Procédés courants de prétraitement adoucissant des eaux usées à forte salinité 1
Les eaux usées à forte salinité contiennent généralement de fortes concentrations d'ions calcium, magnésium et silicium, ainsi que de métaux lourds. Elles nécessitent un prétraitement d'adoucissement afin de réduire leur dureté et de satisfaire aux exigences des procédés ultérieurs de concentration membranaire ou de cristallisation par évaporation. Les principales technologies d'adoucissement actuelles comprennent la précipitation chimique, la séparation membranaire et l'échange d'ions.
1. Procédé d'adoucissement combiné chaux-carbonate de sodium
Lors de la réaction primaire, l'ajout de chaux (Ca(OH)₂) permet d'ajuster le pH des eaux usées à une valeur supérieure à 10. Cette chaux favorise la précipitation de Mg(OH)₂ par les ions magnésium et génère simultanément des composés hydroxylés avec les ions de métaux lourds (tels que Fe²⁺ et Mn²⁺). Par ailleurs, les ions fluorure se combinent au calcium pour former un précipité de CaF₂. Les données expérimentales montrent que le taux d'élimination du Mg²⁺ lors de cette réaction primaire peut atteindre plus de 95 %, et celui du fluorure dépasse 80 %.
Lors de la réaction secondaire, du carbonate de sodium (Na₂CO₃) est ajouté afin d'éliminer davantage d'ions calcium par réaction. Ce traitement secondaire permet de réduire la concentration en Ca²⁺ à moins de 50 mg/L, et la teneur en silicium est significativement réduite grâce à l'adsorption de flocs de Mg(OH)₂.
Limites : L'ajout de chaux introduit une grande quantité de Ca²⁺, ce qui nécessite une augmentation de la quantité de carbonate de sodium (environ 1,5 fois le rapport stœchiométrique), et le coût du réactif est élevé ; la production de boues est importante et un équipement de déshydratation des boues est nécessaire ; la valeur du pH doit être ajustée fréquemment lorsque la qualité de l'eau fluctue, et le contrôle automatique est difficile.
2. Procédé d'adoucissement combiné alcali liquide-carbonate de sodium
On utilise la soude caustique (NaOH) à la place de la chaux comme réactif principal afin d'éviter l'introduction d'ions calcium supplémentaires. Dans un projet, la concentration initiale en Ca²⁺ des eaux usées de désulfuration était de 1 200 mg/L. Après ajustement du pH à 11 avec de la soude caustique, le taux d'élimination du Mg²⁺ a atteint 98 %. Après l'ajout secondaire de carbonate de sodium (Na₂CO₃), la concentration en Ca²⁺ a chuté à moins de 80 mg/L et la consommation de carbonate de sodium a été réduite de 30 % par rapport à la méthode à la chaux.
Cette méthode réduit la quantité de boues de 20 à 40 % ; le processus est simplifié et convient aux eaux usées présentant un faible rapport calcium/magnésium (Ca/Mg).
Limites : Le coût du NaOH est supérieur à celui de la chaux (environ 3 fois), et les avantages économiques doivent être évalués ; les silicates peuvent précipiter dans des conditions de pH élevé, et des dispersants doivent être ajoutés pour inhiber l'entartrage.