Projet Improved : résultats probants et riches en enseignements pour BASF

Pour l’industrie des procédés physico-chimiques, l’eau est une matière première d’une importance cruciale. L’installation d’essai mise en place dans le cadre du projet Improved vise à étudier les possibilités de récupérer et traiter les divers effluents de manière à produire une eau de procédé dans la qualité requise. Pendant le second semestre 2018, l’infrastructure expérimentale a été mise à l’épreuve chez BASF Anvers. L’installation est composée de deux conteneurs mobiles raccordés sur le circuit local de l’eau de procédé et de condensat. Les essais ont donné des indications utiles qui contribueront à déterminer les futurs investissements de BASF.

Dr Kristof De Neve, process manager chez BASF : « Dans une entreprise chimique, la production de vapeur est une étape indispensable pour une diversité de procédés. Mais cette vapeur doit être de grande qualité, ne serait-ce que pour éviter la corrosion des équipements. Jusqu’à 2010, nous utilisions l’eau du réseau de distribution. Depuis 2011, nous essayons de produire la vapeur avec de l’eau de surface, captée dans le parc naturel Biesbosch. »

Dans le parc naturel Biesbosch (Pays-Bas) ont été aménagés des vastes bassins de rétention. Kristof De Neve : « Avant de nous parvenir, l’eau de la Meuse captée dans ces bassins de rétention, est traitée dans une station d’épuration du gestionnaire Evides Industriewater. Ensuite, cette eau préfiltrée est déminéralisée chez BASF. »

Les défis

L’eau de surface prétraitée, utilisée par BASF depuis 2011, n’a pas la même qualité que l’eau de ville. Kristof De Neve : « Malgré le prétraitement d’épuration, elle contient encore un certain nombre de composants organiques, qui peuvent subsister même à l’issue du procédé de déminéralisation. En fait, un générateur de vapeur est comparable à une bouilloire, dans laquelle les composants organiques sont décomposés en diverses molécules, notamment du dioxyde de carbone, de l’eau et des acides organiques, corrosifs pour notre installation de production de vapeur et condensat. Via le projet Improved, nous souhaitions déterminer s’il serait possible de remédier à ce problème. »

Eau du parc naturel Biesbosch

Les partenaires du projet ont réalisé un travail de recherche sur le traitement de l’eau distribuée par la société Evides Industriewater (elle-même partenaire du projet). Pendant les réunions de concertation, des abréviations ont été utilisées pour désigner la plupart des techniques de traitement. – voir la liste dans le tableau. Kristof De Neve : « Les essais ont montré que RO permet d’éliminer une grande partie des sels et des grands composés organiques. En aval du traitement RO, il s’est avéré qu’il fallait néanmoins encore appliquer un MB pour extraire les derniers ions résiduels. D’autre part, UGent a montré que RO est une technologie fiable, en particulier les paramètres du procédé restent stables. »

« Notre actuelle unité de déminéralisation doit être remplacée. Aussi, avons-nous dès maintenant envisagé, sur la base des résultats du projet Improve, d’inclure une unité d’osmose inverse et un échangeur d’ions et de cations. »

Evelyn De Meyer, doctorante à l’UGent : « Ensuite, avec le traitement MD, nous avons constaté que l’eau avait la meilleure qualité possible, mais au détriment de l’efficience, c’est-à-dire avec un certain gaspillage d’eau. »

Kristof De Neve : « Notre actuelle unité de déminéralisation date des années 60. Il est temps de la remplacer. Aussi, avons-nous dès maintenant envisagé, sur la base des résultats du projet Improve, d’intégrer un RO et un MB. Toutefois, en ce qui nous concerne, il s’agit de traiter une eau de surface, certes prétraitée, mais qui reste néanmoins un produit naturel, dont la qualité peut fluctuer. Pour parer à toutes les éventualités, nous envisageons l’ajout d’autres technologies, entre RO et MB. Nous aurons ainsi la certitude que notre installation pourra faire son travail pendant les 30 à 40 années à venir. »

L’une de ces technologies, qui pourrait être ajoutée, est l’UF : « En principe, cela pourrait être une solution de rechange, plutôt que les filtres à sable; cela permettrait de contrôler davantage les bactéries. Pour l’instant, nous procédons par dosage de biocides, mais un prétraitement UF permettrait sans doute d’éviter l’usage des biocides. »

Eau de condensat

Les conteneurs du projet Improved n’ont pas servi uniquement à tester l’eau du Biesbosch. Kristof De Neve : « Nous avons également un traitement du condensat de la vapeur générée sur notre site d’Anvers, nous récupérons ainsi de l’énergie et 70 % de l’eau. Le condensat est une eau très pure, c’est une matière première intéressante pour produire plus d’eau déminéralisée et finalement plus de vapeur. »

Il est question d’un train complet d’opérations de traitement de l’eau. « Nous utilisons MB, un échangeur intégrant à la fois un échangeur de cations et d’ions. Le projet Improved nous a permis d’étudier quelles autres techniques nous pourrions éventuellement inclure également. La qualité du condensat récupéré est mesurable sur base de la conductibilité de l’eau : 0,2 microsiemens par centimètre, soit très peu d’ions résiduels. Sans doute trouve-t-on encore un peu de sodium, ou de silice, et peut-être de chlorure. Que faire, par conséquent ? Nous allons éliminer ces derniers ions. Mais dans ce condensat il subsiste également une grande quantité d’ammoniac, un cation. La configuration MB que nous utilisons actuellement contient de l’ammoniac que nous devons régénérer, avec de la soude et HCl. Aussi, avons-nous pensé que nous pourrions placer en amont un S.A.C. qui permettrait d’extraire l’ammoniac, avant même que le flux du condensat n’arrive au MB, ce qui réduirait les coûts de régénération au niveau du MB. Notre actuelle configuration MB fonctionne bien; placer un S.A.C. en amont est surtout une mesure d’optimalisation en vue de réduire les coûts de régénération, par réduction de la quantité de soude requise. Les essais réalisés dans le cadre du projet Improved ont montré que la combinaison S.A.C.-MB donne de bons résultats. Nous allons donc l’intégrer dans notre nouvelle installation. Pour l’instant, nous n’avons pas encore planifié le remplacement de notre unité de traitement du condensat, mais dès que le moment sera venu, cette combinaison sera envisagée. »

Volet économique

Au moment de l’interview, le volet économique de l’étude restait à finaliser. Kristof De Neve : « Même lorsqu’une technologie présente de bons résultats, il se peut que l’on constate par la suite qu’elle exige davantage d’électricité ou de chaleur, par conséquent, en terme de rentabilité, la solution n’est pas réaliste. »

Evelyn De Meyer : « Pour l’instant, il nous semble que les techniques avec lesquelles nous avons obtenu un bon score pourraient s’avérer les plus adéquates, même à l’issue de l’analyse de rentabilité économique. »

Kristof De Neve : « Nous avons constaté que RO permet une très bonne qualité, meilleure qu’avec IEX, mais une partie de l’eau est perdue. Avec IEX, la qualité était un peu moindre, à cause des composés organiques, mais avec moins de gaspillage d’eau. L’analyse coûts/avantages montrera quelle est option la plus favorable. »

« La chimie antimicrobienne peut réduire l’efficience de l’adsorption des résines. Mais pour l’instant aucun effet n’a été détecté. »

Trois modules

Le module 1 du projet concerne l’épuration des eaux usées, explique Kristof De Neve. Le module 2 focalise sur les conduites de distribution, tandis que le module 3 est dédié à l’étude des incidences de la corrosion.

Kristof De Neve décrit une section importante du réseau de distribution : « La station d’épuration par filtre à sable de la société Evides Industriewater se trouve aux Pays-Bas. Au départ, les conduites sont en acier. Elles sont raccordées sur notre réseau de conduites au nord du site et, de là, sur les unités de déminéralisation Evides Industriewater et BASF. »

Kristof De Neve explique la raison d’être du module 2 : « Produire la qualité requise, c’est très bien, encore faut-il que cette qualité reste constante pendant le transport via les conduites. Parfois, l’eau contient encore des phosphates ou des groupes aminés, qui peuvent favoriser la croissance microbienne. »

Pour éviter que les conduites en acier, situées en aval de l’unité de déminéralisation, ne soient contaminées par des bactéries, « une filtration est réalisée dans la station d’épuration, avec ajout d’un biocide, pour prévenir le risque de corrosion et de fuites dans les conduites. Mais il faut éviter également que le chlore n’endommage les résines de nos échangeurs d’ions. Pour le neutraliser, nous ajoutons un produit chimique via une unité de dosage. »

Evelyn De Meyer : « Dans le cadre du module 2, nous avons surtout réalisé des essais en laboratoire. Il s’agissait d’étudier dans quelle mesure la microbiologie est éliminée dans les colonnes IEX, notamment l’effet des agents biocides. Chaque colonne de BASF était équipée d’un système de cytométrie en ligne : les résultats ont corroboré les travaux obtenus en laboratoire. Finalement, nous avons appris que la qualité, à l’issue du cycle complet des opérations de traitement, était suffisante. Au laboratoire, nous étions également très intéressés de savoir quel serait l’effet de la chimie antimicrobienne sur les résines et sur la performance de l’IEX. Après tout, cette chimie supplémentaire peut, en principe, contribuer à réduire l’efficience d’adsorption des résines. Mais pour l’instant aucun effet n’a été détecté. »

Dans le cadre du module 3, précisent De Meyer et De Neve, l’étude en cours vise à déterminer l’incidence des acides organiques sur la corrosion.

En novembre dernier, les deux containers ont quitté le site BASF, pour se rendre utiles 40 kilomètres plus loin, chez Dow Terneuzen.

Par Koen Vandepopuliere