L’importance de la gestion intégrale de l’eau dans l’industrie a été largement analysée ces dernières années, que ce soit en termes technologiques, hygiéniques-sanitaires, environnementaux, sociaux ou économiques. Dans ce contexte, le rôle de la technologie dans le traitement des eaux usées, comme moyen de donner une seconde vie utile à l’eau (ou de prolonger son cycle de vie), est indiscutable. Nous discutons des différentes stratégies de traitement des eaux de procédé selon l’approche adoptée.
En termes de durabilité, cela doit impliquer trois actions majeures :
- Minimisation de la consommation d’eau dans l’activité industrielle.
- Épuration des flux résiduels pour réduire leur impact environnemental.
- Régénération, désinfection et récupération des eaux usées pour leur réutilisation.
Mais nous négligeons souvent un point important : pour envisager la réutilisation de ces eaux usées, la régénération, la récupération et la désinfection doivent être effectuées selon des critères de qualité afin de transformer ces eaux usées en eaux de procédé, conformément au Décret royal 1620/2007 du 7 décembre, qui établit le régime juridique pour la réutilisation des eaux traitées. Cela signifie que les eaux usées, tout comme les eaux de captage ou d’approvisionnement, doivent respecter des paramètres de qualité industrielle bien définis selon les processus et les industries afin d’assurer le bon déroulement des activités et d’éviter des désagréments tels que la contamination microbiologique, la contamination croisée, les incrustations, la corrosion et/ou le dépôt de composés indésirables sur des éléments sensibles comme les tuyaux, les coudes, les vannes, les réservoirs, les instruments de mesure et tout type de conduits. Ces effets varient en fonction de l’activité industrielle, mais se traduisent toujours par une baisse des performances des processus concernés et, directement, par un impact négatif sur l’économie de l’entreprise.
Mais revenons-en à la question : qu’est-ce que l’eau de procédé ?
Statut de l’eau de procédé
Le concept d’eau de procédé peut être défini comme l’eau utilisée ou impliquée dans l’activité productive de l’industrie, y compris les processus de fabrication (comme ingrédient ou matière première), le traitement, la préservation, comme moyen de transport, la génération d’énergie (chaudières, refroidissement, échangeurs de chaleur ou moteurs), le nettoyage et la désinfection, ainsi que des applications similaires dans l’industrie. L’eau de procédé provient généralement du traitement de l’eau d’alimentation ou de l’approvisionnement à partir de sources en réseau, souterraines ou de surface.
Pour l’industrie alimentaire en particulier, l’eau de procédé peut être définie comme « toutes les eaux utilisées dans l’industrie alimentaire pour la fabrication, le traitement, la préservation ou la commercialisation de produits ou substances destinés à la consommation humaine, ainsi que celles utilisées pour le nettoyage des surfaces, objets et matériaux susceptibles d’entrer en contact avec des aliments », tel qu’indiqué dans le texte décrit à l’article 2.b du Décret royal 140/2003 du 7 février, qui établit les critères sanitaires pour la qualité de l’eau potable.
Où réside la complexité des stratégies de traitement des eaux de procédé ?
Les stratégies de traitement des eaux de procédé deviennent plus complexes que celles déjà présentes dans les processus définis de traitement des eaux usées générées dans une station d’épuration (STEP). Cela nécessite une caractérisation minutieuse de l’eau de captage ou d’approvisionnement qui doit être conditionnée en tant qu’eau de procédé, ainsi que la connaissance des exigences de qualité nécessaires pour obtenir une eau de qualité et achever de manière satisfaisante sa régénération pour la réutilisation. C’est ici que réside la difficulté, à la convergence de deux domaines de connaissance opposés : le cadre réglementaire et législatif, pour clarifier les étapes à suivre et définir l’objectif minimal, et les aspects techniques liés aux technologies et processus existants qui intègrent notre industrie. Par conséquent, la grande variabilité de ces paramètres, selon le secteur industriel et son application spécifique, conduit à définir des stratégies adaptées à chaque type d’eau.
Cela représente véritablement un défi pour les technologies actuelles disponibles sur le marché ainsi que pour celles en phase de développement (dans un environnement de recherche ou académique), car elles doivent s’adapter et évoluer à la fois dans leur application industrielle et leur introduction dans des secteurs où elles n’étaient pas appliquées auparavant en raison de leur efficacité ou simplement parce que leur utilité était inconnue. À ce stade, il est entendu que les exigences et besoins dans l’industrie pharmaceutique ne sont pas et ne seront pas les mêmes que ceux requis dans les industries cosmétique, alimentaire ou pétrochimique. De plus, au sein d’une même industrie et d’un même sous-secteur, l’eau utilisée comme ingrédient dans un produit ou matière première n’a pas besoin de la même qualité que l’eau utilisée pour le nettoyage ou le rinçage, pour donner un exemple simple.
- Osmose inverse (une technologie à membrane entraînée par un gradient de pression, très efficace dans la dessalinisation et la purification de l’eau).
- Adsorption par échange d’ions (une technique d’adsorption où le ou les composés d’intérêt sont retenus par attraction électrostatique, utilisée à la fois pour la purification ionique de l’eau et pour l’obtention de composés de grande valeur dans l’industrie pharmaceutique et la récupération de métaux lourds d’importance industrielle).
- Électrodialyse (une technologie à membrane qui intègre des concepts des technologies précédemment mentionnées, où la force motrice pour la séparation des composés ioniques est un gradient électrique induit par un champ électrique externe, principalement utilisée pour la dessalinisation et la neutralisation des flux très acides ou très alcalins, voire une combinaison de ceux-ci avec d’autres pour obtenir la déminéralisation souhaitée).
Cela implique que non seulement la technologie est importante, mais aussi que la disposition des prétraitements (conditionnement pour améliorer les performances) et la configuration réelle de la technologie principale jouent un rôle significatif dans le traitement et l’adaptation des eaux de procédé. La même qualité d’eau ne sera pas obtenue si elle subit une seule étape d’osmose inverse, si elle fonctionne en série avec plus d’un module d’osmose inverse, si elle fonctionne en cascade ou en arbre avec différentes membranes et tailles, etc. Par exemple, ces processus de déminéralisation ont tendance à acidifier l’eau, c’est pourquoi un processus d’ajustement du pH aux conditions d’utilisation (alcalinisation) et aux recommandations du fournisseur doit être mis en place, ainsi que l’introduction et/ou l’ajout de procédés de désinfection au cas où l’eau traitée s’accumulerait.
Pour l’élimination de la matière organique : processus d’adsorption sur charbon actif
Si l’accent est mis sur l’élimination de la matière organique présente dans cette eau d’approvisionnement ou de captage, non seulement les procédés de séparation par membrane tels que la microfiltration, l’ultrafiltration, la nanofiltration et l’osmose inverse mentionnée précédemment gagnent en importance, mais un autre traitement intéressant industriellement pour les eaux de procédé est l’adsorption sur charbon actif. Ces procédés sont très similaires en concept à l’échange d’ions, où la séparation sélective d’un ou plusieurs composants présents dans un gaz ou un liquide se fait par leur accumulation à la surface d’un solide microporeux. Cette technologie est particulièrement utile pour retenir les composés organiques responsables des odeurs, du goût et de la couleur dans l’eau qui la traverse, réduisant ainsi leur présence dans l’eau de procédé. Actuellement, le matériau adsorbant (charbon actif) est le plus utilisé, mais le spectre s’élargit à de nouveaux matériaux sur lesquels il faudra se concentrer dans les années à venir, tels que l’alumine activée, les zéolithes ou les structures organométalliques.
Pour la désinfection : technologies d’oxydation avancée telles que l’ozone ou l’irradiation ultraviolette
Si l’on approfondit la désinfection au-delà de la chloration, les technologies d’oxydation avancée comme l’ozone ou l’irradiation ultraviolette sont très utiles pour le conditionnement des eaux de lavage et celles utilisées dans les circuits de chaudières et de refroidissement, mais leur application et configuration doivent être soigneusement étudiées pour atteindre des performances élevées.
Cette discussion résume le fait que la variabilité des technologies utilisées pour le traitement de ce type d’eau, afin d’obtenir une eau de procédé utilisable pour l’industrie, dépendra des propriétés physiques et microbiologiques de l’eau d’approvisionnement, du volume de production et de la qualité finale requise pour son utilisation prévue.
Par conséquent, pour compléter les exemples précédemment mentionnés, voici quelques exigences nécessaires pour l’eau de procédé :
- Conductivité réduite, autour de µS/cm, pour prévenir les problèmes de corrosion.
- Très faible dureté et alcalinité, pour éviter la formation de dépôts et de précipités dans les composants de l’installation.
- Élimination de la matière organique pour minimiser le risque de formation de biofilm et de contamination biologique sur les équipements et surfaces.
- Utilisation d’eau déminéralisée, et dans des cas très spécifiques, d’eau ultrapure.
Enfin, les technologies destinées au traitement des eaux de procédé doivent être évolutives, adaptables et polyvalentes face aux conditions changeantes de l’eau d’approvisionnement, incluant l’intensification des processus existants et l’intégration entre les processus en tirant parti de leurs synergies pour garantir la qualité requise. Si votre entreprise recherche une utilisation efficace de l’eau, nous vous aidons à redessiner les processus de production dans l’optique d’éviter les « eaux usées » et de considérer tous les flux liquides générés comme une ressource à exploiter.
