Effet de l'application du PAC dans le traitement de l'eau des centrales thermiques

1. Prétraitement de l'eau d'appoint

Les plans d'eau naturels contiennent souvent de la boue, de l'argile, de l'humus et d'autres matières en suspension, ainsi que des impuretés colloïdales, des bactéries, des champignons, des algues, des virus et d'autres micro-organismes. Ces substances, stables dans l'eau, sont la principale cause de sa turbidité, de sa coloration et de son odeur. Ces matières organiques en excès pénètrent dans l'échangeur d'ions, contaminent la résine, réduisent sa capacité d'échange et peuvent même affecter la qualité de l'effluent du système de dessalement. Le traitement par coagulation, la clarification par décantation et la filtration ont pour principal objectif d'éliminer ces impuretés afin de réduire la concentration de matières en suspension à moins de 5 mg/L, c'est-à-dire d'obtenir une eau clarifiée. C'est ce qu'on appelle le prétraitement de l'eau. Après prétraitement, l'eau ne peut être utilisée comme eau de chaudière que si les sels dissous ont été éliminés par échange d'ions et les gaz dissous par chauffage, mise sous vide ou soufflage. Si ces impuretés ne sont pas éliminées au préalable, le traitement ultérieur (dessalement) est impossible. Par conséquent, le traitement de coagulation de l'eau constitue une étape importante du processus de traitement de l'eau.

Le prétraitement de l'eau dans une centrale thermique se déroule comme suit : eau brute → coagulation → précipitation et clarification → filtration. Les coagulants couramment utilisés lors de la coagulation sont le chlorure de polyaluminium, le sulfate polyferrique, le sulfate d'aluminium, le trichlorure ferrique, etc. L'application du chlorure de polyaluminium est décrite ci-après.

Le chlorure de polyaluminium, ou PAC, est fabriqué à partir de cendres ou de minéraux d'aluminium. La réaction entre l'aluminium et une base, à haute température et sous pression, produit un polymère. Les spécifications du produit varient selon les matières premières et le procédé de fabrication. Sa formule moléculaire est [Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ᵐ, où n est un entier compris entre 1 et 5, et m un entier de 1 à 10. Le PAC existe sous forme solide et liquide.

2. Mécanisme de coagulation

Les coagulants exercent trois effets principaux sur les particules colloïdales en suspension dans l'eau : la neutralisation électrique, l'adsorption et le balayage. L'effet prédominant dépend du type et du dosage du coagulant, de la nature et de la concentration des particules colloïdales, ainsi que du pH de l'eau. Le mécanisme d'action du chlorure de polyaluminium est similaire à celui du sulfate d'aluminium, et le comportement de ce dernier en solution aqueuse est lié à la formation de diverses espèces hydrolysées à partir des ions Al³⁺.

Le chlorure de polyaluminium peut être considéré comme un produit intermédiaire de l'hydrolyse et de la polymérisation du chlorure d'aluminium en Al(OH)₃ dans certaines conditions. Il est directement présent dans l'eau sous forme de diverses espèces polymères et d'Al(OH)₃(s), sans passer par l'hydrolyse de Al³⁺.

3. Application et facteurs d'influence

1. Température de l'eau

La température de l'eau influence sensiblement l'efficacité du traitement par coagulation. À basse température, l'hydrolyse du coagulant est plus difficile, notamment en dessous de 5 °C. Dans ce cas, la vitesse d'hydrolyse est lente et le floculant formé présente une structure lâche, une forte teneur en eau et des particules fines. À basse température, la solvatation des particules colloïdales est accrue, le temps de floculation est long et la vitesse de sédimentation est faible. Les recherches montrent qu'une température de l'eau comprise entre 25 et 30 °C est optimale.

2. Valeur du pH de l'eau

L'hydrolyse du chlorure de polyaluminium est un processus de libération continue d'ions H+. Par conséquent, différents intermédiaires d'hydrolyse se forment selon le pH, et le pH optimal pour la coagulation du chlorure de polyaluminium se situe généralement entre 6,5 et 7,5. C'est dans cette plage de pH que la coagulation est la plus efficace.

3. Dosage du coagulant

Lorsque la quantité de coagulant ajoutée est insuffisante, la turbidité résiduelle de l'eau rejetée est plus importante. À l'inverse, une quantité excessive entraîne une adsorption excessive du coagulant par les particules colloïdales, modifiant ainsi leurs propriétés électriques et augmentant à nouveau la turbidité résiduelle de l'effluent. La coagulation n'étant pas une simple réaction chimique, le dosage requis ne peut être déterminé par un calcul, mais doit être adapté à la qualité spécifique de l'eau. Ce dosage doit également être ajusté en fonction des variations saisonnières de la qualité de l'eau.

4. Milieu de contact

Lors d'un traitement par coagulation ou autre traitement de précipitation, la présence d'une certaine quantité de boue dans l'eau peut améliorer significativement l'efficacité du traitement. En effet, la boue offre une grande surface de contact et, par adsorption, catalyse et cristallisation, elle favorise le processus de coagulation.

La coagulation-précipitation est une méthode largement utilisée pour le traitement de l'eau. Le chlorure de polyaluminium est employé comme floculant, grâce à ses excellentes performances de coagulation : formation de flocs de grande taille, faible dosage, haute efficacité, précipitation rapide et large gamme d'applications. Comparé aux floculants traditionnels, le dosage peut être réduit de 1/3 à 1/2, permettant une économie de 40 %. Combiné à un filtre sans vanne et à un filtre à charbon actif, il réduit considérablement la turbidité de l'eau brute, améliore la qualité de l'effluent du système de dessalement, augmente la capacité d'échange de la résine de dessalement et diminue les coûts d'exploitation.