Les Eaux Industrielles

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3. LES EAUX INDUSTRIELLES

Figure 15. Tours de refroidissement d'une centrale nuclaire.

3.1. UTILISATIONS DE L'EAU ET QUALITS RECHERCHESLes qualits ncessaires dans l'industrie sont varies et correspondent des emplois de valeur ajoute ingale. Si les petites et moyennes entreprises peuvent souvent se satisfaire d'eau potable ou d'un forage, la taille et la situation des grandes usines les conduisent utiliser des sources moins coteuses pouvant aller jusqu' l'eau de mer.De plus, l'importance croissante des besoins justifie le recyclage de ces eaux et la varit des fonctions de l'eau conduit souvent des recommandations de qualit.

3.1.1. Utilisations lmentaires de l'eau

L'eau peut tre destine (figure 16) : une seule utilisation :- en circuit ouvert ou en appoint direct,- en recyclage, avec ou sans altration; deux utilisations diffrentessuccessives :- rutilisation.

3.1.2. Recyclage sans altration de l'eau

Ce recyclage consiste employer indfiniment une mm eau dans une mm utilisation non polluante. L'appoint compense des pertes diverses sous forme liquide (fuites, entranements, primage) ou sous forme vapeur lorsque, cas frquent, il y a vaporation.Normalement, il ne se produit pas d'altration sensible de l'eau par apport d'ions trangers, solubilisation de gaz ou dispersion de matires organiques ou minrales lors de l'utilisation. Seuls les sels initiaux se trouvent concentrs par vaporation et accumuls.Les deux exemples usuels de ce recyclage propre sont le refroidissement avec rfrigrant atmosphrique, appel "circuit semi-ouvert" et l'utilisation en chaudire avec retour de condensats (voir page 49 et page 59).

Le taux de recyclage peut tre lev et l'accroissement de concentration des diffrents sels dissous par l'vaporation ncessitera l'puration pralable des sels les moins solubles de l'eau d'appoint et une purge de dconcentration de l'eau du circuitL'estimation du taux de concentration C dans de tels recyclages est fondamentale et repose sur le rapport de la quantit d'eau apporte ou appoint A la quantit d'eau limine sous forme liquide ou dconcentration D.

Si E reprsente l'vaporation, en premire approximation, le taux de concentration peut s'exprimer par le rapport des salinits de l'eau du circuit S et de l'eau d'appoint s

On utilise aussi le taux de recyclage R ou rapport du dbit de circulation sur le dbit d'eau d'appoint.Dans un circuit de refroidissement semiouvert, C peut varier de 1 6 voire 10. Ce taux est mesurable pratiquement partir du rapport de la concentration en chlorure dans un tel circuit celle de l'appoint, car il n'y a pas d'apport extrieur de chlorures. Dans une chaudire, C est beaucoup plus lev (100, par exemple dans une PWR).

3.1.3. Recyclage avec altration de l'eauIl s'agit toujours du remploi d'une eau dans une utilisation polluante qui entrane l'introduction de comp oss trangers l'eau d'appoint Cette utilisation peut treconjointe un refroidissement:- lavage de gaz avec prsence d'HCl (incinration d'ordures mnagres),- lavage de gaz avec prsence de S02 (fumes de chaudires),- lavage de gaz avec prsence de HF, HCN (gaz de hauts fourneaux, etc.),- dcalaminage d'acier et arrosage de laminoirs avec entranement d'huiles et de battitures,- granulation (ou prilling) d'engrais azots, avec solubilisation d'azote ammoniacal,- transport de laitier et extinction de coke, avec solubilisation de composs du soufre.

sans fonction de refroidissement- rinages en galvanoplastie avec introduction plus massive de sels solubles,- lavage de gaz dans l'industrie des phosphates,- transport de matires premires avec introduction de matires en suspension et aussi de sels (lavoirs divers, hydromtallurgie).Le taux de concentration en sels n'est plus d la seule vaporation et devient en pratique souvent difficile mesurer si des chlorures sont introduits de l'extrieur. De plus, par condensation d'humidit, il peut y avoir un apport difficile apprcier d'eau d'appoint (lavage de gaz humides).Le taux de recyclage R permet alors seul d'estimer le degr d'utilisation de l'eau d'appoint Suivant l'importance de la pollution apporte au systme, celle-ci doit tre dconcentre par un poste d'puration plac sur le circuit ou en drivation (cf. figure 16).Si la pollution est considrable (cas des eaux de lavage de gaz), la salinit et les impurets de l'eau d'appoint deviennent un paramtre secondaire et cette dernire ne requiert plus d'puration primaire. Le problme rsoudre s'apparente beaucoup plus celui des effluents industriels recycls (cf. sous-chapitre 5).Si la pollution est faible (cas extrme des boucles d'eau ultra-pure), les impurets de l'eau d'appoint justifient un traitement trs important de celle-ci, le traitement en ligne du circuit devient quantitativement mais non qualitativement mineur.

3.1.4. Rutilisation d'eauLe recyclage peut ne pas tre un moyen d'conomie d'eau suffisant face des disponibilits trop rares. La rutilisation d'eau est un autre moyen qui consiste employer l'eau successivement deux fonctions diffrentes, avec ventuellement une phase intermdiaire de reprise ou de traitement.La seconde utilisation est souvent moins "noble" que la premire et alors un traitement intermdiaire peut devenir inutile. Par exemple, la purge d'un circuit semi-ouvert de gaz d'acirie oxygne peut alimenter directement le circuit de lavage de gaz de hauts fourneaux

Tableau 3. Principales utilisations industrielles de l'eau et sources d'eau possibles.

3.1.5. Choix des sources d'eauIndpendamment de l'aspect conomique, les critres de ce choix quand il est possible, sont les suivants :- compatibilit de l'eau avec ses utilisations: quilibre calcocarbonique, duret, temprature et, en cas de concentration, teneurs en S02, SiO2, Ca2+, Cl-,- compatibilit de l'eau avec certains types de traitements envisags (membranes, changeurs d'ions).

Le tableau 3 propose un choix des sources d'eau disponibles en fonction de leur utilisation. Il faut faire attention aux paramtres qu'il sera difficile de corriger par une puration intermdiaire simple (Couleur, M.O., HPA, S04, etc.).L'eau de mer peut tre utilise sans rduction de salinit dans les deux applications suivantes- refroidissement de condenseurs,- rcupration secondaire "offshore". Elle ncessite un traitement de dessalement dans les autres cas.

3.2. LES EAUX DE CHAUDIRES3.2.1. Cycle de l'eau dans une chaufferieQuel que soit le type de chaudire considr, on peut schmatiser trs simplement le cycle de l'eau de la manire suivante (figure 17)L'appareil reoit de l'eau d'alimentation qui est constitue par une proportion variable d'eau condense rcupre, dite "eau de retour" et d'eau neuve, plus ou moins pure, dite "eau d'appoint".La vapeur, qui s'chappe de la zone de vaporisation, contient frquemment des vsicules liquides (primage), des gaz (en particulier le gaz carbonique). Aux pressions leves, elle vhicule ds sels volatiliss par un vritable "entranement la vapeur", tels que de la silice et, aux trs hautes tempratures, des chlorures.L'eau reste sous forme liquide la partie infrieure de la chaudire se charge de toutes les substances que contenait l'eau qui a t vaporise ( l'exception de celles qui ont t entranes dans la vapeur).La dconcentration ncessaire est appele "purge" ou "extraction" par envoi l'egot d'une fraction de l'eau de la chaudire.

Si une chaudire est en rgime continu, et si, pour simplifier, on admet que la salinit entrane dans la vapeur est ngligeable, l'quilibre stable des concentrations est atteint lorsque la masse de sels vacue par les extractions l'gout est gale la masse de sels amene par l'eau d'appoint (puisque l'eau condense est suppose pure). On a donc l'quilibre

A X s = D X SA : dbit d'eau d'appoint de concentration s ;D : dbit des extractions ou purge;S : concentration en chaudire.

Si la vapeur est entirement perdue, et si la capacit du poste de traitement est exprime, non en production d'eau d'appoint mais en production de tonnes T de vapeur, on ne doit pas oublier que A = T + D et le facteur de concentration s'exprime alors par

En pratique, le pourcentage admissible de purges dans une installation est limit par des considrations conomiques d'exploitation et d'investissement. On tend rduire ce taux des valeurs de plus en plus faibles.

3.2.2. Cas des gnrateurs nuclaires et des chaudires circulation forceCertains gnrateurs utiliss dans les centrales nuclaires ne comportent pas de ballon, ni de possibilits d'extraction, de telle sorte que toutes les impurets dissoutes dans l'eau d'alimentation se retrouvent sur les surfaces de vaporisation ou dans la vapeur. Le mode de calcul ci-dessus est donc inapplicable, et on doit limiter imprativement d'une faon gnrale les substances trangres l'eau aux limites que l'on peut tolrer dans la vapeur.Il en est de mme de toutes les chaudires classiques de la catgorie circulation force ou de chaudires de l'industrie chimique dites "chaudires de rcupration" qui sont caractrises par l'absence de ballon et par une dconcentration en purge continue.

3.2.3. Inconvnients provoqus par les impurets de l'eauLes accidents que l'eau peut provoquer dans une chaudire ou dans une turbine sont:

. Les incrustations dues au dpt sur les parois de la chaudire de prcipits cristallins, qui, gnant la transmission de la chaleur, provoquent des surchauffes locales et sont l'origine des "coups de feu". Elles sont d'autant plus dangereuses qu'elles sont moins conductrices. Les grandeurs relatives de leur conductibilit thermique sont les suivantes- acier 15 kcal/m2.h par degr C- CaSO4 1 2 kcal/ m2.h par degr C- CaCO3 0,5 1 kcal/ m2.h par degr C- SiO2 0,2 0,5 kcal/ m2.h par degr CCes incrustations sont dues principalement la prsence dans l'eau de sels de calcium (carbonates ou sulfates) moins solubles chaud qu' froid, ou une trop forte concentration en silice par rapport l'alcalinit de l'eau dans