Procédé et installation de reminéralisation d'une eau brute.
L'invention concerne le domaine du traitement des eaux. Plus précisément, l'invention concerne un procédé et une installation de traitement d'eau destinée à la consommation humaine, à un process industriel, à un usage agricole ou autre.
Dans ce domaine, il est souvent nécessaire d'effectuer un traitement de correction de l'agressivité ou de reminéralisation de l'eau, en particulier lorsque celle-ci présente un pH compris entre 2 et 9, une faible alcalinité et une faible concentration en calcium et/ou magnésium. Un tel traitement peut être effectué au début de la filière (pré- reminéralisation), en cours de filière (inter-reminéralisation) ou en fin de filière (remineralisation finale). Le traitement peut alors nécessiter une ou plusieurs de ces étapes en fonction de la qualité de l'eau brute.
Or, un défaut de reminéralisation des eaux peut entraîner soit une agressivité des eaux vis-à-vis des calcaires, des bétons et des ciments, soit une corrosivité des eaux vis-à-vis des métaux. Les ouvrages et équipements en relation avec le circuit d'eau peuvent alors être endommagés, voire détruits, et l'eau acquiert une turbidité et une coloration rouge, verte ou autre.
Pour éviter de telles conséquences, on procède classiquement à une reminéralisation partielle ou totale de l'eau brute pour la rendre moins voire non agressive vis-à-vis de tous les contenants en béton (réservoirs, pipes, conduites, bassins, etc...) et la rendre également moins corrosive vis-à-vis des métaux.
Le degré d'équilibre calco-carbonique d'une eau est généralement mesuré à partir de son indice de saturation qui se définit comme étant la différence entre le pH de l'eau et le pH qu'elle devrait avoir à alcalinité égale pour être à l'équilibre (pH de saturation).
Bien que la qualité des eaux brutes soit très variable, elles présentent souvent des valeurs d'indice de saturation comprises entre -2 et -3.
En procédant à une reminéralisation partielle, on parvient à porter l'indice de saturation à des valeurs comprises entre -0,3 et -0,5, tandis qu'après
reminéralisation totale, l'eau est ramenée à l'équilibre calco-carbonique (indice de saturation égal à 0).
Le but de ce type de traitement est donc d'amener l'indice de saturation à une valeur de 0 ou proche de 0. Traditionnellement, cette opération est réalisée en procédant à une injection de gaz carbonique et d'une base minérale comme la chaux, la soude, le carbonate de sodium ou le bicarbonate de soude. Le mélange des réactifs est effectué par le biais d'un mélangeur statique ou réalisé dans des cuves séparées (injection d'un réactif par cuve), ou encore dans une cuve unique dans laquelle les deux réactifs sont injectés en même temps.
Selon les techniques connues, l'opération de reminéralisation est effectuée sur la totalité du débit d'eau à traiter, telle qu'illustré par la figure 1.
Cette technique présente l'inconvénient de nécessiter des équipements lourds incluant notamment des volumes importants de cuves. L'expérience montre effectivement que les coûts engendrés par les équipements nécessaires alourdissent de façon substantielle le coût global de l'installation de traitement d'eau, ceci étant particulièrement vérifié pour les installations importantes qui exigent une maintenance et une exploitation lourde.
L'invention a notamment pour objectif de pallier cet inconvénient de l'état de la technique.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de proposer un procédé de reminéralisation d'une eau brute qui nécessite des ouvrages et des équipements moins volumineux qu'avec les techniques de l'art antérieur.
L'invention a également pour objectif de proposer un tel procédé qui permette de réaliser des économies substantielles par rapport aux coûts liés à l'installation, à l'exploitation et à la maintenance des solutions de l'art antérieur.
Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de reminéralisation d'une eau brute du type comprenant une étape d'injection de gaz carbonique et d'au moins une base minérale. Selon l'invention, le procédé comprend les étapes consistant à :
- séparer le débit Q d'eau brute en un débit Ql et un débit Q2 ;
- ne reminéraliséer que ledit débit Ql par injection de gaz carbonique et d'au moins une base minérale, la reminéralisation étant effectuée dans au moins une cuve de reminéralisation ;
- mélanger le débit Ql reminéralisé avec ledit débit Q2 non traité.
On obtient ainsi un procédé de reminéralisation dont la maintenance et l'exploitation sont simplifiées, tout en permettant de réaliser des économies notables sur le coût des équipements et accessoires (pompes, vannes, clapets, tubes, etc.).
En outre, la comparaison entre une reminéralisation sur tout le débit et sur une partie seulement du débit selon l'invention fait apparaître des gains importants de volume et de surfaces d'ouvrage. On notera que l'on connaissait dans l'art antérieur, selon EP520826 une technique selon laquelle un by-pass est utilisé pour l'injection des réactifs servant à l'étape de reminéralisation. Toutefois, dans un telle technique, la reminéralisation proprement dite a lieu dans une cuve accueillant le débit total d'eau à traiter et non, conformément à la présente invention seulement une partie de celui-ci.
Selon une première solution avantageuse, ladite base minérale comprend de la chaux injectée sous forme de lait de chaux.
Selon une autre solution avantageuse, ladite base minérale comprend de la chaux injectée sous forme d'eau de chaux. Dans ce cas ladite injection d'eau de chaux est réalisée à l'aide d'un saturateur à chaux.
On parvient ainsi, à l'aide du saturateur à chaux, à obtenir un ajustement assez précis de l'alcalinité finale souhaitée.
D'autres bases minérales pourront bien sûr être utilisées dans d'autres modes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention.
Selon une solution préférentielle, ladite injection de gaz carbonique est réalisée soit à partir des évents d'une tour de dégazage d'une eau chargée en gaz carbonique soit à partir du produit pur.
Avantageusement, ledit débit Qj est compris entre 5 et 95 % du débit Q. En procédant ainsi à une reminéralisation sur une partie seulement du débit d'eau brute, on parvient à atteindre les qualités finales souhaitées en matière d'alcalinité et de concentration en calcium, l'indice de saturation correspondant se situant entre - 0,5 et + 0,1.
Selon une solution particulièrement avantageuse, ledit débit Qx est inférieur audit débit Q2.
Dans le cas où le débit traité par addition de réactifs est inférieur à 50% du débit d'eau brute, on obtient effectivement des gains économiques substantiels.
Préférentiellement, ledit débit Qj représente environ 30 % du débit Q. On notera dans ce cas particulier qu'il est possible de mettre en œuvre des ouvrages trois fois moins volumineux que ceux utilisés dans les techniques classiques de reminéralisation totale. Bien entendu, d'autres modes de réalisation modifiant la fraction du débit traité peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. Selon une variante avantageuse, le procédé comprend au moins une étape de traitement complémentaire (clarification ; oxydation, affinage) en amont et/ou en aval de ladite étape de traitement dudit débit Q,.
En fonction de la qualité de l'eau brute et selon qu'une reminéralisation partielle ou totale est souhaitée, on pourra procéder effectivement à une injection finale de réactifs (chaux, soude, carbonate de soude) sur le débit total après mélange des débits partiels Qj et Q2
L'invention concerne également toute installation pour la reminéralisation d'une eau comprenant au moins une canalisation principale d'amenée d'eau et des moyens d'injection de gaz carbonique et d'au moins une base minérale, caractérisée en ce qu'elle inclut au moins une canalisation de
dérivation d'une partie du débit d'eau provenant de la canalisation principale, au moins une cuve de reminéralisation prévue sur ladite canalisation de dérivation, lesdits moyens d'injection étant prévus au niveau de ladite canalisation de dérivation et/ou au niveau de ladite cuve de reminéralisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 illustre de façon schématique un procédé de reminéralisation selon l'état de l'art antérieur ;
- la figure 2 illustre de façon schématique une installation de reminéralisation par traitement de seulement une fraction du débit d'eau brute selon l'invention.
Tel que représenté de façon schématique par la figure 1, le procédé de reminéralisation selon l'état de la technique traite, par injection de gaz carbonique et de chaux (ou d'un autre réactif), la totalité du débit Q d'eau à reminéraliser.
Selon l'invention telle que représentée par la figure 2, le débit Q d'eau à reminéraliser est séparé en deux débits Q! et Q2. Le débit Qj t correspondant selon le présent mode de réalisation à 30% du débit Q subit un traitement poussé de reminéralisation par injection de gaz carbonique et par addition de réactifs appropriés, en l'occurrence de l'eau de chaux, l'injection de cette dernière étant réalisée à l'aide d'un saturateur à chaux.
Un autre mode de réalisation pourrait consister à injecter la chaux sous forme de lait de chaux.
L'injection de gaz carbonique est réalisée à partir des évents d'une tour de dégazage (non représentée) d'une eau chargée en gaz carbonique. Dans d'autres modes de réalisation, l'injection de gaz carbonique pourra être effectuée à partir de produit pur.
Selon la figure 2, le mode de réalisation d'une installation pour la reminéralisation d'une eau selon la présente invention montre une canalisation principale d'amenée d'eau 1 et des moyens d'injection 2,3 de CO2 et de chaux . Cette installation présente également une canalisation de dérivation 4 d'une partie du débit d'eau provenant de la canalisation principale 1, et une cuve de reminéralisation 5 prévue sur ladite canalisation de dérivation 4. Conformément à la présente invention, les moyens d'injection 2,3 sont prévus au niveau de la cuve de reminéralisation 5. La partie du débit d'eau reminéralisée dans la cuve 5 est ensuite retournée dans la canalisation principale 1. L'installation comprend également des moyens d'injection 6 de chaux sur la canalisation principale 1 après retour de la partie du débit reminéralisé dans la cuve 4 dans celle-ci.
Comme cela apparaît clairement sur la figure 2, le débit Q2 forme un by- pass de l'étape de traitement subie par le débit Q,.
A l'issue de l'étape de traitement du débit Q,, les débits Q! et Q2 sont mélangés formant ainsi un débit Q d'eau reminéralisée.
Selon le présent mode de réalisation préférentiel de l'invention, le débit Q d'eau reminéralisée peut subir une étape complémentaire de traitement par addition de chaux, en fonction de la qualité finale d'eau souhaitée.
Les avantages du procédé selon l'invention vont maintenant être mis en évidence par le comparatif d'un procédé de reminéralisation totale selon l'état de la technique et d'un procédé de reminéralisation de seulement une fraction du débit d'eau brute selon l'invention.
Ce comparatif est conduit avec une eau brute présentant les caractéristiques suivantes : - débit : 1000 mVh ;
- température : 20° C ;
- pH : 6,5 ;
- CO2 libre : 6,72 ;
- alcalinité : 10 mg/1 CaCO3 ; - calcium : 2 mg/1.
Après traitement dans le cadre d'un procédé de reminéralisation du débit total d'eau brute, celle-ci présente les caractéristiques suivantes :
- débit : 1000m3/h ;
- pH : 7,87 ; - pH de saturation: 7,87 ;
- indice de saturation : 0 ;
- CO2 libre : 2,71 mg/1 ;
- alcalinité : 104 mg/1 CaCO3 ;
- calcium : 39,9 mg/1 Au cours du procédé de reminéralisation du débit total d'eau brute, le gaz carbonique est injecté à raison de 76 g/m3 et la chaux 69,56 g/m3, le saturateur à chaux nécessaire à la mise en œuvre de ce procédé présentant les caractéristiques suivantes :
- vitesse au miroir : 6m/h ; - surface unitaire : 1000 / 6 = 166,6 m2 ;
- volume de la cuve de réaction : 1000 x 10/60 = 166,6 m3 (pour un temps de contact de 10 mn).
Dans le cadre maintenant du procédé selon l'invention, au cours duquel seuls 30% du débit d'eau à reminéraliser sont traités, le traitement est réalisé par injection de gaz carbonique à raison de 222 g/m3 et de Ca(OH2) à raison de
192,4 g/m3. La fraction du débit traité présente les caractéristiques suivantes :
- débit : 300 m3/h ;
- pH : 7,06 ;
- pH de saturation : 7,06 ; - indice de saturation : 0 ;
- CO2 libre : 42,73 mg/1 ;
- alcalinité : 270 mg 1 CaCO3 ;
- calcium : 106 mg/1.
Le saturateur mis en œuvre pour obtenir ce résultat présente les caractéristiques suivantes :
vitesse au miroir : 6m/h ; surface unitaire : 300 / 6 = 50 m2 ;
- volume de la cuve de réaction : 300 x 10/60 = 50 m3 (pour un temps de contact de 10 mn). Après mélange du débit d'eau traité et du débit d'eau non traité, l'eau présente les caractéristiques suivantes :
- débit : 1000 m3/h ;
- pH : 6,99 ;
- pH de saturation : 8,01 ; - indice de saturation : -1,02 ;
- CO2 libre : 17,52 mg/1 ;
- alcalinité : 88 mg/1 CaCO3 ;
- calcium : 33,2 mg/1.
Après une étape finale consistant à procéder à une addition de chaux à raison de 12,4 g/m3, l'eau présente, en sortie du procédé selon l'invention, les caractéristiques suivantes :
- débit : 1000 m3 h ;
- pH : 7,86 ;
- pH de saturation : 7,86 ; - indice de saturation : 0 ;
- CO2 libre : 2,77 mg/1 ;
- alcalinité : 104,8 mg/1 CaCO3 ;
- calcium : 39,92 mg/1.
On remarque donc que, pour une qualité d'eau reminéralisée présentant en sortie de traitement des caractéristiques quasi identiques, le saturateur à chaux mis en œuvre dans le cadre du procédé selon l'invention nécessite une surface unitaire plus de trois fois plus petite que celle du saturateur à chaux mis en œuvre dans le cadre du procédé de reminéralisation du débit total d'eau brute.
Ce comparatif démontre donc que le procédé selon l'invention permet d'obtenir des économies substantielles au niveau des investissements totaux (équipements et accessoires) liés à une installation de traitement d'eau.
D'autres modes de réalisation utilisant le principe du procédé de reminéralisation de seulement une fraction du débit d'eau brute qui vient d'être décrit sont bien entendu envisageables sans sortir du cadre de l'invention.