Brevet FR2797261A1 — publié le 20010209

La présente invention concerne un procédé de traitement de l'eau résiduaire provenant d'une installation de transformation d'aliments, par exemple une laiterie, et l'utilisation de cette eau traitée comme eau de refroidisse ment, notamment pour des tours de refroidissement. Il est connu de traiter les eaux résiduaires pour éliminer les solides en suspension et les substances organiques dissoutes, de sorte que l'eau puisse être rejetée avec sûreté dans les cours d'eau sans augmenter les degrés de Demande Biologique en Oxygène (DBO) ou de Demande Chimique en Oxygène (DCO). I1 est également connu d'utiliser les eaux résiduaires purifiées dans des chaudières et à des fins de nettoyage ; par exemple, il est connu d'utiliser l'eau puri fiée pour nettoyer des canalisations en acier inoxydable. Cependant, l'eau résiduaire traitée provenant d'installations de transformation d'aliments, comme des laiteries, ne sont pas utilisées dans des systèmes de refroidissement, car cela entraînerait une corrosion de pièces métalliques, notamment des pièces en acier galvanisé et en acier au carbone. Par conséquent, l'industrie a généralement compté sur l'eau de sources naturelles ou sur l'eau de ville pour l'utiliser comme eau de refroidissement dans les tours de refroidissement et d'autres systèmes de refroidissement à recyclage. Ceci peut être coûteux et constitue également une cause d'épuisement de précieuses ressources.d'eau naturelle et d'eau de ville. Par ailleurs, des industries comme les laiteries produisent de grandes quantités d'une eau condensée qui est généralement consi dérée comme trop corrosive pour être utilisée dans les tours de refroidissement, et cependant ces industries doivent également acheter de grandes quantités d'eau convenant pour leurs propres opérations de refroidissement. I1 serait donc intéressant de fournir un procédé commode et peu coûteux par lequel l'eau résiduaire provenant d'une installation de transformation d'aliments serait traitée et utilisée comme eau de refroidissement. Ainsi, la présente invention fournit un procédé pour le traitement de l'eau résiduaire provenant d'une installa tion de transformation d'aliments, comprenant les étapes suivantes a) faire passer l'eau résiduaire à travers un filtre pour réduire la teneur en substances organiques dissoutes à 4 mg/-ê ou moins, de préférence entre 3 et 4 mg/.- ; b) ajouter au moins une substance de minéralisation, dont l'une au moins est choisie parmi les composés du calcium ou du magnésium, pour accroître la dureté totale (DT) à plus de 40 ppm de CaC03 (4 f) et l'alcalinité "M" totale (AMT) à plus de 40 ppm de CaC03 (4 f) ; c) facultativement, ajuster le pH au-dessus de 7 en utilisant une substance alcaline ; d) facultativement, ajouter un agent anti-tartre ; et e) facultativement, ajouter un biocide. La dureté totale (DT) est mesurée en f selon la norme française pour la dureté totale, cette unité repré sentant 4 mg/Q d'ions calcium (Ca2+) ou l'équivalent molaire d'autres composés du calcium ou de composés du magnésium. Par exemple, 1 f équivaut à 10 mg/$ de carbonate de calcium (CaC03). Ainsi, une dureté totale de 4 f équivaut à 40 mg/Q de carbonate de calcium. L'alcalinité "M" totale (AMT) représente l'hydroxyde (OH-), le.carbonate (C032 ), le bicarbonate (HC03 ) et le phosphate 2/3(P043 ) totaux, telle que déterminée en utilisant le méthylorange comme indicateur et mesurée en f selon l'échelle de la norme française pour l'alcalinité méthylique totale. L'alcalinité "P" totale (APT) représente l'hydroxyde (OH ), le carbonate 1/2(C032 ), le bicarbonate (HC03 ) et le phosphate 1/3(P043 ) totaux, telle que déterminée en utilisant la phénolphtaléine comme indicateur et mesurée en f selon l'échelle de la norme française pour l'alcalinité "P" totale. L'existence d'acide carbonique (H2c03), de bicarbo nate (HC03 ) et de carbonate (C032 ) dépend du pH de l'eau. A pH élevé, l'espèce prédominante est le carbonate. Aux pH d'environ 4,5 à 8,3, l'espèce prédominante est le bicarbonate. Le point de virage de la phénolphtaléine est à pH 8, 3. Un titrage avec de l'acide titré à ce point de virage donne l'alcalinité "P", qui rend compte du carbonate. A pH 4,5, l'espèce prédominante est l'acide carbonique et ce pH est le point de virage du méthylorange. Lors du titrage avec l'acide titré à ce point de virage, le bicarbonate et le carbonate sont tous deux entièrement pris en compte. Le titrage à ce point de virage nous donne l'alcalinité au méthylorange ou alcalinité "M" totale. Dans une forme préférée de l'invention, le pH de l'eau est élevé à plus de 7. Cette élévation du pH peut être effectuée avant ou pendant l'addition de substance de minéralisation, bien qu'elle soit effectuée de préférence après l'addition de substance de minéralisation. Le pH peut être élevé à plus de 7 par toute substance basique ou alcaline, de préférence alcaline, mieux encore l'hydroxyde de sodium. I1 peut également être souhaitable d'ajouter un biocide à l'eau. Le biocide peut être ajouté avant ou après l'étape de minéralisation. De préférence, le biocide est ajouté après l'étape de minéralisation. Lorsque d'autres ingrédients sont ajoutés, par exemple une substance alcaline ou un agent anti-tartre, le biocide est de préférence ajouté ensuite. Le biocide peut être toute substance biocide appropriée. De préférence, le biocide est une substance oxydante, par exemple des composés du chlore ou du brome. En général, les composés peuvent être des composés minéraux du chlore tels que l' hypochlorite de sodium, ou des composés organiques du chlore ou du brome, par exemple le 2,2'-di- bromo-3-nitrilopropionamide. Dans un procédé préféré, l'eau résiduaire provient d'une laiterie et l'eau condensée provient de la production de fromage ou d'autres produits laitiers. Les caractéris tiques chimiques de l'eau condensée ont tendance à varier selon le produit laitier particulier en production. D'une façon représentative, les caractéristiques chimiques de l'eau condensée sont telles qu'indiquées ci-dessous. Dureté totale (DT) 0 ppm de CaC03 (0 f) Alcalinité "P" totale (APT) 0 à 1 ppm de CaC03 (O à 1 f) Alcalinité "M" totale (AMT) 0 à 4 ppm de CaC03 (0 à 4 f) Chlorures 0 mg/Q pH 3,5 à 9 Matière organique 0,5 à 40 mg/Q Conductivité 0 à 100 us/cm La température de cette eau condensée peut être comprise entre 10 et 75 C, selon les moyens existants pour refroidir l'eau. Par exemple, l'eau peut être condensée en utilisant un évaporateur thermodynamique, un évaporateur à compression mécanique, un échangeur de récupération de chaleur, etc. L'eau condensée contient souvent des acides organiques volatils, par exemple l'acide lactique, des protéines, des acides aminés, etc. L'eau peut également contenir d'autres matières organiques en suspension. I1 est donc souhaitable de réduire ou d'éliminer les substances organiques ,volatiles dissoutes et toutes autres matières organiques avant d'effectuer la minéralisation. Dans une forme préférée de l'invention, la teneur en substances organiques volatiles et/ou autres matières organiques peut être convenablement réduite avant la minéralisation en faisant passer l'eau résiduaire, qui est par exemple de l'eau condensée provenant d'un évaporateur existant dans une laiterie, à travers un filtre à charbon actif. Une fois que les substances organiques volatiles et/ou autres matières organiques ont été éliminées de l'eau résiduaire, on ajoute au moins une substance de minérali sation. La substance de minéralisation est au moins un composé du calcium ou du magnésium. Des substances de minéralisation appropriées comprennent le carbonate de calcium, le bicarbonate de calcium, le chlorure de calcium, l'hydroxyde de calcium, le carbonate de magnésium, le bicarbonate de magnésium, le chlorure de magnésium et l'hydroxyde de magnésium. Dans certains cas, il peut être souhaitable d'utiliser deux ou plusieurs substances de minéralisation. Dans ce cas, les substances de minérali sation peuvent toutes être choisies parmi des composés du magnésium ou du calcium. En variante, pourvu que l'une des substances de minéralisation soit choisie parmi les composés du magnésium ou du calcium, la ou les autres substances peuvent être autre chose que des composés du calcium ou du magnésium. Par exemple, l'autre substance de minéralisation peut être le carbonate de sodium ou le bicarbonate de sodium ou, en fait, n'importe quelle autre substance qui contribue à la dureté ou l'alcalinité de l'eau. Il est avantageux que la dureté totale (DT) et l'alcalinité "M" totale (AMT) de l'eau résiduaire soient élevées entre 60 et 100 ppm de CaC03 (entre 0 et 10 f), de préférence au voisinage de 80 ppm de CaC03 (8 f). Dans une forme de l'invention, la minéralisation peut être réalisée en faisant passer l'eau à travers une masse de minéralisation. Des exemples de masses de minéra lisation comprennent Neutralité, le chlorure de calcium, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium ou la chaux. A mesure que l'eau traverse la masse de minéralisation, la ou les substances de minéralisation se dissolvent dans l'eau. De préférence, la masse de minéralisation est main tenue dans un système de filtre (filtre de minéralisation) et la minéralisation est réalisée en faisant passer l'eau à travers le filtre de minéralisation. I1 a été constaté que la vitesse de dissolution de la substance de minéralisation lors du passage de l'eau est inversement proportionnelle au taux de substances minérales déjà dissoutes dans l'eau. Ainsi, pour un débit constant d'eau traversant la masse de minéralisation, on a constaté qu'un degré constant de DT-AMT peut être obtenu même lorsque la concentration des subs tances minérales déjà présentes dans l'eau résiduaire varie. Dans une autre forme préférée de l'invention, la dureté totale (DT) et l'alcalinité "M" totale (AMT) souhaitées de l'eau résiduaire peuvent être atteintes en ajoutant la ou les substances de minéralisation directement à l'eau résiduaire. Pour ce faire, on peut mesurer la dureté totale et l'alcalinité "M" totale de l'eau résiduaire, puis introduire une dose précise appropriée de substance de minéralisation dans l'eau. Ainsi, sous un aspect du procédé, la dureté totale (DT) et l'alcalinité "M" totale (AMT) de l'eau résiduaire sont déterminées par un appareil de mesure à émetteur d'impulsions et la mesure est utilisée pour régler la quantité de la ou des substances de minéralisation et/ou de la substance alcaline ajoutées à l'eau résiduaire. on peut utiliser un microprocesseur pour automatiser le dosage précis de chacune des substances de traitement. Dans une forme préférée du procédé, le pH est ajusté entre 7,5 et 8,5. En général, le pH est ajusté en utilisant toute substance alcaline appropriée, par exemple l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium, le carbonate de sodium, le carbonate de potassium, le bicarbonate de sodium ou le bicarbonate de potassium. Un objectif de la présente invention est d'obtenir une eau résiduaire minéralisée provenant d'une installation de transformation d'aliments, pour l'utiliser comme eau de refroidissement, par exemple comme eau de refroidissement dans des tours de refroidissement. I1 peut également être souhaitable d'inclure dans l'eau un agent anti-tartre. L'agent anti-tartre peut être constitué de tous produits inhibiteurs d'entartrage disponibles dans le commerce. Il peut s'agir par exemple d'un polymère hydrosoluble d'acide acrylique ou de ses sels ayant un poids moléculaire de 1000 à 10 000, de préférence de 1500 à 4500, notamment de 2500 à 3500. De préférence, l'eau résiduaire minéralisée peut être utilisée comme eau de tour de refroidissement dans laquelle elle sera en contact avec des pièces en métal galvanisé ou en acier au carbone sans provoquer de corrosion ni d'entartrage. I1 peut également être utile d'inclure un inhibiteur de formation de film pour réduire la tendance de l'eau à former un film sur une surface métallique en réduisant ainsi la tendance à la corrosion de la surface métallique. Une telle substance peut être appelée un agent anti-film. Cet effet peut également être obtenu en utilisant un agent anti- tartre tel que défini ci-dessus. Une forme de réalisation du procédé est illustrée schématiquement par la figure 1 annexée. De la vapeur d'eau provenant d'un procédé de fabrication de fromage est condensée. L'eau condensée chaude 1 entre dans un échan geur de chaleur 4 où elle est refroidie à 10 C. L'eau condensée refroidie passe dans une conduite 5 qui l'amène dans un système de filtre à charbon actif 6. L'eau condensée entrant dans le système de filtre a une teneur en substances organiques supérieure à 5 mg/Q. La filtration réduit la teneur en substances organiques de l'eau condensée à moins de 3 mg/Q. Un capteur-émetteur d'impulsions 12 mesure la dureté et l'alcalinité de l'eau et transmet des impulsions par des câbles 13, 20 et 21 pour commander respectivement l'apport dosé d'une première substance de minéralisation 7 par un point d'introduction 14y l'apport dosé d'une seconde substance de minéralisation 8 par un point d'introduction 15 et l'apport dosé d'un agent anti-film et/ou d'un agent anti-tartre 9 par un point d'introduction 16 L'eau condensée traitée a une dureté totale (DT) supérieure à 40 ppm de CaC03, une alcalinité "M" totale supérieure à 40 ppm de CaC03 et un pH compris entre 7,5 et 8,5. Un apport dosé de biocide 10 est effectué par un point d'introduction 1 7 à un débit constant ou à un débit proportionnel au débit de l'eau condensée. L'eau condensée traitée est amenée directement par la conduite 11 à des tours de refroidissement. La légende de la Figure 1 est comme suit 1 Eau condensée chaude. 2 Eau de refroidissement introduite dans l'échangeur de chaleur. 3 Sortie de l'eau de refroidissement. 4 Échangeur de chaleur. 5 Conduite d'eau condensée refroidie. 6 Système de filtre à charbon actif. 7 Dispositif d'apport dosé de la première substance de minéralisation. 8 Dispositif d'apport dosé de la seconde substance de minéralisation. 9 Dispositif d'apport dosé d'agent anti-film et/ou d'agent anti-tartre. 10 Dispositif d'apport dosé du biocide. 11 Conduite d'eau condensée traitée. 12 Capteur-émetteur d'impulsions. 13 Câble de transmission des impulsions provenant du capteur-émetteur d'impulsions au dispositif d'apport dosé de la première substance de minéralisation. 14 Point d'introduction de la première substance de minéralisation. 15 Point d'introduction de la seconde substance de minéra lisation. 16 Point d'introduction de l'agent anti-film et/ou de l'agent anti-tartre. 17 Point d'introduction du biocide. 18 Charbon actif dans le système de filtre. 19 Silex dans le système de filtre à charbon actif. 20 Câble de transmission des impulsions provenant du capteur-émetteur d'impulsions au dispositif d'apport dosé de la seconde substance de minéralisation. 21 Câble de transmission des impulsions du capteur-émetteur d'impulsions au dispositif d'apport dosé de l'agent anti-film et/ou de l'agent anti-tartre. Une seconde forme de réalisation du procédé est illustrée schématiquement sur la Figure 2 annexée. De la vapeur d'eau provenant d'un procédé de fabrication de fromage est condensée. L'eau condensée chaude 1 entre dans un échangeur de chaleur 4 où elle est refroidie à 10 C. L'eau condensée refroidie passe dans une conduite 5 qui l'amène dans un système de filtre à charbon actif 6. L'eau condensée entrant dans le système de filtre a une teneur en substances organiques supérieure à 5 mg/Q. La filtration réduit la teneur en substances organiques de l'eau condensée à moins de 3 mg/Q. L'eau condensée filtrée est introduite dans un système de filtre de minéralisation 7 où une quantité suffisante de substance de minéralisation se dissout dans l'eau condensée pour donner une dureté totale (DT) supérieure à 40 ppm de CaC03 (4 f), une alcalinité "M" totale supérieure à 40 ppm de CaC03 (4 f) et un pH compris entre 7,5 et 8,5. Un agent anti-film et/ou un agent anti- tartre 9 sont introduits par un point d'apport dosé 16 à un débit constant ou à un débit proportionnel au débit de l'eau condensée. Un biocide 10 est introduit par un point d'apport dosé 17 à un débit constant ou à un débit proportionnel au débit de l'eau condensée. L'eau condensée traitée est amenée directement par la conduite 11 à des tours de refroidissement. La légende de la Figure 2 est comme suit 1 Eau condensée chaude. 2 Eau de refroidissement introduite dans l'échangeur de chaleur. 3 Sortie de l'eau de refroidissement. 4 Échangeur de chaleur. 5 Conduite d'eau condensée refroidie. 6 Système de filtre à charbon actif. 7 Système de filtre de minéralisation. 9 Dispositif d'apport dosé d'agent anti-film et/ou d'agent anti-tartre. 10 Dispositif d'apport dosé du biocide. 11 Conduite d'eau condensée traitée. 16 Point d'introduction de l'agent anti-film et/ou de l'agent anti-tartre. 17 Point d'introduction du biocide. 18 Charbon actif dans le système de filtre. 19 Silex dans le système de filtre à charbon actif. 20 Substance de minéralisation dans le système de filtre de minéralisation. 21 Silex dans le système de filtre de minéralisation. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de l'eau résiduaire provenant d'une installation de transformation d'aliments, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) faire passer l'eau résiduaire à travers un filtre (6) pour réduire la teneur en substances organiques dissoutes à 4 mq/-e ou moins, de préférence entre 3 et 4 mq/Q ; b) ajouter au moins une substance de minéralisation (7,8), dont l'une au moins est choisie parmi les composés du calcium ou du magnésium, pour accroître la dureté totale (DT) à plus de 40 ppm de CaCO3 et l'alcalinité "M" totale (AMT) à plus de 40 ppm de CaCO3 ; c) facultativement, ajuster le pH au-dessus de 7 en utilisant une substance alcaline ; d) facultativement, ajouter un agent anti-tartre et/ou un agent anti-film (9) ; et e) facultativement, ajouter un biocide (10). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute un agent anti-tartre et/ou un agent anti-film. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendi cation 2, caractérisé en ce qu'on ajoute un biocide. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'installation de transformation d'aliments est une laiterie ou autre installation de production de fromage. 5. 'Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'eau résiduaire est de l'eau condensée provenant d'un évaporateur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on fait passer l'eau résiduaire à travers un filtre à charbon actif. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la dureté totale (DT) et l'alcalinité "M" totale (AMT) sont élevées jusqu'à une valeur comprise entre 60 et 100 ppm de CaC03, de préférence au voisinage de 80 ppm de 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la substance de minéralisation est ajoutée en faisant passer l'eau résiduaire à travers une masse de minéralisation. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la dureté totale (DT) et l'alcalinité "M" totale (AMT) de l'eau résiduaire sont déterminées par un appareil de mesure à émetteur d'impul sions et la mesure est utilisée pour régler la quantité de la ou des substances de minéralisation et/ou de substance alcaline ajoutées à l'eau résiduaire. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 9, caractérisé en ce que le pH est ajusté entre 7,5 et 8,5. 11. Utilisation d'eau résiduaire provenant d'une installation de transformation d'aliments traitée selon le procédé de la revendication 1 , comme eau de refroidissement. 12. Utilisation selon la revendication 11, caracté risée en ce que l'eau de refroidissement est en contact avec des pièces en métal galvanisé ou en acier au carbone.