traitement des eaux d'appoint

Temps de lecture :

A la section les eaux de chaudières, on trouve des exemples de qualité exigée sur les eaux d’alimentation de chaudière (extrait du projet Normes européennes). Pour satisfaire ces exigences, un traitement d’eau d’appoint est presque toujours nécessaire et, suivant la qualité de l’eau brute, commence souvent par une clarification fil­tration permettant de délivrer une eau de qualité physique compatible avec les traitements sur résine et/ou membrane indispensable pour assurer la qualité chimique nécessaire. Par ailleurs, les chapitres mise en oeuvre des échangeurs d'ions et séparation par membranes ont décrit les principales technologies utilisées, mettant en œuvre échange d’ions et/ou membranes, voire élec­trodésionisateur, éléments incontournables des traitements d’eaux d’appoint.

postes de décarbonatation et d’adoucissement des chaudières basses et moyenne pression

Le traitement minimum est généralement un traitement d’adoucissement, de façon à obtenir un TH aussi voisin que possible de zéro.

Aux basses pressions, on utilise l’adoucissement simple tandis qu’aux pressions intermédiaires, décarbo­natation, désiliciage éventuel et adoucissement sont combinés selon différentes méthodes. Les principales sont :

  • la décarbonatation à la chaux, à froid, avec désiliciage facultatif par le chlorure ou l’oxyde de magné­sium ou l’aluminate, suivie d’adoucissement (voir élimination de la dureté (calcium et magnésium)) ;
  • la décarbonatation à la chaux avec désiliciage à la magnésie, à chaud (95 à 110 °C), suivie d’adoucisse­ment (très peu utilisée aujourd’hui) ;
  • la décarbonatation sur échangeur de cations carboxylique (voir schémas classiques de mise en œuvre) suivie d’adoucissement et comportant l’élimination physique du CO2 par strippage (beaucoup moins coûteuse que sa fixation sur résine anionique forte).

Pour permettre de choisir entre ces divers systèmes, le tableau 1 présente les résultatsqu’on peut attendre de chacun d’eux.

Après ces traitements, il est souhaitable de procéder à une élimination physique (dégazage) ou chimique de l’oxygène et à un conditionnement.

Les figures 1 et 2 donnent des exemples d’installation.

Décarbonatation adoucissement lit stratifié carboxylique-sulfoniqueImage sécurisée
Figure 1. Décarbonatation et adoucissement combinés sur lit stratifié carboxylique-sulfonique
Décarbonatation chaux adoucissement résineImage sécurisée
Figure 2. Décarbonatation à la chaux et adoucissement sur résine
procédés décarbonatation adoucissementImage sécurisée
Tableau 1. Résultats à attendre des procédés de décarbonatation et d’adoucissement

chaînes de déminéralisation totale (chaudière moyenne et haute pression)

Lorsque les procédés précédents ne donnent pas une qualité suffisante, il faut recourir à la déminéralisa­tion totale des eaux d’appoint par échange d’ions et/ou osmose inverse.

Suivant la composition de l’eau d’appoint, la pression et le type de chaudière, on est conduit à adopter l’une des filières du tableau 2.

Si, avec les valeurs minimales du TAC, le rapport :

Formule : Traitement des eaux d'appoint - valeurs minimales TAC

requis n’est pas atteint, il faut apporter les correc­tions nécessaires pour rétablir un rapport convenable entre la silice et l’alcalinité dans l’eau de la chaudière.

Toutes ces valeurs sont données à titre indicatif. Elles peuvent être hors de portée quand on part d’eaux très minéralisées, polluées ou ayant subi un prétraitement insuffisant.

Le schéma de la figure 3 montre une installation comportant un échangeur de cations fortement acide et un échangeur d’anions fortement basique avec éliminateur de CO2. C’est le schéma le plus simple pour une chaîne de déminéralisation.

Pour l’alimentation de chaudières HP, une installation type de déminéralisation totale peut inclure :

  • un prétraitement : clarification ou décarbonatation suivie de filtration ;
  • une chaîne primaire d’échangeurs d’ions comprenant obligatoirement :
    • soit un cation fort ( CF ) et un anion fort ( AF ), etéventuellement un cation faible ( Cf ) et un anion faible ( Af ), avec souvent une élimination du CO2 entre échangeurs cationique et anionique ;
    • soit une osmose inverse à simple ou double passe.

Une telle chaîne doit délivrer une eau à plus de 50 KΩ·cm de résistivité ne comportant ni turbidité (< 0,1 NTU), ni matières organiques (TOC < 0,5 mg · L–1) :

  • une chaîne secondaire comportant soit un CF et un AF, soit un lit mélangé (LM), soit un seul cation de finition, soit une électrodésionisation (voir séparation par membranes),

À ce stade, une eau avec une résistivité meilleure que 5 MΩ/cm sera obtenue.

  • un conditionnement chimique.
installations déminéralisation totaleImage sécurisée
Tableau 2. Performances des installations de déminéralisation totale
déminéralisation primaireImage sécurisée
Figure 3. Schéma de déminéralisation primaire
CPCU  Saint-Ouen - chauffage urbainImage sécurisée
Photo 2. CPCU (Compagnie parisienne de chauffage urbain) – Saint-Ouen (Seine-Saint- Denis) – Débit 13 800 m3 · j–1

Le schéma de la figure 4 représente une chaîne de déminéralisation totale pour centrale nucléaire com­portant une chaîne primaire cation-anion régénérée à contre-courant et un LM de finition.

Un autre exemple de traitement faisant appel à des technologies plus avancées est illustré par la figure 5. On notera que, mis à part le sel de régénération de l’adoucisseur, les autres postes ne font plus appel qu’à des procédés physiques comportant donc des rejets salins minimaux dans l’environnement.

déminéralisation chaîne primaire lits mélangésImage sécurisée
Figure 4. Schéma de déminéralisation avec chaîne primaire et lits mélangés de finition
production eau déminéralisée technologies membranairesImage sécurisée
Figure 5. Schéma de production d’eau déminéralisée par « technologies membranaires »

postes de dégazage

Pour l’élimination de l’oxygène de l’eau d’appoint, le dégazage peut être réalisé soit par voie physique en mettant en œuvre des dégazeurs sous vide, des dégazeurs thermiques (voir strippeurs à l'air ou au gaz, éliminateurs de CO2 et dégazeurs thermiques), ou des mem­branes de dégazage (voir procédés de perméation), soit par voie chimique en utilisant des réducteurs d’oxygène (en général en finition) ou des résines catalytiques (voir principaux types d'échangeurs d'ions).

L’élimination du gaz carbonique est toujours réalisée par voie physique (stripping à l’air).

Les dégazeurs thermiques (ou strippeur à la vapeur) sont les plus répandus ; en général, leur température de fonctionnement varie de 105 °C à 140 °C et la capacité des bâches est calculée pour 15 à 60 min de stoc­kage au débit nominal.

Les condensats exempts d’oxygène sont envoyés directement dans la bâche de stockage tandis que les condensats pollués par O2 doivent être dégazés avec l’eau d’appoint (figure 6).

poste dégazage thermique garnissageImage sécurisée
Figure 6. Schéma standard d’un poste de dégazage thermique, type à garnissage