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Etude critique du système de traitement de l'eau de chaudière du complexe industriel du littoral( Télécharger le fichier original )par Aldrin Jorel DJEUKEM TEMOMO ENSAI de l'université de Ngaoundéré - Ingénieur 2017 |
III.4. PROPOSITION DES ACTIONS CORRECTIVESDans notre travail, il était question pour nous de proposer un système de déferrisation et dé-chloration de l'eau du forage. III.4.1. Déferrisation de l'eau du forageLes méthodes de déferrisation de l'eau du forage proposées à l'entreprise CIL sont l'oxydation par l'ozone (en utilisant un ozoneur) ou par l'oxygène (en utilisant un compresseur d'air). Ø Déferrisation avec l'ozone (O3) (Ozonation) L'ozone peut être obtenu industriellement par décharge électrique dans l'air très sec ou de l'oxygène entre deux électrodes. C'est un oxydant très puissant. Il se présente comme un gaz instable, qui doit donc être produit sur place dans des ozoneurs industriels. L'ozone est produit d'après la réaction suivante : 3O2(g) 2O3(g) L'ozone précipite le fer via une réaction présentée comme suit : 2Fe2+(aq) + O3(g) + 5H2O(l) 2Fe(OH)3(s) + O2(g) + 4H+(aq) L'ozone agi de façon très complexe et sont utilisation présente les avantage suivant : - C'est un composé instable (formation d'ozonide instable par des réactions d'addition) : sa stabilité dans l'eau est de l'ordre de 10 à 20 minutes avant de se décomposer en oxygène sans laisser de produits dérivés dans l'eau, même lorsqu'il est présent en excès dans l'eau ; - Temps de réaction très court (2 à 6 minutes), et ceci quel que soit le pH de l'eau ; - Ne présente pas d'action rémanente ; - Produit sur place, il ne pose aucun problème de transport de matière dangereuse ou de stockage de produit toxique et ne fait appel à aucun consommable. - Favorise également l'élimination des bactéries, et virus. Cependant sa production est grande consommatrice d'énergie et les coûts d'investissement sont importants. (Lamb et al, 1995) Les caractéristiques des ozoneurs varient en fonction des constructeurs. Les valeurs moyennes (www.agrochem.fr) sont généralement de : TABLEAU 7 : VALEURS MOYENNES DES OZONEURS
L'ozone peut être généré dans des concentrations comprises entre 20 et 60 g/m3, et la consommation d'énergie étant généralement située entre 24 et 72 kWh/g d'ozone. § Estimation de la quantité (théorique) d'ozone nécessaire La quantité minimale théorique d'ozone nécessaire pour la déferrisation de l'eau est 0,43 g d'O3 par g de Fe2+ (Lamb et al, 1995). La quantité de Fe2+ contenu dans l'eau du forage est 2,7 mg/l (1 mg/l = 1 g/m3). La quantité de Fe2+ dans 18 m3 d'eau du forage est, Quantité de Fe2+ dans l'eau = 2,7 * 18 = 48,6 g de Fe2+ Ainsi pour 48,6 g de Fe2+, la quantité d'ozone nécessaire pour la déferrisation est, Quantité d'ozone nécessaire pour la déferrisation = 48,6 * 0,43 = 20,898 g d'ozone Le débit d'ozone produit pour 18 m3 d'eau est, Débit nécessaire = 20,898/ 18 = 1,161 g d'ozone par m3 d'eau Le temps nécessaire pour le remplissage du bac de décantation est, Temps = Volume/ débit = 18/10 = 1,8 heures La quantité d'ozone produite par heure pour 48,6 g de Fe2+ est, Quantité d'ozone par heure = 20,898/1,8 = 11,61 g d'ozone par heure Ainsi pour 15 grammes par heure d'ozone pulvérisé dans l'eau, la quantité d'ozone produit en excès est, Quantité en excès = (15-11,61) * 1,8 = 6,102 g d'ozone en excès dans l'eau Le pourcentage d'ozone utilisé pour le traitement de l'eau est, Pourcentage = (11,61/15) * 100 = 77,4 % Ainsi pour la déferrisation de l'eau, il faut un ozoneur produisant 15 grammes par heure d'ozone. Ceci correspond à une consommation d'énergie de 24 kilowattheures par gramme d'ozone. Ainsi l'énergie consommée pour la production de 20,898 g d'ozone est, Energie consommée = 24 * 20,898 = 501,552 kWh Les calculs (théoriques) effectués ci-dessus nous montrent effectivement que, pour la déferrisation de l'eau du forage, le pourcentage d'ozone utilisé est 77,4 %, pour une consommation d'énergie de 501,552 kWh. Ø Déferrisation avec l'oxygène (O2) Cette méthode de traitement nécessite l'utilisation d'un compresseur d'air. L'air est prélevé de l'atmosphère puis comprimé. La compressibilité est utilisée à l'aide d'un système pneumatique. L'air comprimé est maintenu sous une pression supérieure à celle de l'atmosphère. L'oxygène produit précipite le fer via la réaction suivante : 4Fe2+(aq) + O2(g) + 10H2O(l) 4Fe(OH)3(s) + 8H+(aq) L'hydroxyde de fer formé est éliminé par décantation et/ou filtration. L'énergie nécessaire à la compression de l'air est importante et s'accompagne d'une production d' énergie thermique (chaleur) qui reste le plus souvent inexploitée. L'air comprimé est donc un vecteur d'énergie relativement coûteux. L'avantage de cette méthode est que l'oxygène utilisé pour la déferrisation est prélevé de l'atmosphère. La vitesse de déferrisation est plus grande si le pH de l'eau est élevé. Cependant le temps de réaction pour cette méthode est long (entre 45 et 90 minutes), dépendant du débit d'air et la consommation d'énergie relativement couteuse. (Lamb et al, 1995) Les spécifications des compresseurs d'air varient d'un concepteur à l'autre, cependant les valeurs moyennes ( www.agrochem.fr) disponibles sur le marché sont présentées dans le tableau ci-après : Tableau 8: Valeurs moyennes des compresseurs d'air
§ Estimation de la quantité (théorique) d'oxygène nécessaire La quantité minimale théorique d'oxygène nécessaire pour la déferrisation de l'eau est 0,14 g d'O2 par g de Fe2+ (ou 0,104 l d'O2 par g de Fe2+ ou 0,5 l d'air par g de Fe2+). (Lamb et al, 1995) La quantité de Fe2+ dans 18 m3 d'eau est 48,6 g (Voir le calcul ci-dessus). La quantité d'oxygène nécessaire pour la déferrisation est donc, Quantité d'oxygène nécessaire pour la déferrisation = 48,6 * 0,14 = 6,804 g d'O2 Cette quantité d'oxygène correspond à 5,0544 litres d'O2 ou 24,3 litres d'air. Le temps nécessaire pour le remplissage du bac de décantation est 1,8 heure ou 108 minutes. La quantité d'oxygène par minute nécessaire pour la déferrisation est, Quantité d'oxygène par minute = 6,804/108 = 0,063 g d'O2 par minute La masse volumique de l'oxygène est 1,429 kg/m3, ce qui correspond à 1,429 g/l. Ainsi le nombre de litres d'oxygène par minutes que le compresseur doit produire est, Nombre de litres d'oxygène par minute = 0,063/1,429 = 0,0441 litre par minute d'O2 Cela correspond à un compresseur d'air ayant un débit de 0,05 litre d'oxygène par minute. Ainsi il y aura donc une grande partie de l'oxygène fourni qui précipitera le Fe2+. La quantité d'oxygène en excès se trouvant dans l'eau du forage est, Quantité en excès = (0,05 - 0,0441) = 0,0059 litre par minute Le pourcentage d'oxygène utilisé pour la déferrisation est, Pourcentage = (0,0441/0,05) * 100 = 88,2 % La puissance correspondant à ce débit est 90 kW. L'énergie consommée par le compresseur d'air est 90 * 1,8 = 162 kWh. Les calculs (théoriques) ci-dessus ont permis de faire une étude comparative de la méthode de déferrisation avec l'ozone et avec l'oxygène. TABLEAU 9 : ETUDE COMPARATIVE DE LA MÉTHODE DE DÉFERRISATION AVEC L'OZONE ET AVEC L'OXYGÈNE
Les opérations de maintenance de ces équipements (ozoneur ou compresseur d'air) doivent être effectuées par des techniciens qualifiés. Les filtres et dessiccateurs dans les systèmes de préparation de l'air doivent être changés régulièrement en fonction de la qualité de l'air utilisé et du nombre d'heures de fonctionnement. Les canalisations et chambre de contact doivent être inspectées à échéance régulière pour pallier à toute corrosion et fuite. |
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