réutilisation d'eaux résiduaires comme sources d'eau d'appoint

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Dans les zones arides du globe, les industriels sont de plus en plus invités, voire contraints, à limiter, ou même à éviter tout prélèvement d’eau douce dans le milieu naturel. Il leur faut donc réutiliser des eaux rési­duaires le plus souvent urbaines (voir ex. Pemex industrie du pétrole) mais qui peuvent aussi provenir d’eaux résiduaires d’autres industries. Ceci est particulièrement le cas des nouvelles centrales de cogénération qui ont souvent un gros client industriel pour leurs produits (vapeur et électricité), lequel peut en retour leur fournir ses eaux résiduaires industrielles plus ou moins traitées comme ressource en eau.

Un exemple typique est celui de Gregory Power Partners (Corpus Christi, Texas) où une cogénération a été implantée dont le principal client est une aluminerie. Ladite aluminerie rejette des condensats peu salés mais avec des teneurs variables et élevées en matières organiques : TOC environ 30 mg · L–1, pointe à 60 qu’il faut éliminer jusqu’à niveau de 0,5ppm pour satisfaire les demandes en eau d’appoint de la centrale. Les condensats risquant d’être souvent insuffisants en quantité, l’eau de la rivière San Patricio apporte les compléments nécessaires pour délivrer 384 m3 · h–1 aux circuits de refroidissement et jusqu’à 830 m3 · h–1 en appoint aux chaudières de la centrale.

Les tableaux 15 et 16 précisent les analyses prévues ; en fait, le COT des deux sources de condensat (« digesteurs » de bauxite et évaporateurs), une fois stabilisé, s’est révélé être, pendant plus de 98 % du temps, en dessous de 25 et 45ppm respectivement.

La centrale thermique alimentée en gaz naturel de la Northern California Power Association, située à Lodi en Californie, est un exemple de la réutilisation des eaux urbaines. L’usine a une capacité de 300 MW et se situe près de l’installation WPCF (White Slough Water Pollution Control Facility, installation de lutte contre la pollution de l'eau), Photo 20. L’usine a besoin de 1 800 gallons par minute (2,6 millions de gallons par jour) d’eau clarifiée.

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Photo 20. Installation de lutte contre la pollution de l’eau de White Slough et centrale thermique de Lodi

Le débit annuel de l’installation de White Slough s’élève à 6,3 millions de gallons par jour (capacité nominale de 8,5 millions de gallons par jour). Le système de traitement des eaux résiduaires installé au niveau de la centrale thermique de Lodi produit 1 800 gallons par minute (2,6 millions de gallons par jour) d’eau clarifiée, à partir des effluents provenant de l’installation de White Slough. L’eau clarifiée est ensuite déminéralisée : le débit nécessaire pour alimenter la chaudière est de 90 gallons par minute, et le débit nécessaire pour système de refroidissement par évaporation de la centrale peut aller jusqu’à 200 gallons par minute. La centrale de Lodi traite également environ 200 gpm de purges provenant de la tour de refroidissement, qui sont ensuite réutilisées en tête du procédé de traitement des eaux ou traitées par un système d’injection en puits profond. La centrale de Lodi dispose également d’une filière de traitement de finition des condensats capable de traiter 1 310 gallons par minute de condensats.

Les paramètres de conception relatifs à l’eau entrante pour la centrale de Lodi (photo 21) sont présentés dans le tableau 28. De la chaux et du carbonate de sodium sont ajoutés au cours du procédé de clarification afin d’éliminer le calcium et le magnésium par formation de carbonate de calcium et d'hydroxyde de magnésium, respectivement. La silice est éliminée par adsorption grâce à l’adjonction d’oxyde de magnésium. Un polymère est ajouté comme floculent et de l’acide sulfurique est ajouré pour réguler le pH. Le Densadeg est visible sur la Photo 22. Les garanties applicables concernant l’eau clarifiée sont indiquées dans le tableau 29. Toutes les garanties relatives aux effluents ont été respectées au cours des tests de performance.

Centrale thermique LodiImage sécurisée
Photo 21. Centrale thermique de Lodi
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Photo 22. Les décanteurs à contact de boues Densadeg permettent de réduire les teneurs en calcium, en magnésium et en silice ainsi que la turbidité des effluents municipaux traités
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Tableau 28. Caractéristiques du flux entrant
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Tableau 29. Caractéristiques de l’eau clarifiée

Pour le système de déminéralisation de la centrale de Lodi, deux (2) trains d’ultrafiltration, photo 23, et des filtres à cartouche destinés au procédé d’ OI ont été installés avant deux (2) trains d’ OI et deux (2) trains d’électroionisation. Le système d’ OI était nécessaire pour obtenir une élimination des particules ≥ 3 microns et protéger ainsi le système d'injection en puits profond. La filière de traitement de finition des condensats est composée de pompes d’alimentation, de procédés de finition des condensats à lits mixtes et d’un système de remplissage et de stockage de la résine.

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Photo 23. Les membranes d’ultrafiltration suivent le procédé d’adoucissement physico-chimique et d’élimination de la silice, comme pré-traitement avant le traitement par OI et d’échange d’ions, afin de produire de l’eau ultra-pure dans la centrale thermique de Lodi.
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Tableau 30. Garanties de traitement

La figure 38 donne le schéma de traitement retenu (vérifié sur pilote) puis construit et en fonctionnement continu depuis l’année 2000.

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Figure 38. Centrale de cogénération : exemple de Gregory Powers Partners (Corpus Christi, Texas)

Il comporte :

  • un traitement biologique utilisant un Biofor,
  • l'eau rejetée par le Biofor est clarifiée par deux Densadeg

Un système de polishing-déminéralisation est prévu pour traiter, a portion of the clarified effluent comme le montre la figure 38. Celui-ci comporte :

  • une filtration dual-media sur filtre Greenleaf ;
  • une filtration charbon actif granulé (protégée contre le risque de biofouling par un nettoyage régulier à la vapeur vive (une fois tous les 1 ou 2 mois) ;
  • une filtration complémentaire sur filtre bicouche assurant l’élimination des fines de charbon et l’obten­tion d’un SDI compatible avec l’osmose inverse ;
  • une osmose inverse puis des lits mélangés complètent l’élimination du COT et TDS reduction.
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Figure 39. Valeur moyenne de la réduction de COT observée sur le pilote

On notera qu’après 18 mois d’opération, il a été décidé de « by-passer » the GAC filtration en exploitation qui, vue la quasi absence de pointe de COT se révélaient inutiles.

La photo 24 montre une partie du traitement : Biofor – filtre Greenleaf – filtre multimédia.

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Photo 24. Gregory – Cogénération (Corpus Christi, Texas)