L?eau est sans aucun doute le fluide le plus présent au sein des procédés industriels. Cette eau doit être traitée pour être débarrassée de ses impuretés et adaptée aux besoins et aux exigences de chaque production.
Dans ou autour du process de fabrication, l’eau est partout indispensable dans l'industrie. Il faut par exemple 2,28 litres pour produire 1 kWh d'électricité, 570 litres pour rincer une puce électronique, 35,000 litres environ pour construire une automobile ou 17,000 litres pour fabriquer une tonne d’acier. Dans de nombreux secteurs de l'industrie, l'eau de process doit posséder des propriétés particulières pour garantir la qualité du produit fabriqué. Elle doit donc être traitée, d’où l’importance d’optimiser sa gestion pour réduire les coûts de production.
Selon l'utilisation retenue, eau de nettoyage, eau de constitution, eau de chaudière, il est
Indispensable de bien choisir le procédé appliqué pour que l'eau produite soit adaptée aux besoins.
Adapter l’eau aux besoins
Les besoins en terme de qualité sont très différents d'une industrie à l'autre. Ainsi, sur son site de Girassol, Total utilise de l'eau de mer pour extraire son pétrole. Le système d'injection d’eau nécessaire à ce travail nécessite une eau exempte des sulfates contenus dans l'eau de mer. Il faut donc la traiter. Pour ceci, Veolia Eau a mis en œuvre une installation de nanofiltration qui supprime cet élément tout en laissant les chlorures passer à travers le filtre pour maintenir la stabilité de l'argile du réservoir.
Autre problématique pour SCCC (Société de coulée continue de cuivre). L’entreprise, qui produit 290 000 tonnes de fil de cuivre chaque année, est située dans un milieu sensible. Elle s’est engagée voici quelques années dans un programme de gestion de l'eau pour lequel elle a investi 3,8 M€, aidée à 60 % par l'Agence de l'eau Seine-Normandie. L’eau prélevée dans la nappe est déminéralisée par osmose inverse. L'installation, réalisée par Hytec Industrie, alimente ensuite les tours de refroidissement et compense les pertes sur les rinçages de la ligne de décapage. Les rinçages sont traités sur un évaporateur de type CMV (compression mécanique de vapeur). Le distillat est ensuite retourné vers les rinçages. Le concentrat est traité par électrolyse, ce qui permet la récupération de 80 tonnes par an de cuivre.
Des besoins en eau de différentes qualités peuvent aussi apparaître sur un même site. Ainsi, une même entreprise peut avoir besoin en même temps d'eau ultrapure pour son laboratoire, d’eau déminéralisée, d’eau pour ses chaudières et d’eau alimentaire. Elle devra pour cela diversifier ses moyens de traitement pour que ceux-ci soient adaptés à ses différents besoins. Ainsi, dans la nouvelle usine chinoise de Michelin, à Bao Shan, Veolia Eau a conçu et construit les installations en eau de process qu’elle exploite. La nouvelle canalisation d'eau d'alimentation du site fournit jusqu’à 100 m³/h et alimente une installation d’eau filtrée capable de traiter jusqu’à 1 000 m³/j. Cette installation est complétée par trois unités de traitements, une pour produire 31 m³/j d’eau déminéralisée, la seconde pour l'eau d'appoint de la tour de refroidissement (20 m³/j) et la troisième pour fabriquer 40 l/j d'eau ultrapure pour le laboratoire.
Spécialisé dans le domaine des eaux de process depuis de nombreuses années, Permo propose également toute une gamme de technologies capables de répondre à la quasi-totalité des besoins d'un site industriel. Le Septron Line de Permo met par exemple en œuvre un procédé d’électro-déionisation pour produire une eau ultrapure conforme aux normes de l'USP 25, de la pharmacopée européenne et de la norme ISO 3696. Cet équipement est destiné aux industriels dont les process exigent l'utilisation d'une eau ultrapure qui ne contienne aucune substance minérale ni organique. Parmi ceux-ci, l'industrie horlogère, l'industrie optique, l'industrie de transformation des métaux, les laboratoires cosmétiques, pharmaceutiques et chimiques. Permo propose également de nouvelles unités d’osmose inverse, Permo Profil IQ, qui garantissent la production d’une eau parfaitement épurée tout en supprimant les installations de prétraitement antitartre.
Pour délivrer une eau de qualité microbiologique parfaite (abattement > 6 log), les membranes d'ultrafiltration Aquasource sont utilisées dans les boucles de circulation du réseau, par exemple sur les sites de recherche pharmaceutiques. Aquasource dispose d'une large gamme d’unités compactes et autonomes produisant de 0,5 à 150 m³/h, qui répondent efficacement aux besoins des industriels.
Pour produire l'eau de process, l'industriel dispose de diverses techniques à mettre en œuvre, allant du prétraitement au traitement de finition, selon la qualité d'eau recherchée.
Veolia Water STI propose le procédé Actiflo™, qui permet d’abattre efficacement et rapidement la DCO, les matières en suspension et matières organiques de l'eau brute provenant de forage, de rivière, de nappe ou de mer. Actiflo™ exploite la technologie de décantation à flocs lestés par
microsable, qui assure une vitesse de décantation très élevée (50 à 100 mètres par heure) et un temps de séjour très court. Actiflo™ est ainsi idéal pour prétraiter l'eau avant une étape d'ultrafiltration suivie d'une osmose inverse par exemple. Ce procédé permet également de recycler les effluents industriels. Il est également possible de mettre en œuvre un traitement biologique couplé avec des membranes (proposé par Degrémont, Fairtec, Hytec Industrie, Rittmeyer-OWV, Tami Industries) lorsqu’il y a un manque de place – jusqu’à la déminéralisation partielle par filtration sur média filtrant – par exemple le Macrolite de Kinetico qui élimine le fer, le manganèse, l’arsenic, ou encore les MES jusqu’à 5 μm – ou jusqu’à la déminéralisation totale de l'eau par la technique des résines échangeuses d'ions, une qualité nécessaire aux applications de process et d'utilités dans les industries de la cosmétique, de la pharmacie, de l'agro-alimentaire, du traitement de surface ou encore pour l'eau des chaudières.
Soucieux de répondre à tous les besoins en eau déminéralisée (cosmétique, chaudière, chimie, micro-électronique, pharmacie, biotechnologies, …), Veolia Water STI propose, en plus de la fourniture de solutions technologiques et d’installations clé-en-main, un service baptisé Aquadem™. Réactif et local, ce service de déminéralisation de l'eau apporte aux industriels l’échange standard de cylindres de déminéralisation, conditionnés avec des résines échangeuses d’ions fraîchement régénérées par les centres agréés garantissant l'homogénéité et la traçabilité des résines. Service complet incluant formation, audit, conseil, Aquadem™ propose aussi SOS Eau Purifiée™, service de dépannage d'urgence en eau purifiée grâce à des installations mobiles, livrées et mises en route en moins de 24 heures, et ce à partir d'un simple appel à la Hotline Déminéralisation. Aquadem™ permet de produire une eau de process de 1 à 18 MΩ.cm pour des débits allant de 1 à 80 m³/heure.
Il est parfois nécessaire d’empiler plusieurs traitements pour atteindre les objectifs dictés par le process. Les systèmes membranaires, utilisés seuls ou associés à des membranes d’osmose inverse et d’électro-déionisation, permettent également de traiter à des coûts compétitifs aussi bien des eaux de forage, de rivières que des effluents secondaires. Pall propose ainsi la gamme Pall Aria™, une solution de traitement à moins de 0,10 €/m³. Quel que soit le niveau de charge de l'eau traitée, cette technique membranaire à seuil de filtration de 0,1 μm ou de 0,01 μm permet d’obtenir l'élimination totale des matières en suspension, une turbidité inférieure à 0,1 NTU et une rétention de germes et de microorganismes. Rittmeyer-OWV maîtrise également l'intégralité des technologies actuellement mises en œuvre en traitement des eaux de process : ultrafiltration, osmose inverse, techniques membranaires… Cette société est ainsi capable de fournir des solutions clés en mains sous la forme de skids ou de containers pour répondre à des besoins d’eau ultrapure ou de dessalement par exemple.
Cependant, certaines industries ont des besoins spécifiques complémentaires comme l'agro-alimentaire, la cosmétique ou la pharmacie qui doivent conjuguer en plus des contraintes de suivi et de qualité strictes. Prenons l'exemple de l'industrie alimentaire. Elle a de grands besoins d’eau pour plusieurs types d'utilisations, dont une partie doit avoir une qualité sanitaire irréprochable puisqu’elle entre dans la constitution et la fabrication des aliments.
IAA : une qualité alimentaire irréprochable
Dans ce secteur, l'eau est le premier ingrédient alimentaire présent au cœur de l’aliment. Il faut donc qu’elle soit sûre et fiable. Parmi les menaces les plus concrètes, il y a les problématiques microbiennes, notamment Legionella, listeria, Cryptosporidium, Giardia…, mais aussi sanitaire (ESB, fièvre aphteuse) et les pollutions chimiques comme les résidus de produits phytosanitaires, les nitrates, les dioxines… Cette
qualité doit aussi être constante dans le temps et fournie sur mesure en fonction des spécifications du produit fabriqué.
Ainsi, l’eau de constitution (qui entre dans la composition de l’aliment) diffère de l’eau de process qui doit aussi avoir une qualité alimentaire irréprochable puisqu’elle rentre en contact avec l’aliment, les équipements ou ses composants, sans toutefois entrer dans sa composition. Cette eau est utilisée pour le rinçage des contenants, le lavage des installations et des denrées entrant dans la fabrication et pour le convoyage des denrées alimentaires.
Ces dernières années, les acteurs de la filière alimentaire ont dû faire face à des contraintes réglementaires de plus en plus strictes particulièrement axées sur la sécurité sanitaire et l’hygiène. A ceci s’ajoutent les contraintes liées à la maîtrise des coûts de production et à la performance industrielle. RER, société spécialisée dans la construction de bactéricides UVc, traitement et désinfectant sans adjonction de produits chimiques, réalise de nombreuses applications en IAA avec ses gammes FZI ou FTA (bactéricide avec lampe basse pression à amalgame). Pour les fromageries et en collaboration avec les principaux syndicats professionnels, la société RER a réalisé de nombreuses applications telles que le traitement de l’eau de lavage de cuves ou de process ou encore l’eau de saumure afin de supprimer le Pseudomonas ou encore le mucor responsable des taches orangées présentes sur le fromage ou encore « le poil de chat ».
Pour produire une eau désinfectée, Wedeco a développé le procédé Skid OCS. Cette eau sert notamment pour le rinçage des bouteilles et des bouchons, pour le nettoyage de réacteurs et de surfaces alimentaires, ou encore pour l’embouteillage de l’eau de table.
L’industrie des boissons a besoin d’une eau de grande qualité pour sa production. Veolia Water a mis au point un système intégré conçu spécifiquement pour ce marché et basé sur l’osmose inverse. Cette technique est légale pour la fabrication des bières et boissons non alcoolisées gazeuses ou non, ainsi que pour l’eau de table. Dénommé Pur’Bev, le système produit une eau conforme aux normes de sécurité alimentaire. Il se décline en cinq modèles et gère toutes les phases nécessaires à la production d’eau purifiée : prétraitement, osmose inverse et désinfection (de type UV, Ozone et chloration) pour des débits compris entre 10 et 60 m³/h. Son automate de commande contrôle toutes les étapes. Cette technique se comporte comme une véritable barrière à toutes les substances indésirables : micro-organismes, substances dangereuses, précurseurs des mauvais goûts et des odeurs et la plupart des sels dissous. En alimentaire, le haut pouvoir séparatif et filtrant des membranes semi-perméables est intéressant. Il élimine selon la taille des pores, les particules de matières organiques, micro-organismes. Et lorsqu’ils sont complétés par des procédés faisant appel à des effets de pression, fonctionnant sous un champ électrique comme l’électrodialyse ou la désionisation continue de type CEDI, ils permettent la production d’eau totalement sécurisée.
Cela fait longtemps qu’on en parle, mais aujourd'hui, le zéro rejet devient réalité et les industriels sont de plus en plus nombreux à travailler pour atteindre cet objectif.
L’industrie vers le zéro rejet
Il faut pour cela mettre en œuvre des procédés de traitement des effluents aptes à
Eaux de process : des solutions à définir au cas par cas
Qu'il s'agisse de concevoir des médicaments ou d'élaborer des puces électroniques, la quasi-totalité des industries ont besoin d’une eau dont les caractéristiques sont propres à chaque application. Voici quelques solutions qui permettent d’élaborer une eau adaptée à un process donné tout en tenant compte des contraintes d’investissement et d’exploitation.
Les eaux de process sont obtenues en retirant un ou plusieurs éléments présents dans l'eau. Afin d'obtenir la qualité d'eau de process souhaitée à partir d'une qualité d'eau donnée, plusieurs technologies de traitement peuvent être nécessaires. Ondeo Industrial Solutions a développé une gamme complète de technologies allant du simple filtre à sable aux applications destinées à l'industrie pharmaceutique et microélectronique. À titre d’exemple, Ondeo IS a développé l'UCM (Unité Compacte Membranaire), qui permet, par la mise en œuvre sur un même skid d'une unité d'ultrafiltration et d'osmose inverse, de disposer d'une solution optimisée répondant aux différents types d'eau à traiter.
- - La filtration sur média : la filtration sur sable, la filtration sur charbon actif
- - La filtration membranaire : la microfiltration, l’ultrafiltration, la nanofiltration, l'osmose inverse
- - L’échange d’ions : l'adoucissement, la décarbonatation, la déminéralisation sur résine
L'obtention d'une eau purifiée nécessite une parfaite maîtrise de toutes les chaînes de traitement, en particulier des étapes de prétraitement (physico-chimique, membranes) qui sont déterminantes pour la bonne performance des installations de purification de l'eau.
Unité de traitement d'eau mobile
Une solution, pour pallier une défaillance de production d'eau, consiste à installer une unité de traitement mobile sur camion. Plusieurs technologies sont disponibles pour couvrir un large spectre de qualité et de quantité d'eau. Les principales technologies employées sont l'osmose inverse et la déminéralisation sur résine. Par exemple lors des périodes de démarrage de chaudière, une élimination de la limaille de fer est nécessaire. Celle-ci se réalise soit par air, par gaz ou par vapeur. Dans le cas de la vapeur, pour en produire en quantité suffisante, la future installation de déminéralisation pour l'eau d'appoint doit tourner à plein régime et l'eau déminéralisée doit être stockée dans de grands volumes pour produire le débit de vapeur instantané nécessaire au flushing. Cette opération demande énormément de temps (remplissage de la cuve) et une grosse capacité de stockage. Afin de réduire ces périodes critiques de mise en route, l'installation d'une unité mobile permet d'alimenter en continu la production de vapeur et donc de réduire considérablement le planning de mise en route.
Réhabilitation d'installation de traitement d'eau
Avant de changer une installation existante, la réhabilitation de celle-ci doit être étudiée. Cette solution peut être économiquement plus intéressante qu'une nouvelle installation. Ce cas se retrouve particulièrement sur les anciennes installations de déminéralisation. Le savoir-faire lié à ces installations a été conservé et exploité de façon à réhabiliter des installations de plus d'une trentaine d'années. Ce savoir est valorisé par une amélioration des performances des installations à réhabiliter et ce pour tout type de système, membranes ou échange d'ions. Cette amélioration des performances est en partie liée à l'expertise sur les membranes ou résines que Ondeo IS qualifie, grâce à un travail de partenariat avec les fournisseurs triés sur le volet pour être le plus en adéquation avec la qualité d'eau entrante et les spécifications en sortie.
Assistance technique
Comme pour tout process industriel, la conservation voire l'amélioration de la qualité d'eau nécessite un équilibre entre plusieurs composantes. Dois-je investir dans une nouvelle installation ou réhabiliter l'existante ? Est-ce qu'une quantité supérieure de produits chimiques (séquestrant, conditionnement) permettrait de pallier une installation ne répondant plus tout à fait à la qualité que je souhaite ou même d'améliorer celle-ci ? Combien dois-je budgéter dans la maintenance afin de rentabiliser au mieux mon investissement ? Voici certaines des questions qu'un directeur de site, un responsable utilité ou un responsable de production se posent fréquemment. Pour y répondre, il faut une expertise sur chacun de ces sujets à savoir : investissement, réhabilitation, maintenance, exploitation, produits de conditionnement. Afin de mieux répondre à ces besoins, Ondeo IS apporte à travers des audits et de nombreuses expériences dans chacun de ces domaines, des réponses adaptées avec le souci de la performance et du respect des budgets.
Serge Kimbel
Ondeo Industrial Solutions
Produire une eau pouvant être réutilisée dans le process
Ainsi, pour les finitions de surface mécano-chimiques (décapage à l’acide par exemple), USF Walther Trowal propose un traitement permettant d’atteindre le zéro rejet. L’option retenue est basée sur une technique de floculation qui élimine les MES et les métaux dissous. Pour pouvoir recycler l'eau, il est nécessaire de compléter cette opération par une centrifugation pour séparer les flocs. Dans ce cas, l'additif de traitement est récupéré en grande partie.
Chez Satma à Goncelin (38) où l’entreprise fabrique de la bande anodisée et des condensateurs par traitement chimique et électronique de feuille d’aluminium. Elle rejetait environ 700 kg chaque jour de produits très polluants. Un investissement de 3,05 M€ permet maintenant de recycler la totalité des bains usés (équipements mis en œuvre : échangeurs d'ions, évaporateurs sous vide, unité d’échange liquide-liquide).
Même approche chez Steelcase Strafor, un fabricant de meubles peints par poudrage. H2O a installé un Vacudest 800 DE pour traiter les rejets liquides en vue du zéro rejet. Sur le tunnel de préparation de surface, les rinçages sont réalisés à l'aide de 2 étapes par eau déminéralisée, suivies d'une étape par eau déminéralisée recyclée et une rampe finale en eau déminéralisée neuve. Tous les effluents sont recueillis dans une cuve et neutralisés. Ils sont ensuite repris en continu dans l’évaporateur qui travaille en compression mécanique de vapeur. Les condensats sont ensuite réinjectés dans la structure de déminéralisation.
Plusieurs traiteurs parmi lesquels Ondeo Industrial Solutions, Hytec Industrie, Orélis Novasep, Biome, Fairtec, Actibio, Tecnofil ou Proserpol sont à même de proposer une réduction des déchets liquides et le recyclage des eaux traitées, impliquant la réduction des coûts de destruction et la mise en « rejet zéro ». C’est aussi le cas de la société Vivlo qui propose des systèmes de traitement modulaires tels que des évaporateurs.
sous vide (PAC/CMV/TC) ou des systèmes de traitement par physico-chimique sur skid. Vivlo, spécialisé dans la réduction de déchets industriels liquides, conçoit, fabrique et installe des systèmes permettant le recyclage des eaux traitées dans le process, générant des économies et réduisant les rejets polluants. Des solutions de recyclage complet sont maintenant envisageables à des prix parfois plus attractifs que les solutions conventionnelles.
Orelis Novasep propose également une vaste palette de procédés pour des applications très diverses, notamment dans l'industrie automobile et la mécanique, comme le recyclage des bains de dégraissage ou encore le recyclage de l'eau déminéralisée de rinçage après cataphorèse.
Dans ce dernier cas, le procédé retenu, un module d’ultrafiltration Pléiade®, sépare en deux fractions l'eau de rinçage :
- un rétentat de faible volume composé des pigments de peinture suffisamment concentrés pour être recyclés dans le bain de cataphorèse ;
- un ultrafiltrat composé essentiellement d'eau, exempt de peinture, qui remplace l'apport d'eau déminéralisée.
Sur ce type d’application, le retour sur investissement est inférieur à 1 an.
TIA s'appuie de son côté sur les procédés membranaires qui permettent une valorisation de certains effluents de l'agro-alimentaire ou de l'industrie, ou une réduction du volume des déchets : séparation de phases d'émulsion eaux/huiles, concentration d'huile, recyclage de bains de dégraissage, récupération d'encre, traitements des fluides de coupe, traitement d'effluents de laiterie...
Quant à SIVA, elle est spécialisée dans l'étude et la fabrication de systèmes de filtration tangentielle équipés de membranes céramiques. SIVA dispose d'une large gamme de membranes pour répondre à la grande diversité des besoins et applications de filtration. Qu’il s'agisse d’objectifs de clarification, d’extraction, de concentration, de purification, la taille des équipements que SIVA conçoit est adaptée aux besoins : de la petite échelle pour le travail laboratoire, à la grande pour le traitement de volumes industriels importants. Ces équipements peuvent être prévus en version manuelle ou automatique en fonction du cahier des charges, de l’environnement et des conditions de travail du site de production du client.
Biome développe un savoir-faire important dans le domaine des traitements biologiques, physico-chimiques et thermiques des eaux industrielles.
Le bioréacteur à membranes céramiques Membralox®, né du partenariat Nantaise des Eaux ‑ Pall Exekia, permet également le recyclage de tout ou partie des fluides de procédés, tout comme les bioréacteurs à membranes d'Orélis et les bioréacteurs à membranes Inside CéRAM® nés du partenariat entre Ovive, Degrémont et Tami Industries, dotés d'une filtration sur membranes céramiques à l'extérieur du bioréacteur.
