La vulcanisation par la vapeur utilisée pour la fabrication de matelas en latex ainsi que le lavage et l’essorage des matelas finis génèrent des effluents. Ceux-ci, de l’ordre de 80 m³/jour, étaient traités par le passé, chez Dunlopillo à Mantes-la-Jolie (78), par un procédé physico-chimique coûteux composé d'une neutralisation, d'une floculation et d’une filtration, avant d’être rejetés à la Seine.
Les matières polluantes sont majoritairement des résidus de latex, des hexafluosilicates, de l'ammonium, du zinc, des chlorures ainsi que des tensio-actifs anioniques et non anioniques.
Afin de s'affranchir de ce coûteux procédé de traitement des effluents devenu obsolète, la recherche d’une solution de remplacement a été engagée.
Le procédé de substitution devait répondre aux critères suivants :
- • Fonctionnement entièrement automatique avec une grande disponibilité ;
- • Recyclage de l'eau épurée ;
- • Exploitation avec une très faible présence de personnel ;
- • Encombrements réduits ;
- • Coût d’élimination des résidus faible ;
- • Faible consommation en énergie.
La distillation sous vide faisait partie des différentes technologies envisagées et testées par la société Dunlopillo. Au vu des résultats obtenus par une série d’essais (voir Tableau) réalisés avec une installation « Pilote » chez KMU Umweltschutz GmbH à Hausen en Allemagne, Dunlopillo a passé commande pour un évaporateur sous vide du type Prowadest® 4000/1 d’une capacité de traitement de 4 m³/heure. Cet évaporateur sous vide fonctionne sur le principe développé par KMU du « flot tombant avec une mise en circulation forcée » (voir Schéma de principe « Evaporateur »), dans lequel l’effluent est mis en circulation à grande vitesse dans un échangeur thermique tubulaire vertical, grâce à une pompe de circulation. À chaque passage, une faible quantité d’eau est évaporée. Le surplus d'eau retourne dans la cuve d’évaporation pour être remis en circulation.
La phase vapeur, efficacement épurée par
La vapeur, séparée par un séparateur développé à cet effet, est comprimée par le compresseur vapeurs/pompe à vide multi-lobes du type Roots, d’environ 600 mbar à la pression atmosphérique. Elle condense en transférant la chaleur de condensation vers le procédé d’évaporation, depuis l’extérieur des tubulures de l’échangeur thermique vers le produit à traiter à l’intérieur des tubulures.
Une conception optimale induit une consommation énergétique spécifique d’environ 38 kWh par mètre cube d’eau distillée.
Les résidus concentrés sont vidangés automatiquement en fonction de la pression d’évaporation et de la température. De même, un dispositif « CIP » de nettoyage automatique assure, par la mise en circulation forcée et le chauffage de la solution de nettoyage, une parfaite propreté des surfaces d’échange thermique afin d’optimiser la consommation en énergie.
[Photo : Evaporateur sous vide du type Prowadest® 4000/1 d'une capacité de traitement de 4 m³/heure.]
L’ensemble des équipements ont été assemblés chez le client et l’installation est en service depuis plusieurs mois (voir schéma de principe « station »).
Description du procédé
Les effluents générés par la vulcanisation ainsi que par le lavage et l’essorage des matelas sont collectés dans une fosse tampon. Ils passent ensuite par un décanteur et un ajustement automatique du pH. Ici, on corrige le pH entre 7,2 et 7,5. Ceci est indispensable pour éviter de générer des combinaisons de HCl par un pH trop faible. L’évaporateur sous vide est alimenté en effluent depuis la cuve d’ajustement du pH.
En raison d’une éventuelle présence de complexants dans l’effluent et pour éviter l’encrassement des échangeurs, l’injection de séquestrant est réalisée dans la cuve de l’ajustement du pH. Le distillat passe par un séparateur à coalescence permettant de séparer d’éventuels composants organiques co-distillés. Les résidus concentrés sont vidangés automatiquement depuis l’évaporateur vers une « Remorque/Citerne » pour une revalorisation thermique.
Le nettoyage « CIP » est réalisé en automatique ; il est déclenché en fonction de l’éventuel encrassement des surfaces d’échange. En cas de dérive du transfert de chaleur, un cycle de nettoyage est réalisé depuis les cuves de nettoyage avec une solution « acide ou alcaline ».
À la fin du cycle, la solution retourne dans la cuve respective pour être réutilisée plusieurs fois. De ce fait, le nettoyage mécanique devient superflu.
[Photo : Schéma de principe de l’évaporateur Prowadest® 4000/1.]
[Photo : Schéma de principe de la station.]
De par leur conception, les évaporateurs sous vide à flot tombant avec mise en circulation forcée du type Prowadest® sont insensibles au moussage. Afin de pouvoir traiter des effluents particulièrement difficiles de par leur composition, nous avons arbitrairement équipé l’évaporateur d’un dispositif de dosage automatique d’antimousse.
Pour optimiser la disponibilité de l’ensemble de l'installation, l’évaporateur dispose d'un chauffage d’appoint et d’un démarrage alimenté en vapeur, qui permettent de réduire ainsi la durée de démarrage avec un équipement froid. Dès que la température de fonctionnement est atteinte, le chauffage alimenté en vapeur est arrêté et le procédé fonctionne uniquement avec la compression mécanique de vapeur dite “CMV”.
La construction redondante du Prowadest® 4000/1 permet de réaliser la plupart des opérations de maintenance tout en assurant un fonctionnement à 50 % de la capacité nominale de traitement.
Les distillats, exempts de bactéries, sont utilisés actuellement pour la production de vapeurs destinées à la vulcanisation des matelas et à leur lavage. De ce fait, ces procédés sont sans rejet, permettant ainsi une économie de 20 000 m³ d'une précieuse et coûteuse eau neuve.
Comparativement aux coûts de consommation en énergie au m³ pour l'eau neuve et l’effluent, il s'avère que le recyclage de l’eau épurée grâce au traitement par distillation ne génère que de faibles coûts. Les évaporateurs sous vide du type Prowadest® sont standardisés et disponibles dans des capacités de traitement allant de 10 à 4 000 litres/heure. Des installations similaires sont depuis des années exploitées dans les industries suivantes : cosmétique, transformation des métaux, fonderie sous pression, préparation et traitement de surfaces, textile, etc.
De par sa grande efficacité, même en présence d’une pollution organique, la distillation permet d’être utilisée en combinaison avec des post-traitements de type biologique, ainsi qu’avec des techniques membranaires : ultra-, nanofiltration et osmose inverse.
L’évaporateur sous télésurveillance
La grande disponibilité et la souplesse d'utilisation de l’évaporateur Prowadest® ont été des atouts majeurs dans la prise de décision par Dunlopillo. Afin d’être au plus près des exploitants durant la phase de démarrage et d'optimisation de l’installation, l’évaporateur a été équipé d'un dispositif Téléservice de Siemens, d’un commun accord.
KMU peut ainsi assurer, à distance par le réseau téléphonique fixe ou GSM, le suivi et la maintenance de l’automate programmable du type Simatic S7 depuis un PC avec le dispositif Téléservice. La liaison entre l’automate programmable et le PC est établie au travers du réseau téléphonique par le dispositif Téléservice. Ce dispositif donne accès, aux mêmes fonctions, avec la même fonctionnalité et avec les mêmes outils de programmation, aux tâches identiques accessibles sur site via la prise MPI.
Ce dispositif permet d’intervenir pour des opérations d’assistance au client, de maintenance, de mise à jour, d’analyse de dysfonctionnements et de modifications des points de consigne et paramètres de réglage, tout en augmentant la disponibilité des équipements au moindre coût depuis un Point Service centralisé, mais également à l’échange d’informations relatives au fonctionnement entre le S7-CPU et le PC.
[Encart : Tableau : Résultats des essais d’évaporation Dunlopillo
Conductivité (µS/cm) — Effluent : 20 000 — Distillat : 128 — Concentrats : > 900 000
DCO/COT (mg/l) — Effluent : 27 700 — Distillat : 125 — Concentrats : > 9 000
pH — Effluent : 6,3 — Distillat : 10,2 — Concentrats : 2,1
Chlorures (mg/l) — Effluent : 7 600 — Distillat : < 20 — Concentrats : 35 000
Ammonium (mg/l) — Effluent : 1 590 — Distillat : 0,8 — Concentrats : 8 100
Fluorures (mg/l) — Effluent : 150 — Distillat : 0,8 — Concentrats : 210
Nitrates (mg/l) — Effluent : 8 — Distillat : < 0,1 — Concentrats : 416
Nitrites (mg/l) — Effluent : 1 — Distillat : < 0,04 — Concentrats : 38
Zinc (mg/l) — Effluent : 15 — Distillat : < 0,01 — Concentrats : 95]
Le volume de concentrât à éliminer représente environ 2 % du volume d’effluent traité.
