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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Département de génie des procédés Mémoire En vue de l’obtention du diplôme de MASTER Filière : Génie des Procédés Option : Génie de l’environnement Réalisé par : ISSAADI Mourad KHEBAT Abdeslam Contrôle du procédé combiné osmose inverse-electrodéionisation CEDI par analyses physicochimiques des eaux de process de CEVITAL Mme O. SENHADJI Présidente Université de Bejaïa Mr M. BEHLOUL Examinateur Université de Bejaïa Mm H. BELKACEMI Promotrice Université de Bejaïa Mr Y. MAZZOUZ (Cevital) Promoteur Université de Bejaïa Université Abderrahmane Mira-Bejaïa Faculté de Technologie Session juin 2015 Nous tenons à remercier vivement et chaleureusement notre promotrice Madame H.BELKACEMI, encadreuse de ce mémoire, pour nous avoir soutenu tous le long de travail, en lui témoignant notre reconnaissance pour son caractère sérieux, sa patience et ses conseils,ainsi que notre encadreur au Cevital monsieur Y.MAZOUZ et toute l’équipe qui travail au laboratoire. Nous tenons à exprimer nos sincères remerciements à Madame O. SENHADJI pour qui nous a fait l’honneur d’accepter la présidence du jury. Qu’il trouve ici l’expression de notre profonde gratitude. Nos vifs remerciements s’adressent également à Monsieur M. BEHLOUL d’avoir accepter de faire partie du jury, montrant aussi l’intérêt qu’ils portent au sujet de ce modeste travail. Nos remerciements s’adressent à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l’accomplissement de ce travail particulièrement à Monsieur O.MANSOURI. Mourad A mes très chers parents. A mes sœurs et frères. A tout la famille. A mes enseignants. A mes amis. A tous ceux qui me sont chers. abdeslam A mes très chers parents. A mes sœurs et frères. A tout la famille. A mes enseignants. A mes amis. A tous ceux qui me sont chers. Listes d’abréviation Listes d’abréviation  ASTM: American Society for Testing and Materials.  MEI: Membrane echangeuse ionique.  MEA: Membrane echangeuse anionique.  MEC: Membrane echangeuse cationique.  ppm: Partie par million.  ppb: Partie par billion.  COT: Carbone organique totale.  CEDI: Continuous Electrodeionization (Electrodeionisation continue). Sommaire SOMMAIRE Liste des figures Liste des tableaux Introduction………………………………………………………………………………...…1 Chapitre I : Généralités sur les eaux I.1. Définition de l’eau ………………………………………………………………………...3 I.2. Différents types de l’eau …………………………………………………………..............3 I.2.1. Eaux de pluie ………………………………………………………………...….3 I.2.2. Eaux de surface ……………………………………………………………...…..3 I.2.3. Eaux souterraines ……………………………………………………..…………3 I.2.4. Eaux de mer …………………………………………………………….……….4 I.3. Propriétés de l’eau ………………………………………………………………………..4 I.3.1.1. Masse volumique …………………………………………………………...…4 I.3.1.2. Caractéristiques thermiques ……………………………………………..…….4 I.3.1.3. Viscosité ………………………………………………………………………4 I.3.1.4. Tension superficielle ………………………………………………..…………5 I.3.1.5. Température ………………………………………………………….………..5 I.3.1.6. Matière en suspension (MES) …………………………………………..……..5 I.3.2. Caractères organoleptique de l’eau ………………………………………….………5 I.3.2.1. Couleur …………………………………………………………………..……5 I.3.2.2. Gout et odeurs …………………………………………………………...…….5 I.3.2.3. Turbidité ………………………………………………………………………6 Sommaire I.3.3. Caractères chimique …………………………………………………………………6 I.3.3.1. L’eau solvant ………………………………………………………….………6 I.3.3.2. Ionisation ………………………………………………………………..…….6 I.3.3.3. Oxydo-réduction ……………………………………………………...……….6 I.3.4. Caractéristique physico-chimique …………………………………………..………6 I.3.4.1. Potentiel d’hydrogène (PH) …………………………………………..……….6 I.3.4.2. Conductivité …………………………………………………………...………7 I.3.4.3. Titres …………………………………………………………………………..7 I.3.4.4. Salinité totale ………………………………………………………………….7 I.3.4.5. Solubilité des gaz dans l’eau …………………………………………………..8 I.3.4.6. Cations et anions ………………………………………...…………………….8 Chapitre II : Différents procédés de l’eau ultrapure Introduction …………………………………………………………………………………..10 II.1. Définition de l’eau ultrapure…………………………………………………………….10 II.2. Description du procédé de la production d’eau ultrapure ………………………………10 II.3. Contrôle de la qualité de l’eau ultrapure………………………………………………...12 II.4. Intérêt d’utilisation de l’eau ultrapure………………………………………………….13 II.5. Performances actuelles du traitement de l’eau ultrapure ………………………….……14 II.6. Les procédés membranaires classiques …………………………………………………15 II.6.1. Généralités …………………………………………………………..……………15 II.6.2. les procédés membranaires classiques à flux croisé /flux tangentiel ……..………15 II.6.2.1. La filtration frontal ……………………………………….…………………15 II.6.2.2. La filtration tangentiel …………………………………………...………….16 Sommaire II.6.3. Microfiltration et ultrafiltration …………………………………………..………..18 II.6.3.1. La microfiltration ……………………………………………………..…….18 II.6.3.2. L’ultrafiltration …………………………………………………………...…18 II.6.4. Nanofiltration …………………………………………………………………..…19 II.6.5. Osmose inverse ……………………………………………………………………20 II.6.6. Avantage et inconvénients du procédé …………………………………………....21 II.6.6.1. Colmatage des membranes ……………………………………………….…21 II.6.6.2. Contrôle du colmatage et de la polarisation de concentration ………………23 II.7. procédé électromembranaire ……………………………………………….…………...23 II.7.1. L’électrodialyse …………………………………………………………….……..23 II.8. Définition et avantage de la téchnique d’électrodéionisation ………………………...…24 II.8.1. Historique ……………………………………………………………...………….25 II.8.2. Principe et aspect théorique de l’électrodéionisation …………………..…………25 II.8.3. Application et configurations des cellules d’électrodéionisation …………………26 II.8.3.1. Production de l’eau ultrapure …………………………………………….....26 II.8.3.2. Dépollution des eaux ……………………………….………………………28 II.8.3.3. Applications potentielles ……………………………….…………………..29 II.8.4. Configurations des cellules de l’électrodéinisation …………….……………….. 29 II.8.4.1. Configuration plane …………………………………………………..…… 29 II.8.4.1.1. Electrodéionisation à cellules minces …………………………….…..30 II.8.4.1.2. Electrodéionisation à cellules épaisses ………………………...……..31 II.8.4.2. Configuration en spirale ……………………………………………………34 II.8.4.3. Electropermutation ………………………………………………...……….36 Sommaire II.8.4.4. Déionisation capacitive …………………………………………..………. .37 II.8.5. Aspect économique ……………………………………………….……………...38 II.9. La cogénération …………………………………………………………………………39 Introduction ………………………………………………………………………..…………39 II.9.1. Historique ………………………………………………………………..………..39 II.9.2. Définition et principes de base …………………………………………..………..40 II.9.3. Différents types de procédés de cogénération et leurs usages ………….…………41 II.9.3.1. Cogénération par moteur..…………………………………….……………..41 II.9.3.2. Cogénération par turbine à combustion ………………………..……………43 II.9.3.3. Cogénération par turbine à vapeur ………………………………………….44 II.9.3.4. Cycle combiné……………………………………………….………………45 II.9.3.5. La trigénération ……………………………………………………………..46 Définition ………………………………………………………………………...…..46 II.9.4. Les avantages de la cogénération …………………………………..……………..46 II.9.5. Paramètre clés des projets de cogénération ……………………….………………49 II.9.6. Comparaison de rendements d’énergie ………………………………...…………49 II.9.7. Recherche – développement ………………………………………...…………...51 Chapitre III : Mise en œuvre de la méthodologie expérimentale III.1. Historique du groupe CEVITAL ………………………………………………...……..52 III.2. Source de l’eau utilisé pour la production de l’eau ultrapure ……………………...…..53 III.3. Description du processus de traitement par osmose inverse ……………….…………..53 III.3.1. Les étapes du procédé ……………………………………………...…………….54 Sommaire III.3.1.1. Système d’alimentation en eau brute ………………………………..……..55 III.3.1.2. Système de prétraitement ………………………………………….……….55 III.3.1.2.1. Groupe de stérilisation et régénération du dioxyde de manganèse…...55 III.3.1.2.2. Prétraitement avec les filtres à sable …………………………..……..55 III.3.1.2.3. Réservoir de stockage de l’eau filtrée …………………….………….56 III.3.1.2.4. Groupe de déchloration ………………………………………..……..56 III.3.1.2.5. Groupe de dosage de produits séquestrant ……………………….…..56 III.3.1.2.6. Groupe de dosage de produits biocides …………….………………...56 III.3.1.2.7. Filtre a cartouche ……………………………………………………..56 III.3.1.2.8. contre lavage ……………………………………………..…………..57 III.3.1.3. Système d’osmose inverse …………………………………………………57 III.3.1.4. Lavage sur place (CIP) ………………………………………………..……59 III.4. Electrodéionisation ……………………………………………………………..………59 III.4.1. Spécifications du CEDI ……………………………………………….………….60 III.4.2 Description du processus …………………………………………………………61 III.4.3. Les commande de régulation du procédé ………………………….…..…………63 III.4.3.1. Instrument de conductivité …………………………………………..……..63 III.4.3.2. Alimentation d’énergie ……………………………………….……………63 III.4.3.3. Interface pour l’opérateur …………………………………….…………….63 III.5. Description du procédé de la cogénération mise en place ………………..……………63 III.5.1. Présentation de l’installation ………………………………………..……………64 III.5.1.1. Bâche dégazant …………………………………………………………….64 III.5.1.2. Chaudières ………………………………………………………….………64 Sommaire III.5.1.3. Turbine à vapeur ………………………………………………...…………66 III.5.1.4. Bouilleur KAPP …………………………………………………...……….66 III.5.1.5. Les aérocondenseurs ……………………………………………………….66 III.5.1.6. Cheminée (commune aux deux chaudières) ……………………………….66 III.5.2. Procédé de l’eau ultrapure ………………………………………………………..66 III.6. Contrôle et suivi par analyse physico-chimiques de l’eau brute et des eaux de process aux différentes points de colmatage : eau brute – osmoseur – CEDI ………………..………68 III.6.1. Le potentiel d’hydrogène (pH) ………………………………………………...…68 III.6.2. La conductivité …………………………………………………………….……..69 III.6.3. Méthodes titrimétriques (TA – TAC – TH) …………………………………...…69 III.6.3.1. Le titre alcalimétrique (TA) ……………………………….……………….69 III.6.3.2. Le titre alcalimétrique (TAC) ………………………………………………71 III.6.3.3. Le titre hydrotimétrique total TH (dureté totale) ……………….………….72 III.6.3.4. Le titre hydrotimétrique calcique (THCa2+) ……………………..…………73 III.6.3.5. Les chlorures cl- ………………………………………………..…………..74 III.6.4. Méthodes spectrophotométrique par UV-Visible et par SAA ………..………….75 III.6.4.1. Méthodes spéctrophotométrique par UV-Visible ………………………….75 III.6.4.1.1. Le fer (Fe):……………………………………………………... ……76 III.6.4.1.2. Le Manganèse (Mn2+): ………………………………….. …………76 III.6.4.1.3. Le chlore libre Cl2 : …………………………………… ……...……77 III.6.4.1.4. La silice SiO2 :…………………………………………………….. ..77 III.6.4.2. Méthodes spectrophotométrique par SAA …………………………….….78 III.6.4.2.1. Le sodium Na+ ………………………………………………..……..78 Sommaire III.6.4.2.2. Le zinc Zn2+ ………………………………………………………....79 III.6.4.2.3. Le plomb Pb2+ ………………………………………………………80 Chapitre IV : Résultats et discussions IV.1. Potentiel d’hydrogène (pH) …………………………………………………..………..82 IV.2. La conductivité ……………………………………………………………...…………83 IV.3. Le titre hydrotimétrique total TH (dureté totale) ……………………………..………..85 IV.4. Le titre hydrotimétrique calcique THca++ …………………………………...…………86 IV.5. Le titre alcalimétrique TA ………………………………………………..…………….87 IV.6. Le titre alcalimétrique complet TAC …………………………………….…………….87 IV.7. Les chlorures cl- ……………………………………………………………..…………88 IV.8. Méthodes spectroscopique par UV-VIS et par SAA …………………………………..89 IV.8.1. Méthodes spectroscopiques par UV-VIS……………………………...………….89 IV.8.1.1. Le fer (ppm) ………………………………………………………..………89 IV.8.1.2. La silice SiO2 (ppm) …………………………………………….………….90 IV.8.1.3. Le magnésium Mn2+ (ppm) ……………………………………...…………91 IV.8.1.4. Le chlore libre cl2 (ppm) ………………………………………….………..92 IV.8.2. Méthodes spectroscopique d’adsorption atomique (SAA) ……………..………..93 IV.8.2.1. Le sodium Na+ (ppm) ………………………………………………………93 IV.8.2.2. Le zinc Zn2+ (ppm) ………………..………………………………….……94 IV.8.2.3. Le plom Pb2+ (ppb) ……………………………………………...…………95 Conclusion …………………………………………………………………………………...97 Perspective ………………………………………………………………………………….100 Sommaire REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES …………………………………………………………….101 Lexiques Annexes Liste des figures Liste des figures Figure II.1 : Schéma d’un procédé d’ultrapurification ………………………………… ..…11 Figure II.2 : Schéma d’installation de production de l’eau ultrapure à l’industrie semi- conducteur ………………………………………………………………………………..… 12 Figure II.3 : Membrane sélective ………………………………………………………..… 15 Figure II.4 : Principe du fonctionnement de la filtration frontale ………………….…….. 16 Figure II.5 : Principe de fonctionnement de la filtration tangentielle ……………………... 17 Figure II.6 : Classement des différents procédés membranaire ……………………………. 17 Figure II.7 : Principe de l’ultrafiltration …………………………………………………… 19 Figure II.8 : Principe de l’osmose et l’osmose inverse ……………………………………. 20 Figure II.9 : le principe de l’électrodialyse ……………………………………………….. 24 Figure II.10 : Production de l’eau ultrapure en utilisant l’électrodéionisation …………….. 25 Figure II.11 : Représentation d’une cellule mince ………………………………………… 30 Figure II.12 : Représentation d’une cellule épaisse ………………………………………... 32 Figure II.13 : principe de fonctionnement de CEDI a lits séparés …… ..…………………. 33 Figure II.14 : Principe de fonctionnement de CEDI à membrane bipolaire ….. …………... 34 Figure II.15 : Principe de fonctionnement du module CEDI en spirale …………………… 35 Figure II.16 : Schéma du principe de l’électropermutation ………………………………... 37 Figure II.17 : Principe de fonctionnement d’une cellule de déionisation captive …………. 38 Figure II.18 : Principe d’un processus de cogénération …………………………………… 41 Figure II.19 : Schéma de principe d’un moteur à gaz ou diesel ………………………….... 43 Figure II.20 : Cogénération par turbine à combution ……………………………………… 44 Figure II.21 : Schéma de principe d’une turbine à vapeur ………………….…………...……45 Figure II.22 : Schéma d’une cogénération à cycle combiné …………………….………..…..45 Figure II.23 : Schéma de principe d’un système de trigénération ……………………….…...46 uploads/Geographie/ controle-du-procede-combine-osmose-inverse-electrodeionisation-cedi-par-analyses-physicochimiques-des-eaux-de-process-de-cevital 1 .pdf