ce fait l’accroissement de concentration des différents sels dissous du fait de l’évaporation être important ; ce qui nécessite l’élimination préalable des sels les moins solubles de l’eau d’appoint et une purge de déconcentration de l’eau du circuit.

L’estimation et le maintien du taux de concentration C sont cruciaux et doivent être faits en ajustant le débit de déconcentration ou de purge D.

Comme le montre la figure 12, on peut calculer C à partir du bilan sel en mesurant S et s ou en le calculant à partir du débit :

le bilan eau donne A = E + D ;
le bilan sels donne As = DS.

Soit :

A = débit eau appoint ;

D = débit de déconcentration (volontaire ou par fuite) ;

Q = débit du circuit ;

E = débit d’évaporation ;

S = salinité du circuit et s celle de l’appoint.

Dans un circuit de refroidissement semi-ouvert, C peut varier de 1 à 6 voire 10. Quand il n’y a pas d’apport extérieur de chlorures, dans une chaudière, par exemple, C est beaucoup plus élevé (100 environ dans une centrale PWR).

recyclage avec altération de l’eau

Il s’agit toujours du réemploi d’une eau dans une utilisation polluante qui entraîne l’introduction de composés étrangers à l’eau d’appoint. Cette utilisation peut être :

conjointe à un refroidissement :
- lavage de gaz avec présence d’HCℓ (incinération d’ordures ménagères) ;
- lavage de gaz avec présence de SO₂(fumées de chaudières) ;
- lavage de gaz avec présence de HF, HCN (gaz de hauts fourneaux…) ;
- décalaminage d’acier et arrosage de laminoirs avec entraînement d’huiles et de battitures;
- granulation d’engrais azotés, avec solubilisation d’azote ammoniacal ;
- transport de laitier et extinction de coke, avec solubilisation de composés du soufre ;

sans fonction de refroidissement :
- rinçages en galvanoplastie avec introduction de sels solubles ;
- lavage de gaz dans l’industrie des phosphates ;
- transport de matières premières avec introduction de matières en suspension et aussi de sels (lavoirs divers, hydrométallurgie).

Le taux de concentration en sels n’est plus dû à la seule évaporation et devient en pratique souvent difficile à mesurer si des chlorures sont introduits de l’extérieur. De plus, par condensation d’humidité, il peut y avoir un apport difficile à apprécier d’eau d’appoint (lavage de gaz humides).

Le taux de recyclage R permet alors seul d’estimer le degré d’utilisation de l’eau d’appoint.

Suivant l’importance de la pollution apportée au système, celle-ci doit être déconcentrée par un poste d’épuration placé sur le circuit ou en dérivation (figure 11).

Si la pollution est considérable (cas des eaux de lavage de gaz), la salinité et les impuretés de l’eau d’appoint deviennent un paramètre secondaire et par conséquent cette dernière ne requiert plus d’épuration primaire. Le problème à résoudre s’apparente alors beaucoup plus à celui des effluents industriels recyclés.

Si la pollution est faible (cas extrême des boucles d’eau ultrapure), les impuretés de l’eau d’appoint justifient un traitement très important de celle-ci, le traitement en ligne du circuit devient quantitativement mais non qualitativement mineur.

réutilisation d’eau ou utilisation en cascade

Le recyclage peut ne pas être un moyen d’économie d’eau suffisant face à des disponibilités trop rares. La réutilisation d’eau est un autre moyen qui consiste à employer l’eau successivement à deux fonctions différentes, avec éventuellement une phase intermédiaire de reprise ou de traitement.

La seconde utilisation est souvent moins « noble » que la première et alors un traitement intermédiaire peut devenir inutile. Par exemple, la purge d’un circuit semi-ouvert de gaz d’aciérie à oxygène peut alimenter directement le circuit de lavage de gaz de hauts fourneaux (figure 13) :

Dans les pays arides on utilise de même de plus en plus fréquemment des eaux résiduaires urbaines plus ou moins traitées comme eau d’appoint industrielle.

choix des sources d’eau

Indépendamment de l’aspect économique, les critères de ce choix quand il est possible, sont les suivants :

compatibilité de l’eau avec ses utilisations : équilibre calcocarbonique, dureté totale, température et, en cas de concentration, teneurs en SO₄^2–, SiO₂, Ca²⁺, Cℓ^–… ;
compatibilité de l’eau avec certains types de traitements envisagés (membranes, échangeurs d’ions).

Le tableau 14 propose un choix des sources d’eau disponibles en fonction de leur utilisation.

L’eau de mer peut être utilisée sans réduction de salinité dans les deux applications suivantes :

refroidissement de condenseurs ;
récupération secondaire « offshore ».

Elle nécessite un traitement de dessalement dans les autres cas.

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