Brevet FR2823499A1 — publié le 20021018

revendications 1 à 3. Procédé de reminéralisation d'une eau brute. L'invention concerne le domaine du traitement des eaux. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de traitement d'eau destinée à la consommation humaine, à un process industriel, à un usage agricole ou autre. Dans ce domaine, il est souvent nécessaire d'effectuer un traitement de correction de l'agressivité ou de reminéralisation de l'eau, en particulier lorsque celle-ci présente un pH compris entre 2 et 9, une faible alcalinité et une faible concentration en calcium et/ou magnésium. Un tel traitement peut être effectué au début de la filière (pré reminéralisation), en cours de filière (inter-reminéralisation) ou en fin de filière (reminéralisation fmale). Le traitement peut alors nécessiter une ou plusieurs de ces étapes en fonction de la qualité de l'eau brute. Or, un défaut de reminéralisation des eaux peut entrâîner soit une agressivité des eaux vis-à-vis des calcaires, des bétons et des ciments, soit une corrosivité des eaux vis-à-vis des métaux. Les ouvrages et équipements en relation avec le circuit d'eau peuvent alors être endommagés, voire détruits, et l'eau acquiert une turbidité et une coloration rouge, verte ou autre. Pour éviter de telles conséquences, on procède classiquement à une reminéralisation partielle ou totale de l'eau brute pour la rendre moins voire non agressive vis-à-vis de tous les contenants en béton (réservoirs, pipes, conduites, bassins, etc...) et la rendre également moins corrosive vis-à-vis des métaux. Le degré d'équilibre calco-carbonique d'une eau est généralement mesuré à partir de son indice de saturation qui se définit comme étant la différence entre le pH de l'eau et le pH qu'elle devrait avoir à alcalinité égale pour être à I'équilibre (pH de saturation). Bien que la qualité des eaux brutes soit très variable, elles présentent souvent des valeurs d'indice de saturation comprises entre -2 et-3. En procédant à une reminéralisation partielle, on parvient à porter l'indice de saturation à des valeurs comprises entre -0,3 et-0,5, tandis qu'après reminéralisation totale, I'eau est ramenée à l'équilibre calcocarbonique (indice de saturation égal à 0). Le but de ce type de traitement est donc d'amener l'indice de saturation à une valeur de O ou proche de 0. Traditionnellement, cette opération est réalisée en procédant à une injection de gaz carbonique et d'une base minérale comme la chaux, la soude, le carbonate de sodium ou le bicarbonate de soude. Le mélange des réactifs est effectué par le biais d'un mélangeur statique ou réalisé dans des cuves séparées (injection d'un réactif par cuve), ou encore dans une cuve unique dans laquelle 1es deux réactifs sont injectés en même temps. Selon les techniques connues, I'opération de reminéralisation est effectuée sur la totalité du débit d'eau à traiter, telle qu'illustré par la figure 1. Cette technique présente l'inconvénient de nécessiter des équipements lourds incluant notamment des volumes importants de cuves. L'expérience montre effectivement que les coûts engendrés par les équipements nécessaires alourdissent de façon substantielle le coût global de l'installation de traitement d'eau, ceci étant particulièrement vérifié pour les installations importantes qui exigent une maintenance et une exploitation lourde. L'invention a notamment pour objectif de pallier cet inconvénient de l'état de la technique. Plus précisément, un objectif de l'invention est de proposer un procédé de reminéralisation d'une eau brute qui nocessite des ouvrages et des équipements moins volumineux qu'avec les techniques de l'art antérieur. L'invention a également pour objectif de proposer un tel procédé qui permette de réaliser des économies substantielles par rapport aux coûts liés à l'installation, à l'exploitation et à la maintenance des solutions de l'art antérieur. Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparâîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de reminéralisation d'une eau brute du type comprenant une étape d'inj ection de gaz carbonique et d' au moins une base minérale. Selon I'invention, le procédé comprend les étapes consistant à: - séparer le débit Q d'eau brute en un débit Q1 et un débit Q2; - ne traiter que ledit débit Q1 par injection de gaz carbonique et d'au moins une base minérale; - mélanger le débit Q1 traité avec ledit débit Q2 non traité. On obtient ainsi un procédé de reminéralisation dont la maintenance et l'exploitation sont simplifiées, tout en permettant de réaliser des économies notables sur le coût des équipements et accessoires (pompes, vannes, clapets, tubes, etc...). En outre, la comparaison entre une reminéralisation sur tout le débit et sur une partie seulement du débit selon 1'invention fait apparâtre des gains importants de volume et de surfaces d'ouvrage. Selon une première solution avantageuse, ladite base minérale comprend de la chaux injectée sous forme de lait de chaux. Selon une autre solution avantageuse, ladite base minérale comprend de la chaux injectée sous forme d'eau de chaux. Dans ce cas ladite injection d'eau de chaux est réalisée à l'aide d'un saturateur à chaux. On parvient ainsi, à l'aide du saturateur à chaux, à obtenir un ajustement assez précis de l'alcalinité finale souhaitée. D'autres bases minérales pourront bien sûr être utilisées dans d'autres modes de réali sati on sans sortir du cadre de 1 'inv enti on. Selon une solution préférentielle, ladite injection de gaz carbonique est réalisée soit à partir des évents d'une tour de dégazage d'une eau chargée en gaz carbonique soit à partir du produit pur. Avantageusement, ledit débit Q. est compris entre 5 et 95 % du débit Q. En procédant ainsi à une reminéralisation sur une partie seulement du débit d'eau brute, on parvient à atteindre les qualités finales souhaitées en matière d'alcalinité et de concentration en calcium, l'indice de saturation correspondant se situant entre - 0,5 et + 0,1. Selon une solution particulièrement avantageuse, ledit débit Q. est inférieur audit débit Q2 Dans le cas o le débit traité par addition de réactifs est inférieur à 50% du débit d'eau brute, on obtient effectivement des gains économiques substantiels. Préférentiellement, ledit débit Q représente environ 30 % du débit Q. On notera dans ce cas particulier qu'il est possible de mettre en _uvre des ouvrages trois fois moins volumineux que ceux utilisés dans les techniques classiques de reminéralisation totale. Bien entendu, d'autres modes de réalisation modifiant la fraction du débit traité peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. Selon une variante avantageuse, le procédé comprend au moins une étape de traitement complémentaire (clarification; oxydation, affinage) en amont etlou en aval de ladite étape de traitement dudit débit Q. En fonction de la qualité de l'eau brute et selon qu'une reminéralisation partielle ou totale est souhaitée, on pourra procéder effectivement à une injection finale de réactifs (chaux, soude, carbonate de soude) sur le débit total après mélange des débits partiels Q et Q2 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparâtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 illustre de façon schématique un procédé de reminéralisation selon l'état de l'art antérieur; - la figure 2 illustre de façon schématique un procédé de reminéralisation par traitement de seulement une fraction du débit d' eau brute s elon 1 'inv enti on. Tel que représenté de façon schématique par la figure 1, le procédé de reminéralisation selon l'état de la technique traite, par injection de gaz carbonique et de chaux (ou d'un autre réactif), la totalité du débit Q d'eau à reminéraliser. Selon l'invention telle que représentée par la figure 2, le débit Q d'eau à reminéraliser est séparé en deux débits Q et Q2. Le débit Q correspondant selon le présent mode de réalisation à 30% du débit Q subit un traitement poussé de reminéralisation par injection de gaz carbonique et par addition de réactifs appropriés, en 1'occurrence de 1'eau de chaux, I'injection de cette demière étant réalisée à l'aide d'un saturateur à chaux. Un autre mode de réalisation pourrait consister à injecter la chaux sous forme de lait de chaux. L'injection de gaz carbonique est réalisée à partir des évents d'une tour de dégazage (non représentée) d'une eau chargée en gaz carbonique. Dans d'autres modes de réalisation, I'injection de gaz carbonique pourra être effectuée à partir de produit pur. Comme cela apparâît clairement sur la figure 2, le débit Q2fomme un by pass de l'étape de traitement subie par le débit Q. A l'issue de l'étape de traitement du débit Q, les débits Qi et Q2 sont mélangés formant ainsi un débit Q d'eau reminéralisée. Selon le présent mode de réalisation préférentiel de l'invention, le débit Q d'eau reminéralisée peut subir une étape complémentaire de traitement par addition de chaux, en fonction de la qualité finale d'eau souhaitée. Les avantages du procédé selon l'invention vont maintenant être mis en évidence par le comparatif d'un procédé de reminérali sati on totale sel on l'état de la technique et d'un procédé de reminéralisation de seulement une fraction du débit d'eau brute selon l'invention. Ce comparatif est conduit avec une eau brute présentant les caractéristiques suivantes: - débit: 1000 m3/h; - température: 20 C; pH:6,5; - CO2 libre: 6,72; - alcalinité: 10 mgA CaCO3; - calcium: 2 mg/1. Après traitement dans le cadre d'un procédé de reminéralisation du débit total d'eau brute, celle-ci présente les caractéristiques suivantes: débit: 1000m3/h; - pH:7,87; - pH de saturation: 7,87; - indice de saturation: 0; - CO2 libre: 2,71 mg/l; - alcalinité: 104 mg/1 CaCO3; calcium: 39,9 mg/1 Au cours du procédé de reminéralisation du débit total d'eau brute, le gaz carbonique est injecté à raison de 76 g/m3 et la chaux 69,56 g/m3, le saturateur à chaux nécessaire à la mise en ceuvre de ce procédé présentant les caractéristiques suivantes: - vitesse au miroir: 6m/h; - surface unitaire: 1000/6 = 166,6 m2; - volume de la cuve de réaction: 1000 x 10/60 = 166,6 m3 (pour un temps de contact de 10 mn). Dans le cadre maintenant du procédé selon l'invention, au cours duquel seuls 30% du débit d'eau à reminéraliser sont traités, le traitement est réalisé par injection de gaz carbonique à raison de 222 g/m3 et de Ca(OH2) à raison de 192,4 g/m3. La fraction du débit traité présente les caractéristiques suivantes: - débit:300 m3/h; - pH:7,06; - pH de saturation: 7,06; - indice de saturation: 0; - CO2 libre: 42,73 mg/1; alcalinité: 270 mg/1 CaCO3; - calcium: 106 mg/1. Le saturateur mis en _uvre pour obtenir ce résultat présente les caractéristiques suivantes: - vitesse au miroir: 6m/h; - surface unitaire: 300/6 = 50 m2; - volume de la cuve de réaction: 300 x 10/60 = 50 m3 (pour un temps de contact de 10 mn). Après mélange du débit d'eau traité et du débit d'eau non traité, I'eau présente les caractéristiques suivantes: - débit: 1000 m3/h; - pH:6,99; pH de saturation: 8,01; - indice de saturation: -1,02; - CO2 libre: 17,52 mg/l; - alcalinité: 88 mg/l CaCO3; - calcium: 33,2 mg/l. Après une étape finale consistant à procéder à une addition de chaux à raison de 12,4 g/m3, I'eau présente, en sortie du procédé selon l'invention, les caractéristiques suivantes: - débit: 1000 m3/h; - pH: 7, 86; - pH de saturation: 7,86; - indice de saturation: 0; - CO2 libre: 2, 77 mg/1; - alcalinité: 104,8 mg/l CaCO3; - calcium: 39,92 mg/1. On remarque donc que, pour une qualité d'eau reminéralisce présentant en sortie de traitement des caractéristiques quasi identiques, le saturateur à chaux mis en _uvre dans le cadre du procédé selon l 'i nventi on nécessite une surface unitaire plus de trois fois plus petite que celle du saturateur à chaux mis en _uvre dans le cadre du procédé de reminéralisation du débit total d'eau brute. Ce comparatif démontre done que le procédé scion l'invention permet d'obtenir des Economies substantielles au niveau des investissements totaux (équipements et accessoires) lids à une installation de traitement d'eau. D'autres modes de réalisation utilisant le principe du procédé de reminéralisation de seulement une fraction du débit d'eau brute qui vient d'être décrit sont bien entendu envisageables sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1- Procédé de reminéralisation d'une eau brute du type comprenant une étape d'injection de gaz carbonique et d'au moins une base minérale, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - séparer le débit Q d'eau brute en un débit Q et un débit Q2; - ne traiter que ledit débit Qi par injection de gaz carbonique et d'au moins une base minérale; - mélanger le débit Q. traité avec ledit débit Q2 non traité. 2-. Procédé de reminéralisation d'une eau brute selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite base minérale est choisie parmi les bases suivantes: chaux, soude, carbonate de soude, bicarbonate de soude. 3- Procédé de reminéralisation d'une eau brute selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite base minérale comprend de la chaux injectée sous forme de lait de chaux. 4- Procédé de reminéralisation d'une eau brute selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite base minérale comprend de la chaux injectée sous forme d'eau de chaux. - Procédé de reminéralisation d'une eau brute selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite injection d'eau de chaux est réalisée à l'aide d'un saturateur à chaux. 6- Procédé de reminéralisation d'une eau brute selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite injection de gaz carbonique est réalisée soit à partir des évents d'une tour de dégazage d'une eau chargée en gaz carbonique soit à partir de produit pur. 7- Procédé de reminéralisation d'une eau brute selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le débit Q est compris entre 5 et 95 % du débit Q. 8- Procédé de reminéralisation d'une eau brute selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit débit Q est inférieur audit débit Q2. 9- Procédé de reminéralisation d'une eau brute selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit débit Qua représente environ 30 % du débit Q. - Procédé de reminéralisation d'une eau brute scion l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de traitement complémentaire de clarification oxydation affinage, en