Traitement de l'eau brute

On appelle eau brute, l'eau prélevée dans la nature et destinée aux besoins d'une usine pour:
- sa production de vapeur
- ses circuits de réfrigération
- son procédé de fabrication
L'eau brute provient de sources variées telles que:
- une rivière
- un lac
- une nappe phréatique
- la mer
- un réseau urbain
Elle contient souvent des impuretés qui peuvent:
- corroder
- encrasser
- ou simplement polluer
L'eau de rivière contient souvent beaucoup plus de solide en suspension que l'eau stagnante.
L'eau de lac favorise les développements d'algues.
L'eau de nappes souterraines contient généralement de grandes quantités de matières en suspension.
Le degré de traitement dépend de l'usage final qui en est fait.

Les impuretés qui provoquent de la corrosion sont:
- les acides
- les bicarbonates
- le dioxyde de carbone
- les chlorures
- l'oxygène
- l'hydrogène sulfuré
Les encrassements sont le fruit:
- du Calcium
- du Magnésium
- de la Silice
- du Fer
- du Manganèse

Composition des eaux naturelles

Composition moyenne des eaux à la surface de la terre

Composé	Eau de mer (mmole/kg)	Eau de rivière (mmole/kg)	pour convertir en mg/kg multiplier par:
Na+	468	0,3	23
K+	10	0,06	39
Mg2+	53	0,17	24
Ca2+	10	0,4	40
Sr2+	0,1		87,6
Cl-	546	0,2	35,5
SO42-	28	0,1	86
Br-	0,8		80
F-	0,07	0,005	19
Carbonates	2,2 - 2,5	1	60
Borate (BO2-)	0,4		43
Silicate (SiO44-)	0,001 - 0,1	0,2	92
Phosphate (PO43-)	0,0001 - 0,005		95
Nitrate (NO3-)	0,0001 - 0,05	0,02	62
pH	7,4 - 8,3	6,0 - 8,5
CO2		0,04 - 0,08	44
Alcalinité	2,3 - 2,6
Force ionique	700	2

Etapes du traitement

La première étape consiste souvent à éliminer les solides en suspension.
Ceci est obtenu d'abord par décantation gravitaire pour éliminer les particules les plus grosses, puis par filtration sur des éléments filtrants poreux pour éliminer les particules les plus fines.
Après filtration, les impuretées dissoutes sont ensuite éliminées. C'est la déminéralisation.
La déminéralisation peut être faite en deux étapes:
- déminéralisation partielle sur membrane par osmose inverse ou électrodialyse
- déminéralisation totale par évaporation ou échange d'ions
La déminéralisation par évaporation est très consommatrice d'énergie et l'utilisation de résines échangeuses d'ions est le plus employé pour des volumes importants.

Clarification

La clarification est un perfectionnement de la décantation gravitaire.
Les particules les plus petites ou les solides colloïdaux décantent très lentement et sont donc difficiles à séparer.
L'une des raisons peut être la présence d'ions dissous qui maintiennent les particules en suspensions par un effet électrostatique. L'addition d'un coagulant permet de neutraliser ce phénomène.
Une autre raison est l'extrême petite taille des particules. Dans ce cas l'addition d'un floculant qui rassemble les particules et les agglomère pour former un floc de grosse taille accélère grandement leur décantation.

Filtration

Après clarification, des filtres éliminent les particules restant en suspension en les retenant physiquement sur un média filtrant.
Les filtres sont généralement classés selon le média filtrant utilisé :
- lit filtrant
- cartouche filtrante
- ultrafiltration

Lits filtrants

Une capacité est remplie de sable ou de granulés de charbon. Le liquide à filtrer le traverse de haut en bas et les particules sont retenues à la surface des granulés.
Le filtre est régénéré périodiquement en faisant circuler à contre courant du liquide clair.
On préfère généralement utiliser plusieurs couches de matériaux filtrants différents :
- du charbon léger et en gros granulés pour la pré filtration
- du sable lourd et fin pour la filtration finale

Cartouches filtrantes

Les cartouches filtrantes sont destinées à éliminer les plus fines particules.
Le média filtrant est la partie essentielle de la cartouche. Il est constitué soit d’une sorte de papier, soit d’un fil bobiné montés sur un support métallique perforé.
Les cartouches doivent généralement être remplacées lorsqu’elles sont colmatées.

Osmose inverse

L’osmose inverse permet d’extraire les composés dissous qu’ils soient ionisés ou non.
L’osmose inverse ne permet pas l’élimination totale des substances dissoutes. C’est une technique de déminéralisation partielle.
Le coeur de cette technique est une membrane semi-perméable que l’eau peut traverser tandis que les substances dissoutes sont bloquées.
Le processus naturel de l’osmose provoque la migration de l’eau vers les milieux les plus concentrés en solutés. La technique de l’osmose inverse provoque le mouvement inverse, c’est-à-dire la migration de l’eau vers le milieu le plus concentré, au moyen d’une pression importante.
Une solution concentrée des substances dissoutes est rejetée. Sa concentration est limitée pour éviter l’encrassement de la membrane par des sels tels que le carbonate de Calcium (CaCO3), le sulfate de Baryum (BaSO4) ou la Silice.

Echange d'ions

L’échange d’ions est généralement la dernière étape de déminéralisation.
Elle permet d’abaisser la concentration en composés dissous au niveau de la ppb, qui est nécessaire pour l’alimentation des générateurs de vapeur.
Le coeur du procédé d’échange d’ions est une résine greffée de fonctions porteuses de sites chargés négativement ou positivement.
Les résines porteuses de charges négatives sont associées à des ions H+, et attirent les Cations tels que Ca++, Mg++, Na+ .... Ces résines sont dites Cationiques.
Les résines porteuses de charge positives sont associées à des ions OH-, et attirent les Anions tels que Cl-, SO4--, .... Ces résines sont dites Anioniques.
Ces résines sont chargées dans un récipient dans lequel on fait passer l’eau à déminéraliser. Les cations et les anions sont fixés sur la résine et remplacés au sein de l’eau par respectivement des ions H+ et OH-.
Lorsque tous les sites sont saturés, la résine doit être régénérée. La résine cationique est régénérée par une solution diluée d’acide chlorhydrique ou sulfurique, tandis que la résine anionique est régénérée par une solution diluée de soude.