SEREP
Dans un grand nombre d’opérations industrielles et plus particulièrement dans le domaine du traitement de surfaces, il est nécessaire, que ce soit en cours de fabrication ou au stade de la finition, d'effectuer un dégraissage des pièces à traiter. Pour ce faire, il existe un certain nombre de machines à laver, soit par immersion (ou trempé), soit par aspersion, permettant d’effectuer automatiquement et en continu ce travail. Ces machines mettent en œuvre un fluide de nettoyage qui, généralement, est recyclé jusqu’à saturation et perte d'efficacité, ceci pour des raisons principalement d'économie et de diminution de la pollution (nous reviendrons sur ces points).
Nous nous intéresserons, dans le cadre des technologies séparatives, plus particulièrement aux fluides non miscibles aux huiles : eau chaude et eaux additionnées de tensio-actifs (lessives).
Les émulsions que nous rencontrons sont constituées de fines gouttelettes d’huiles dont la grosseur varie en fonction du procédé de nettoyage (aspersion ou trempé), et qui ont une densité en rapport avec celle des huiles polluant la surface des pièces à nettoyer, généralement inférieure à 1. Ces propriétés leur confèrent une force ascensionnelle qui permettra la récupération et la séparation gravitaire d'un grand nombre d’entre elles, dans un milieu approprié.
La loi de Stokes régit cette vitesse ascensionnelle ; elle s’exprime par la formule :
V = (2/9)(ae − ah)d² / 18h
V = vitesse ascensionnelle ae = masse volumique de l’eau ah = masse volumique de l’huile d = diamètre d'une gouttelette d’huile.
Parmi les émulsions rencontrées, 90 % des cas concernent de fines gouttelettes d'huiles enrobées de tensio-actifs qui ont pour but d’empêcher tout effet de coalescence par phénomène de polarisation des surfaces. De plus, la présence de détergents fragilise l'interface gouttelette d'huile/eau et augmente son pouvoir de fractionnement.
Les énergies de surface
La recherche de la surface minimum explique pourquoi, si l'on favorise la rencontre de deux gouttelettes, on obtient une gouttelette d’huile plus grosse (figure 1).
Les tensio-actifs sont des composés chimiques qui, dissous ou dispersés dans un liquide, sont préférentiellement adsorbés aux interfaces (figure 2).
L'action des tensio-actifs est symbolisée sur la figure 3.
* Définition AFNOR.
marché, n’a dans ce cas de figure, qu'une efficacité très relative.
Les sédiments contenus dans ces émulsions sont en partie enrobés d’huile donnant naissance à des gouttelettes dont la densité voisine de celle de l'eau ne permet pas une récupération par différence de densités, surtout en milieu agité ; toutefois, la plus grande partie des particules solides ayant une densité supérieure à 1, sédimente dans le bac de recyclage.
La technologie présentée ci-dessous ne constitue pas à proprement parler une technique nouvelle, mais plutôt une optimisation et une combinaison des méthodes séparatives basée sur des efforts de recherche scientifique et sur une expérience de 20 années dans ce domaine. L'application de ces techniques tient compte, outre les théories, des nombreuses contraintes d'exploitation : démontage, nettoyage, entretien des équipements, adaptation simple et peu coûteuse aux machines existantes, fonctionnement automatique.
Les techniques séparatives
Buts recherchés
Ils sont de trois sortes :
- * recyclage d’une phase aqueuse la plus déconcentrée possible en huile parasite augmentant au maximum la durée de vie du bain,
- * récupération gravitaire en continu des huiles de densité inférieure à 0,98 quel que soit le pourcentage, concentrées en un point du système séparatif,
- * extraction simple des boues décantables (densité > 1).
Moyens mis en œuvre
- a) la gravité et la récupération par débordement obtenue par différence de niveau dans les étages de séparation (schéma A) ;
- b) la coalescence (lorsqu’elle est possible) sur des plaques métalliques disposées verticalement dans les 2ᵉ et 3ᵉ étages de séparation (schéma B) ;
- c) les changements de vitesse combinés aux changements de direction permettent de conduire les gouttelettes d'huiles vers des zones calmes où elles peuvent être rassemblées, puis récupérées (schéma C) ;
- d) les changements de direction alternant les passages à contre-courant et à co-courant favorisent à certaines vitesses le décrochement des sphérules d'huile et leur ascension vers les zones de récupération.
Un subtil rapport entre ces moyens techniques mis en œuvre fait du système un séparateur complet et performant.
Principe de fonctionnement du séparateur
Le séparateur est représenté schématiquement sur la figure 4. Lors de sa mise en service, les vannes D et E étant fermées, il est rempli avec de l'eau jusqu’au niveau 10. Pendant le fonctionnement de l’appareil la vanne B doit être maintenue ouverte.
Fonctionnement avec un mélange
— 1ᵉʳ étage : une arrivée (A) à la pression atmosphérique permet la désaération du mélange avant décantation dans l’espace (1) situé entre le corps interne et le corps externe ; l'huile récupérée s'écoule en C et les sédiments se déposent au fond.
— 2ᵉ étage : le mélange remonte à travers le corps interne (3), traverse le bloc à ailettes, ensemble de parois métal-
Liques favorisant la coalescence ; l'huile récupérée en 11 se déverse gravitairement en C.
— 3° étage : son fonctionnement est identique à celui du 2° étage avec une récupération de l'huile réglable sur certains appareils ; l'eau déborde du niveau de référence et s'écoule gravitairement en B.
Fonctionnement à l'huile pure
Dans la majorité des cas, l'huile se décante dans la capacité avant pompage, entraînant une alimentation du séparateur à l'huile pure. Le séparateur accepte ce cas de fonctionnement moyennant quelques précautions : débit d’alimentation approprié et maintien du niveau de référence dans le cas d'un fonctionnement prolongé.
Mise en œuvre sur bains de dégraissage
Un système d’écrémage autostable, sans raccordement flexible et capable de suivre d'importantes variations de niveau, permet de prélever un débit constant à la surface du bain et ainsi d’éliminer en continu le film d’huile surnageant. Le volume prélevé est introduit dans le séparateur qui restitue, en continu, d'une part, la phase : eau + dégraissant recyclable, et, d’autre part, les huiles polluantes (schémas D1 et D2).
Une étude doit être effectuée dans chacun des cas pour obtenir un contexte d'installation idéal permettant de bonnes performances, en définissant les types de matériels et les débits à satisfaire, éventuellement après essais.
Résultats
Ils sont à considérer sur plusieurs plans : sur celui de la qualité du dégraissage, sur le plan économique et sur celui de la lutte contre la pollution.
Qualité du dégraissage
• élimination totale en continu du film surnageant, essentielle dans les cas de dégraissage par trempé (carrosserie, ébauches de visserie sur machines à tambour, par exemple) ;• limitation de la concentration en huile émulsionnée dans la phase aqueuse, améliorant la qualité et la constance de l'efficacité du dégraissage dans les machines à aspersion (par exemple dans le dégraissage des emboutis avant polissage).
Rendement économique
L’augmentation de la durée de vie du bain (multipliée en moyenne par trois) entraîne de nombreuses économies par la réduction des postes suivants :
• consommation d'eau,• consommation du produit tensio-actif,• énergie de chauffage du bain,• coûts d’exploitation (remplacement des bains),• arrêts de production.
Le retour des dépenses d'investissement d'une installation de 3 m³/h a pu être ainsi réalisé en six mois, et en 14 mois sur une machine Haffroy. Dans ce dernier cas, la durée de vie du bain a été multipliée par quatre.
En outre, bien que ce ne soit pas le but essentiel recherché, les huiles peuvent parfois être recyclées ou revalorisées. Par exemple, dans le cas de dégraissage des châssis forgés de poids lourds, les huiles récupérées contenant moins de 3 % d’eau peuvent être réutilisées pour la protection anti-rouille de pièces devant être stockées.
De même, dans le cas de dégraissage de pièces avant trempé, les huiles peuvent être recyclées après traitement.
Lutte contre la pollution
L'augmentation de la durée de vie du bain entraîne la réduction corrélative des volumes d'eau à traiter.
Pour une PME, compte tenu du coût de destruction des déchets, la solution consiste à prendre le problème à la source en effectuant une bonne maintenance des bains de dégraissage.
Dans le cadre des technologies propres, il est même possible de recycler les rejets, une séparation efficace pouvant ainsi être complétée immédiatement ou ultérieurement par des technologies d'ultra-filtration permettant le recyclage total des bains de dégraissage.
Ces divers systèmes peuvent s'étendre à des techniques diverses telles que maintenance et déshuilage des émulsions d’huiles de coupe et d’emboutissage, prétraitement des émulsions avant recyclage permanent par ultrafiltration ou avant cassage chimique...
