Prétraitement de l'eau de chaudière

Prétraitement de l'Eau de Chaudière

• Le prétraitement de l'eau de chaudière est essentiel pour assurer le fonctionnement et la durabilité des installations industrielles.
• Ce processus emploie des méthodes mécaniques et chimiques.
• L'objectif est d'éliminer les impuretés, les minéraux dissous et les gaz.
• Ces éléments peuvent causer des dommages aux équipements industriels.
• Les techniques de prétraitement de l'eau incluent la décantation, la filtration, l'adoucissement, la désaération, la déminéralisation et l'osmose inverse.

Décantation : Principes et Méthodes

• La décantation est une technique de prétraitement de l'eau.

Décantation Intermittente

• Un réservoir simple est rempli d'eau turbide qui est laissée au repos.
• Une fois les sédiments déposés, l'eau clarifiée est soutirée par le haut.
• Les solides sont retirés du fond, de sorte que le réservoir se prépare pour un nouveau cycle.

Décantation Continue

• L'eau passe dans un bassin conçu pour ralentir sa vitesse, ce qui favorise la sédimentation.
• L'eau clarifiée est soutirée du trop-plein.
• Les râteaux mécaniques enlèvent en continu les solides décantés du fond.

Coagulation Chimique

• Elle est essentielle pour les solides à faible gravité spécifique ou à particules fines.
• Des coagulants, par exemple le sulfate d'aluminium, provoquent l'agglutination des particules fines.
• Ceci crée donc une masse plus grande qui se décante plus facilement.
• La floculation augmente encore plus la taille des particules via une agitation légère de l'eau.
• Un coagulant produisant une substance spongieuse (floc) emprisonne les particules fines.
• La coagulation est plus efficace à des températures modérées avec un pH contrôlé entre 5,5 et 8,0.

Filtres : Types et Fonctionnement

• Un filtre utilise un lit de matière poreuse.
• Cette dernière piège les substances en suspension et clarifie l'eau.
• Le milieu filtrant est généralement du sable ou de l'anthracite.
• L'anthracite est le milieu filtrant préféré pour l'eau de chaudière.

Filtres à Écoulement par Gravité

• Ces filtres utilisent un lit de sable soutenu sur un lit de gravier.
• L'eau entre par le haut, s'écoule vers le bas et traverse le lit filtrant.
• Le débit est inversé lors d'un lavage à rebours, afin de nettoyer le filtre.

Lavage à Rebours Automatique

• Certains filtres peuvent se laver automatiquement lorsque le lit devient obstrué.
• Le niveau d'eau dans le tuyau de lavage augmente jusqu'à déclencher un siphonnage.
• Le siphonnage inverse le flux, nettoyant ainsi le lit filtrant.

Filtres Sous Pression

• L'enveloppe est en acier et contient un lit d'anthracite supporté par une plaque de tamis.
• L'eau est comprimée, entrant par le haut et descendant à travers le lit filtrant et les tamis en acier inoxydable vers la sortie au fond.
• Ils sont souvent conjointement utilisés avec des réservoirs de décantation et de coagulation.
• La séquence consiste à coaguler, décanter les impuretés, puis faire passer l'eau dans les filtres pour une clarification finale.
• Des manomètres sont installés sur les conduites d'entrée et de sortie.
• Un lavage à rebours est nécessaire lorsque la différence de pression atteint entre 35 kPa et 55 kPa.
• Un laveur de surface rotatif peut dégager la matière de la surface du lit.

Introduction aux Méthodes Chimiques

• Les méthodes chimiques de traitement de l'eau utilisent des produits chimiques.
• Ces derniers réagissent avec les solides dissous présents dans l'eau.
• L'adouissement transforme les solides dissous en composés hautement solubles ne formant pas de tartre.
• La précipitation rend les solides dissous insolubles afin qu'ils sortent de la solution et se séparent de l'eau.
• Les méthodes chimiques sont essentielles dans le prétraitement, permettant d'éliminer ce qui pourrait former des dépôts nuisibles dans les systèmes de chauffage industriels.

Adoucissement à la Chaux-Sodium à Froid

• L'eau brute à température ambiante, les produits adoucissants (hydroxyde de calcium et carbonate de sodium) et un coagulant sont mélangés dans une zone centrale avec des agitateurs à moteur.
• Les composés insolubles CaCO3 et Mg(OH)2 , sont produits par la réaction des produits adoucissants avec les matières incrustantes telles que Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, CaCl2 et MgCl2, formant une boue qui est déchargée du fond.
• Une partie de la boue est maintenue en suspension par l'agitation et le débit d'eau, formant une couche de boue qui filtre l'eau et élimine les impuretés non précipitées.

Procédés Chimiques d'Adoucissement

Hydratée

• La chaux hydratée, Ca(OH)2 formée de chaux vive (CaO) et d'eau, sert à précipiter chimiquement la dureté de carbonate temporaire dans l'eau.
• La chaux hydratée réagit avec le bicarbonate de calcium(carbonate de calcium+de l'eau) et le bicarbonate de magnésium(hydroxyde de magnésium+ carbonate de calcium).
• La chaux hydratée réagit aussi pour précipiter la dureté de sulfate et de chlorure (permanente).
• La chaux hydratée transforme le sulfate de magnésium en hydroxyde de magnésium et sulfate de calcium, et le chlorure de magnésium en hydroxyde de magnésium et chlorure de calcium.
• La chaux hydratée réagit aussi pour précipiter la dureté de sulfate et de chlorure (permanente).
• La chaux hydratée transforme le sulfate de magnésium en hydroxyde de magnésium et sulfate de calcium, et le chlorure de magnésium en hydroxyde de magnésium et chlorure de calcium.
• Le sulfate de calcium et le chlorure de calcium résultant réagissent avec du carbonate de sodium anhydre, formant du carbonate de calcium, du sulfate et du chlorure de sodium.

Adoucissement à la Chaux-Sodium à Chaud

• La vapeur d'échappement sert à chauffer l'eau à plus de 100°C. dans ce type d'adoucisseurs.
• Les réactions chimiques sont les mêmes qu'à froid, presque instantanées, et produisent une eau plus douce.
• L'adoucisseur à chaud, en un seul appareil:combine adoucissement(réduisant la dureté à 10-30ppm), élimination de silice, de désaération et la filtration et convient pour dureté élevée.
• L'eau brute entre par des pulvérisateurs puis est chauffée et désaérée par la vapeur, et les réactions forment du carbonate de calcium+de l'hydroxyde de magnésium presque instantanément, créant une boue partiellement recirculée.

Anions et Cations dans l'Eau

• Les cations sont des ions positifs contribuant à l'acidité/alcalinité (pH), la corrosion et d'autres problèmes, courants ex: calcium (Ca²+), magnésium (Mg²+) et sodium (Na+).
• Les anions sont des ions négatifs courants ex: sulfates (SO₄²⁻), nitrates (NO₃⁻) et bicarbonates (HCO₃⁻).
• Les anions contribuent aux dépôts de tartre et de boue dans les chaudières.
• Les composés minéraux se forment quand les ions s'unissent chimiquement, créant des substances chimiques; Le sulfate de calcium, le bicarbonate de magnésium ou le nitrate de sodium, peuvent être nuisibles dans l'eau industrielle.
• Donc l'eau doit être traitée des ions avant d'entrer dans les chaudières ou équipements critiques.
• Cations de sodium remplaçant calcium = sels solubles !=tartre.

Adoucissement à la Zéolite de Sodium

• L'adoucisseur à zéolite de sodium utilise l'échange d'ions pour convertir les sels entartrants en sels non entartrants.
• La zéolite enlève cations de calcium et de magnésium de l'eau , les remplaçant par cations de sodium, qui forment sels solubles.
• L'adoucisseur contient matière granulaire (zéolite) sur lit de gravier/anthracite dans un réservoir sous pression.
• L'eau brute passe par le lit de zéolite vers le fond, piégeant les ions calcium et magnésium.
• La zéolite épuisée est régénérée avec une solution de saumure (NaCl); La zéolite absorbe cations Na⁺ de la saumure et libère cations Ca²⁺ et Mg²⁺, la saumure est rincée = lit est prêt.

Adoucissement à la Zéolite d'Hydrogène

• Contrairement aux adoucisseurs à échange de cations de sodium, la zéolite d'hydrogène enlève les sels entartrants sans former de bicarbonate de sodium, ce qui causent des problèmes.
• La matière employée est lignite, charbon sulfoné, coke ou de la résine synthétique, qui remplace le calcium, magnésium et sodium(ions d'hydrogène convertissant les sels minéraux en acides).
• Les acides formés doivent être neutralisés, avec alcalin comme la soude caustique (NaOH) , en mélangeant l'eau.
• La régénération utilise acide sulfurique qui échange ses ions H⁺ avec Ca²⁺, Mg2+ et Na+ piégés(résine), puis rincé dans un nouveau cycle.

Système de Désalcalinisation

• Le système comprend un réservoir sous pression avec résine d'échange de cations acides, un stockage d'acide concentré+dilués et un neutraliseur alcalin contenant de l'hydroxyde de sodium.
• Un désalcalinisateur utilise résine régénérée avec acide chlorhydrique ou sulfurique: l'eau passe et capture alcalins/dureté+ions d'hydrogène, pas d'encrassement.
• L'eau contient ions résiduels de dureté et de dioxyde de carbone=tour de dégazéification(corrosion): L'effluent acide est neutralisé par hydroxyde de sodium = sels solubles.

Systèmes de Déminéralisation

• L'élimination complète des sels minéraux par échange d'ions
• Échange de cations et d'anions en série
• Une eau(H2O) presque sans minéraux dissous
• Agencements multiples selon les besoins spécifiques+propriétés propriétés de l'eau brute/traitée et coûts/facilité = conductance baisse et basses en minéraux.
• Les grands systèmes comportent plusieurs échangeurs: ils s'arrêtent sans interrompre la production+utilisent des séquence et coûts en produits chimiques.

Appareils de Dégazéification

• Ils éliminent le dioxyde de carbone formé par la décomposition de l'acide carbonique(échangeurs de cations) et est crucial car cause la corrosion.
• La pression réduite libère le dioxyde de carbone, ce qui permet l'éliminination en aval d'un échangeur de cations vers le traitement.
• L'air est soufflé vers le haut(dégazéificateur) vers l'échangeur suivant(séquence de traitement).

Régénération des Échangeurs de Déminéralisation

• Chaque échangeur d'ions(système de déminéralisation) doit être régénéré(résine épuisée): restaure capacité et élimine les ions indésirables.
• L'agencement/exploitation établit les marches à suivre et paramètres =regénération(type/caractéristique de l'eau ).
• La régénération a des étapes exécutées=efficacité(retrait, lavage à rebours,regénération,rinçage).
• Il existe une régénération basée sur le débit et sur la percée

Retrait du Service pour Régénération

• Un échangeur(régénéré base) est retiré (service, régénéré) base débit après un volume d'eau prédéterminé: automatique(résine pas complètement épuisée).
• Régénération après une indication de "percée"(résine épuisement)=impuretés entraînées dans l'effluent.
• La percée: équipée d'essai automatique / manuelle(opérateur): indique augmentation de l'alcalinité ou du pH pour les cations acides faibles, baisse d'acidité/hausse de dureté(cations).

Lavage à Rebours des Résines

• Le lavage à rebours est la première étape physique de la régénération.
• L'eau circule(débit/période précis) pour optimise le nettoyage sans endommager la résine.
• Il dégage, gonfle la résine décantée et élimine dépôts accumulés+est évacuée(égout): Ce processus prépare la résine et a un débit contrôlé(perte de résine).

Processus de Régénération

• La solution de régénérant entre dans appareil