EFC pour traiter l’eau saturée en sel
EFC pour traiter l’eau saturée en sel
Figure 1 : schéma du point eutectique de congélation. (illustration KWR)
Nienke Koeman. (photo KWR)
Installation pilote EFC à Botlek, Rotterdam. (photo KWR/Cool Separations)
La glace sortant de l’unité de filtration sous vide, dans l’installation de Botlek. (photo KWR)
L’EFC (Eutectic Freeze Crystallisation) est une technologie en plein développement, très prometteuse surtout pour le traitement des solutions concentrées ou même saturées en sel, provenant de la régénération des échangeurs d’ions ou après une osmose inverse. Beaucoup d’entreprises industrielles pourraient être intéressées par cette technologie.
Le traitement par échange d’ions est souvent basé sur des résines qu’il faut régénérer. Il en résulte une solution fortement concentrée en sel, dont on ne sait trop que faire. Parmi les options : mise en décharge ou traitement par un procédé d’épuration biologique. L’une des technologies alternatives, telle qu’elle est envisagée par plusieurs chercheurs, pourrait être l’EFC (Eutectic Freeze Crystallisation). Selon Nienke Koeman, Dr. ir. , chercheuse à l’institut KWR Watercycle Research : « Cette technologie de séparation est surtout prometteuse pour les solutions fortement concentrées, voire même saturées en sel, également dénommées saumures, qui proviennent notamment de la régénération des échangeurs d’ions ou d’un procédé d’osmose inverse. »
Secteurs
L’EFC convient surtout lorsque la teneur en sel est proche de la saturation, sinon une étape de concentration est nécessaire, par exemple, via une technologie à membrane. Pour quelques secteurs, il peut s’agir d’une technologie intéressante, selon Nienke Koeman : « c’est le cas de l’industrie des produits alimentaires. Un avantage de l’EFC est qu’il est possible de concentrer le flux par refroidissement, plutôt que par élévation de la température, méthode habituelle, qui peut altérer la texture des ingrédients. Les autres secteurs produisant des flux de saumures sont l’industrie chimique, pétrolière, et minière. »
Principe de fonctionnement
Nienke Koeman, devenue entretemps l’une des spécialistes EFC dans le Benelux, explique le principe de fonctionnement (voir la Figure 1).
Le résultat obtenu par le refroidissement avec l’installation EFC dépend de la concentration initiale de la saumure. Si la concentration en sel est inférieure à la concentration au point eutectique, on obtient d’abord de la glace (Figure : flèche de A vers B). Tandis que si la concentration est plus élevée, il y a d’abord formation de sel. (Figure : de C vers D).
« Soit du sel, soit de la glace », constate Koeman. « Pour obtenir les deux, il faut refroidir jusqu’au point eutectique, on peut alors éliminer la glace parce qu’elle flotte en surface. »
Les atouts
L’EFC est un procédé de séparation : sel, glace et solution concentrée en sel. Nienke Koeman : « Beaucoup d’entreprises souhaitent récupérer et réutiliser l’eau, mais la technologie EFC permet en plus de récupérer le sel. Une bonne chose pour l’environnement, mais également pour réduire les coûts. Le sel de cuisine, NaCl, ne coûte pas grand chose, mais selon les quantités, cela peut valoir la peine malgré tout. D’autres types de sels sont coûteux, c’est alors d’autant plus intéressant. »
Ensuite, il reste le flux résiduel qu’il faut éliminer après un traitement EFC : mais ce flux étant beaucoup moindre, c’est un avantage de plus en terme de coût. Autre aspect important, le volet énergétique. « Lorsqu’une technologie est basée sur l’évaporation, le procédé est théoriquement plus énergivore que la congélation », explique Nienke Koeman.
Un bémol toutefois : en l’état actuel, la technologie n’est pas commercialisable. Diverses organisations, entre autres, l’institut KWR, s’efforcent de la promouvoir. Nienke Koeman mentionne quelques projets marquants. « Il s’agit de projets de partenariat avec un fournisseur de technologie et/ou client-utilisateur. »
Botlek, Rotterdam
Parmi les projets marquants, le dénommé Traitement du régénérat des échangeurs d’ions au moyen de l’EFC, un projet réalisé de 2013 à 2016 dans une installation de production d’eau déminéralisée à Botlek, zone portuaire et industrielle à Rotterdam. L’eau de surface brute contient, notamment, plus de 80 mg/l de calcium, cette eau est déminéralisée par échange de cations. Pendant la régénération de la résine, on utilise une solution contenant 10 pour cent de NaCl. Après la régénération, la concentration en sel est 2 à 4 pour cent. Il s’agit surtout de NaCl, mais la solution contient d’autres substances anorganiques, notamment du calcium.
La firme EFC Separations (aujourd’hui Cool Separations) a monté une installation pilote EFC semi-industrielle, d’une capacité de 50 à 200 kg de glace par heure. L’installation permettait de nettoyer la glace et les cristaux de sel, pour améliorer la qualité de l’eau et du sel récupérés. L’installation est restée en service pendant quelques mois. Finalement, les partenaires du projet ont estimé que la technologie EFC avait un potentiel de rentabilité.
« Beaucoup d’entreprises souhaitent récupérer l’eau. Mais la technique EFC permet également de récupérer le sel. »
Orpheus
Si les progrès sont notables concernant le traitement par EFC des flux de saumures contaminés par des substances anorganiques, comme le calcium, il reste beaucoup de choses à découvrir concernant l’applicabilité de la technologie EFC pour les flux de saumures contenant des matières organiques. Ces possibilités sont étudiées dans le cadre du projet Orpheus (1er mai 2016 jusqu’à novembre 2018). Il s’agit de concentrer des petits débits (un à dix mètres cubes/h) de flux résiduels, générés dans l’industrie des procédés physico-chimiques. Selon l’institut KWR, ces débits sont insuffisants pour justifier un traitement MEE (Multi Effect Evaporatie), qui serait trop coûteux. Le projet Orpheus étudie le potentiel des autres technologies, notamment l’EFC. Nienke Koeman : « Nous testons l’installation pilote sur l’eau de AkzoNobel, qui contient surtout du NaCl, mais également des impuretés comme le calcium et des phosphates. Et nous ajoutons des composants organiques, pour analyser l’effet qui en résulte. Nous constatons, par exemple, une incidence sur la formation des cristaux. Nous cherchons maintenant à déterminer à quoi cela pourrait servir. »
Afrique du Sud
« Le projet à Botlek était mené dans le cadre d’un subside néerlandais (TKI). Orpheus est un projet ISPT, une organisation qui facilite la recherche en réunissant des entreprises et des centres de compétences », informe Nienke Koeman.
Entretemps, une firme, Cool Separations, se félicite d’avoir franchi le seuil de la mise sur le marché, après avoir vendu une installation EFC opérationnelle dans l’industrie pour le traitement des effluents acides de l’industrie minière. Cette installation doit servir à récupérer l’eau après élimination des sels de sulfate.
Néanmoins, pour exploiter tout le potentiel de la technologie EFC, les travaux de recherche doivent se poursuivre. Peut-être qu’alors le traitement des effluents à très forte teneur en sels deviendra vraiment un jeu d’enfant.
Par Koen Vandepopuliere
www.tkiwatertechnologie.nl/project/eutectic-freeze-crystallisation/
