3. PROCEDES DE TRAITEMENT ADAPTES AUX EFFLUENTS SALINS
3.3. P ROCEDES THERMIQUES
3.3.2. Humidification-déshumidification
L’humidification-déshumidification est un procédé d’évaporation à pression atmosphérique qui met en œuvre des unités entièrement plastique divisées en deux compartiments, l'un pour l'évaporation et l'autre pour la condensation.
Ce procédé est commercialisé aux Etats Unis par Altela Inc et au Canada par SaltWorks avec le procédé SaltMakerTM. Ce dernier permettrait d’aller jusqu’à la cristallisation des sels. En France, TMW a développé la technologie brevetée MHD (multi humidification-déshumidification) sous le nom EcostillTM. Ce procédé est présenté ci-après.
3.3.2.1. Principe
Le procédé MHD s’inspire du cycle naturel de l’eau. La Figure 24 permet de présenter le principe de fonctionnement du procédé. L’effluent à traiter est préchauffé à 75°C au contact de l’air chaud dans le condenseur sans apport d’énergie extérieure. Une chaudière en tête de colonne augmente ensuite la température de l’effluent de 10°C avant son entrée dans l’évaporateur. L’effluent est alors réparti sur le garnissage qui optimise la surface de contact entre l'air et l'eau. L'air injecté via un ventilateur en bas de la colonne circule à contre-courant de l’effluent. Celui-ci va alors se réchauffer et se charger à 100%
en humidité. L'eau contenue dans l'air humide saturé se condense alors sur les parois des échangeurs en apportant la chaleur nécessaire au préchauffage de l’effluent avant son entrée dans la chaudière (partie condenseur).
L’effluent non évaporé est recirculé dans l’unité jusqu’à atteindre le taux de concentration désiré.
L’extraction du concentrat permet de régler ce taux de concentration conformément au seuil défini par TMW au niveau des essais laboratoire.
R & D /
Figure 24 : Principe de fonctionnement de l’évaporation par humidification-déshumidification [111]
3.3.2.2. Domaines d’application et mise en œuvre
TMW se positionne sur des gammes de débits allants de 1 à 100 m3/j avec des modules de capacité unitaire de 2 à 18 m3/j. A ce jour, la plus importante unité en service traite 18 m3/j.
La technologie peut être appliquée sur tous types d’effluents ne présentant pas ou peu de composés volatils. TMW a aujourd’hui installé une vingtaine d’unités. Le secteur du traitement de surface (bains de traitement, huiles solubles, bains de rinçage) est bien représenté dans ces retours d’expérience. Les lixiviats, concentrats membranaires, effluents de la chimie ou du monde pétrolier sont le cœur de cible de la technologie.
La limite de concentration de l’effluent correspond au seuil de cristallisation des composés présents. Le domaine d’application à considérer pour la salinité s’établit entre 0 et 180 g/L. Le procédé n’est cependant pas concurrentiel pour des effluents peu chargés (en sels ou organiques) qui peuvent être traités par filtration membranaire.
La technologie est peu exigeante en terme de prétraitement, une filtration (filtre poche, filtre à déroulement de média) est nécessaire pour prévenir le colmatage des modules. Des prétraitements spécifiques peuvent être mis en œuvre en fonction de la qualité de l’effluent à traiter et en particulier en présence d’huile.
Compte tenu des matériaux mis en œuvre, entièrement en plastique, le procédé est particulièrement résistant à la corrosion et ne nécessite généralement pas de neutralisation en entrée.
Illustration d’un retour d’expérience : usine de production de résine epoxy
TMW a étudié la faisabilité de traiter les effluents d’une usine de production de résine epoxy générant 200 m3/j d’un flux salé à 210 g/L.
Des essais laboratoire ont été réalisés par TMW pour évaluer la faisabilité de traiter ces effluents. Les résultats sont présentés ci-après.
Tableau 18 : Résultats des essais laboratoire de traitement d’effluent de résine epoxy par MHD Effluent brut Distillat
pH 10 6,4
Conductivité (µS/cm) 180 000 < 15 Chlorures (mg/L) 110 000
Non mesuré Sodium (mg/L) 68 000
Sulfates (mg/L) 180 Calcium (mg/L) < 10
DCO (mg/L) 23 200 1 400
Le facteur de concentration volumique mesuré est de 1,7 avec un rendement de 94% sur la DCO et 99,9% sur la salinité.
TMW recommande la réalisation d’essais pilote pour confirmer ces résultats sur site avec les conditions climatiques réelles.
Le traitement de ces effluents nécessiterait 6 unités EcostillTM 18000. Les unités Ecostill sont « plug and play » ce qui leur permet d’être facilement adaptables dans l’usine. Les modules nécessiteront un raccordement au réseau électrique, à la tuyauterie d’arrivée de l’effluent, de sortie du distillat et du concentrat, une dalle en béton et les cuves de stockage.
Les unités Ecostill 18000 sont livrées dans des containers et occupent une surface de 50 m2/unité.
Chaque unité est équipée de 9 modules d’évaporation élémentaire, un filtre à déroulement de papier, des doseurs de réactifs (coagulant, rinçage, chloration, antimoussant, etc), un conductimètre en sortie du distillat, etc. Un automate gère le pilotage des unités qui peuvent être suivies à distance.
Le facteur de concentration attendu est estimé entre 1,5 et 2 en fonction de la salinité de l’effluent.
Le distillat obtenu est traité en station d’épuration et la saumure concentrée à 350 g/L (limite de solubilité) est envoyée dans un bassin d’évaporation solaire. Le chlorure de sodium est produit à hauteur de 30 m3/j.
Avant l’installation, des essais doivent être réalisés in situ à l’aide de pilotes pour valider les performances en conditions réelles et établir le dimensionnement définitif. Les risques d’encrassement des unités seront également évalués.
Les coûts d’investissement et de maintenance sont présentés ci-après [112]:
Tableau 19 : Coûts d’investissement et de fonctionnement du procédé MHD appliqué au traitement d’effluent de résine epoxy
Prix Remarques
Investissement 2 890 K€ 6 unités Ecostill 18000 Maintenance 144 K€/an Hors coût de main d’œuvre
Les prix indiqués sont calculés au départ de l’usine française. Les taxes d’importation ne sont pas incluses. Les équipements proposés sont aux normes européennes
3.3.2.3. Performances [112]
Le procédé d’évaporation ne permet pas de condenser l’intégralité de l’eau, des pertes de l’ordre de 5 à 15% sont constatées. Ces pertes peuvent être supprimées en ajoutant une PAC qui permet de récupérer les calories de l’air chaud réduisant ainsi les consommations d’énergie.
L’eau traitée est de très bonne qualité, comme tous les procédés d’évaporation, ce qui permet sa réutilisation.
3.3.2.4. Données économiques [112]
La consommation énergétique de ce procédé est de l’ordre de 140 kWh/m3 d’effluent entrant pouvant être abaissée à 50 kWh/m3 d’effluent avec une PAC. Celle-ci se justifie économiquement pour des débits supérieurs à 6 ou 8 m3/j. Ce procédé est énergétiquement très intéressant en présence de chaleur fatale, sur des sites produisant du biogaz par exemple, qui peut être utilisée pour alimenter la chaudière.
Un module Ecostill 18000 d’une capacité de 16 à 18 m3 d’effluent/j, selon le facteur de concentration atteignable et les conditions météorologiques, présente un coût d’investissement de 480 K€ environ. Le budget annuel de maintenance préventive s’élève à environ 5,5% du montant de l’investissement global.
Ces données sont indicatives, les coûts sont évalués au cas par cas en fonction de la qualité de l’effluent à traiter.
3.3.2.5. Synthèse
Humidification - Déshumidification Points clés
Technologie développée à l’échelle industrielle. TMW affiche une vingtaine de références.
Possibilité de traiter des effluents concentrés.
Applicable pour des gammes de débits allant de 1 à 100 m3/j.
Maturité TRL 8-9
Prétraitement Filtration et prétraitement spécifique si nécessaire.
Produits chimiques Antitartre, antibactérien ou autre en fonction des besoins. Quatre pompes doseuses sont prévues à cet effet pour chaque unité.
Impact environnemental
Potentielle émission de composés volatils, selon la qualité de l’effluent à traiter et en l’absence de la PAC.
Avantages
Procédé modulable.
Très bonne qualité d’eau traitée comme tous les procédés d’évaporation.
Fonctionne à pression atmosphérique.
Procédé robuste nécessitant peu de maintenance (absence de compresseur de vapeur par exemple).
Possibilité d’utiliser de la chaleur fatale.
Les matériaux plastiques réduisent les coûts d’investissement et éliminent les risques de corrosion.
Faibles nuisances sonores.
Inconvénients et facteurs limitants
Consommation énergétique élevée par rapport à des procédés membranaires.
Perte d’eau et potentiellement de polluants volatils au cours du process en absence de PAC.
Limité aux débits à traiter < 100 m3/j pour le procédé EcostillTM de TMW.
Fournisseurs TMW (France), Altela, Inc (Etats Unis), Saltworks (Canada)