Zéro rejet liquide : quels procédés (1/2) ?

Implanter de grosses unités de production électrique dans une région où les ressources en eau sont plutôt rares et précieuses, c'est un sacré challenge d'autant plus lorsque les réglementations environnementales se font de plus en plus strictes. C'est le cas notamment des unités les plus polluantes (cas de centrales thermiques au charbon par exemple).

En effet, ces installations nécessitent des volumes d'eau conséquents pour laver les fumées dans un absorbeur (désulfuration humide considérée comme meilleure technique disponible). Mais cela génère de grandes quantités d'effluents liquides et de déchets solides (boues). Avant le rejet dans le milieu naturel, un traitement de la fraction liquide est nécessaire pour ne pas dépasser les valeurs limites maximales en métaux lourds ou en chlorures, sélénium et molécules organiques.

Le principe général du procédé consiste classiquement en une étape de neutralisation (correction de pH) suivie d'une étape de précipitation (ajout de coagulants, floculants qui permettent la (ou les) précipitation(s)* des métaux lourds dans la bonne fenêtre de pH). Enfin, la séparation par sédimentation puis filtration permet de récupérer d'une part des boues (qui seront ensuite séchées et mises en décharge) et une fraction liquide qui, conforme à la réglementation, peut être rejetée dans le milieu naturel.

'* Souvent il y a deux étapes de précipitations, car tous les composés ne précipitent pas sur la même fenêtre de pH.

Schéma du procédé de lavage des fumées et traitement des rejets - Source 3E Partner

Il est possible d'aller encore un peu plus loin avec un traitement biologique (juste avant le rejet) de façon à réduire la teneur en nitrates, ammoniac et molécules organiques mais également en séléniates...

Oui mais voilà, même s'il semble que l'aspect des polluants chimiques soit réglé, certaines réglementations imposent d'aller encore plus loin (sur des concentrations en sélénium ou mercure par exemple) d'autant plus qu'il n'en reste pas moins une forte consommation d'eau et des rejets liquides.

Ne serait-il donc pas possible de recycler complètement ces rejets au sein du procédé de façon à limiter d'une part la consommation d'eau et d'autre part de se limiter à des rejets solides (le plus stables possible), bref une unité zéro rejet liquide ? Certaines réglementations l'imposent déjà : le procédé ZLD (Zero liquid discharge) ou ZRL (Zéro rejet liquide) est alors l'unique solution pour atteindre cette nouvelle contrainte.

Le procédé ZLD "classique"

La technique classique permettant d'éliminer tout rejet liquide consiste en une évaporation-cristallisation : toutes les espèces dissoutes sont amenées à précipiter et l'eau purifiée par distillation est réutilisée dans le procédé.

Cette technique intervient en complément des étapes de traitement de rejets présentés précédemment ou s'y substituent : tout dépend de la teneur des différents sels à traiter.

Cela se fait en plusieurs étapes : une première étape est dédiée à la concentration des sels. Environ 90 % de l'eau est évaporée au sein du concentrateur de saumure grâce à un évaporateur à film tombant (cet échangeur est alimenté par de la vapeur sous pression). A l'issue de cette étape, les sels sont concentrés mais la cristallisation n'est que de faible ampleur. Il faut donc accentuer le phénomène de cristallisation.

Évaporateur à film tombant : 1 entrée du flux à concentrer 2 concentrat 3 alimentation en vapeur 4 Eau purifiée

Dans une seconde étape, un nouvel évaporateur-cristalliseur de design différent est à circulation forcée (vitesse d'écoulement élevée), alimenté également par de la vapeur (l'apport de chaleur est particulièrement important dans la mesure où le point d'ébullition de la solution est élevé*). Cette étape favorise alors la cristallisation. Les solides cristallisés sont séparés de la liqueur mère (réacheminée à l'entrée du cristalliseur). Les risques de corrosion dans ce second évaporateur sont particulièrement accrus (solution riche en chlorures) ce qui nécessite des alliages nobles pour mieux résister (le coût en est augmenté).

'*Plus une solution est concentrée en sels, plus son point d'ébullition sera élevé.

Voilà une petite vidéo GE, pour plonger "au coeur" du process.

Dans un prochain article, il sera question des récents développements du procédé ZLD.