Etude critique du système de traitement de l'eau de chaudière du complexe industriel du littoral

I.4.3. Salinité totale - Conductivité et Résistivité

La salinité totale d'une solution peut être évaluée par pesée de l'extrait sec après ébullition totale de l'eau liquide. La méthode opératoire étant délicate, le plus souvent cette salinité est appréciée indirectement par la mesure de la conductivité ou de la résistivité électrique de la solution, chacune de ces mesures évoluant significativement chaque fois que la salinité évolue.

La conductivité d'une solution est mesurée par la conductance électrique d'une colonne d'eau de 1 cm de hauteur comprise entre deux (02) électrodes de section de 1 cm². Elle s'exprime le plus souvent en microsiemens par cm (uS/ cm).

La résistivité est l'inverse de la conductivité. Les unités les plus souvent employées sont le kilohm cm (kÙ.cm) ou le mégohm cm (MÙ.cm).

On passe facilement de la conductivité à la résistivité par la relation :

I.4.4. Teneur en fer

Le fer est le deuxième plus abondant métal de la croute terrestre, d'une hauteur d'environ 5%. L'élément chimique fer est présent sous forme ionique avec deux valences principales que sont le fer ferreux (Fe²⁺) et le fer ferrique (Fe³⁺). Le fer ferreux est présent dans les eaux souterraines sous formes de soluble sulfatées (FeSO₄) ou carbonatées (FeCO₃ ou Fe(HCO₃)₂). Il (Fe²⁺) est instable et se précipite, par simple aération dans l'eau, en hydroxyde de fer (III) (Fe(OH)₃), qui est peu soluble. Cette oxydation (optimal à pH = 7,2) est due à une augmentation d'oxygène, de la température, et une diminution de la pression de l'eau. Cependant la réaction est lente surtout si le pH est faible, et que le milieu n'est pas saturé en oxygène (Chibi C., 1991). Ceci est interprété par la réaction suivante :

4Fe²⁺_(aq) + O_2(g) + 8OH^-_(aq) + 2H₂O_(l) 4Fe(OH)_3(aq)

Généralement les eaux de surface et de la nappe phréatique ont une teneur en fer ne dépassant pas 1 mg/l (Fe = 1 ppm). Toutefois des hautes teneurs en fer (Fe = 10 mg/l), dues au drainage minier et/ou industriel, sont observées dans les eaux souterraines.

Une teneur élevée en fer dans l'eau de process, entraine la corrosion des installations métalliques (surtout en aciers ordinaires) d'une entreprise, notamment les chaudières et tuyauteries (WEDECO, 2003).

I.4.4.1. Déferrisation de l'eau du forage

La déferrisation est le fait d'enlever le fer, spécialement de l'eau. Une teneur élevée en fer présente des effets gênants sur les installations du Complexe Industriel du Littoral que sont :

§ La corrosion dans les canalisations métalliques avec libération du métal ;

§ Distribution d'eau de couleur rouille, au robinet qui tâche les installations de plomberie ;

§ Inconvénients d'ordre organoleptique (trouble colloïdal, coloration jaune orangé) ;

§ Colmatage des ouvrages d'exploitation par précipitation en présence d'oxygène, entrainant la réduction progressive des débits de conduite (formation de dépôts).

Il existe de nombreuses techniques de traitement pour l'élimination du fer de l'eau. Ces techniques sont :

o Oxydation puis filtration

La déferrisation par oxydation (à l'air ou autre oxydant suivant la concentration en Fer), suivie d'une filtration, est généralement utilisée pour les eaux d'origine profonde. C'est une technique simple mais qui nécessite souvent l'emploi de réactif oxydant tels que le permanganate de potassium (KMnO₄), l'oxygène, l'hypochlorite de calcium ou sodium (eau de javel), et l' ozone.

Le traitement par oxydation avec des composés chlorés tels que l'eau de javel, et le permanganate de potassium présente l'inconvénient d'avoir un pouvoir rémanent lors du traitement. Cette rémanence porte préjudice à la chaudière. Ces méthodes de traitement sont le plus utilisées dans le cas de l'épuration de l'eau de consommation, cependant l'eau que nous désirons traiter est une eau de chaudière.

o Traitement biologique

L'élimination du fer peut être aussi faite par oxydation biologique (utilisation de ferrobactéries qui oxydent et précipitent le fer dissous). Les ferrobactéries catalysent par production d'enzymes spécifiques des réactions exothermiques d'oxydation qui alimentent leur métabolisme grâce à l'énergie libérée.

2FeO_(s) + 1/2O_2(g) + 3H₂O_(l) 2Fe(OH)_3(s) + 1057 Joules

Cependant cette méthode de traitement est difficile et demande en particulier des délais d'ensemencement, des ferrobactéries, beaucoup plus longs (de l'ordre du mois).

o Traitement catalytique

Le procédé d'élimination catalytique du fer repose sur un phénomène d' adsorption et d' oxydation des formes dissoutes du fer ferreux (Fe²⁺), à la surface d'un matériau spécifique de filtration. Ces matériaux catalytiques jouent à la fois le rôle d'adsorbant et d'échangeur d'électrons. Les matériaux utilisables (tels que la zéolite, le quartz, et la latérite) pour la filtration catalytique sont des matériaux recouverts de façon naturelle ou artificielle par le dioxyde de manganèse (MnO₂). Le dioxyde de manganèse joue le rôle d'échangeur d'électron dans la catalyse). Au contact avec la surface de ces matériaux, le fer ferreux est adsorbé et forme une sorte de filme gluant et aqueux autour du matériau. Ce type de méthode n'est utilisable que pour des eaux de forage ayant des faibles teneurs en fer.

2Fe²⁺_(aq) + 2MnO_2(s) + H₂O_(l) 2Fe³⁺_(aq) + Mn₂O_3(s) + 2OH^-_(aq)