Production des eaux de process : des évolutions à venir ?

Quelques nouvelles tendances

« A titre d’exemple, dans une compote de fruits pour bébé, plus de 70 % des chlorates présents dans le produit fini peuvent provenir de l’eau ingrédient utilisée dans le process de fabrication. Il est donc impératif d’introduire une étape d’abattement en amont de ce process. Très focalisées sur cet enjeu sanitaire des industriels de l’agroalimentaire, nos équipes ont développé depuis 2 ans une solution membranaire spécifique, permettant d’abattre jusqu’à 98 % des chlorates dans l’eau ingrédient, et répondant aux exigences de la norme CE 1935/2004. Trois unités containerisées ont ainsi déjà été déployées en France en 2021 et d’autres projets sont à l’étude. Il faut également garder en tête qu’il est possible de travailler ce sujet plus en amont, en passant sur des technologies de désinfection entrée site peu ou pas génératrices de chlorates, comme le chlore gazeux. On a alors une réduction voire suppression des chlorates à la source, mais pour cela l’industriel doit avoir la main sur la désinfection amont et ne pas dépendre des collectivités ou distributeurs d’eau » explique Philippe Bonnat, responsable du service Equipement chez Suez-Water Technologies & Solutions.

Autre tendance, signalée par Laurent Moncho, responsable commercial France de Waterleau : la montée en puissance de la location. « Les clients évitent d’investir eux-mêmes et se tournent vers des solutions de location, voire de “water as a service”. Ils externalisent ainsi les risques, mais c’est peut-être aussi lié au fait que les solutions membranaires demandent un personnel plus formé » constate-t-il. Waterleau s’est donc mis en mesure de fournir des solutions complètes “ hors les murs” pouvant aller bien au-delà des classiques skids ou conteneurs. Cela implique tout de même certaines contraintes. « Nous n’allons pas investir dans une unité d’électrodéionisation (EDI) pour la louer quelques mois : les contrats doivent avoir une certaine durée » souligne Laurent Moncho. « D'où l'intérêt d'accompagner les industriels par des prestations de service (contrat, installation connectée...) qui permettent d'optimiser la disponibilité et l'OPEX des installations mises en œuvre » poursuit Yann Mocaer responsable département traitement d'eau chez BW.

Technologies : toutes les options sont sur la table

Rendement hydraulique, consommation énergétique, ces considérations prennent de l’importance actuellement. Beaucoup d’acteurs soulignent pourtant la continuation de la dynamique en faveur de l’OIBP pour éviter les rejets de produits chimiques dans l’environnement, d’autant que la consommation énergétique et le rendement hydraulique s’améliorent sans cesse. « Cela fait quelques années que les industriels changent de technologie, passant de la filtration sur média et les résines, plus la chloration, vers des applications sans produits chimiques à base de membranes » affirme ainsi Salvador Pérez, dirigeant de Chemdoc. « Le rendement hydraulique de l’OIBP, de l’ordre de 75 à 90 %, est certes inférieur à celui de la résine (plus de 95 %) mais il faut prendre du recul et considérer l’ensemble du site. Le concentrat d’osmose peut en effet souvent trouver une application ailleurs dans l’usine. Il arrive même que nous dégradions volontairement le rendement pour obtenir un concentrat “pas trop concentré”, utilisable pour le nettoyage des sols, etc. » ajoute-t-il. « On peut aussi passer par une étape de concentration du concentrat de l’osmoseur principal, permettant de réduire encore le rejet final. Pour cela on utilise un concentrateur membranaire, qui va nous permettre de travailler le 1er concentrat et renvoyer ainsi en tête d’installation principale 60 % de ce flux qui aura retrouvé une qualité industrielle. Ce type d’équipement induit évidemment un CAPEX supplémentaire, mais peut être éligible à des subventions de l’agence de l’eau lorsqu’il est positionné sur une installation déjà existante. On porte alors le taux de conversion global à 90 % voire plus » rajoute Philippe Bonnat, Suez-Water Technologies & Solutions.

« Quant à la consommation énergétique censément supérieure, ce n’est plus vrai aujourd’hui. Un osmoseur à basse pression (de 4 à 8 bars) ne consomme pas plus qu’un échangeur d’ions qui a des ruptures de charges » affirme Salvador Pérez. Ce sur quoi renchérit Christophe Le Coq, gérant d’Hydrobios. « Les “petits” osmoseurs consomment au maximum un kilowatt. Pour les volumes plus importants, on choisit des pompes à étages, des régimes de démarrage lent : tout cela a évolué vers une moindre consommation » détaille-t-il.

Laurent Moncho (Waterleau) confirme la tendance des industriels à se tourner vers les membranes, pourtant plus chères à l’achat. « Ces derniers mois nous voyons une remise en question de la lecture purement financière des choix d’investissement. Les résines, certes moins chères, rejettent des acides et de la soude dans l’environnement, or les industriels sont de plus en plus contraints à ce sujet. Cela relance les technologies membranaires, éventuellement avec un petit polissage sur résine à la fin. La technologie la moins chère n’est pas forcément la meilleure » affirme-t-il. D’autant que, pour répondre aux objections sur le rendement hydraulique, Waterleau a un argument à mettre en avant : son osmoseur à recirculation Exsel® HR-RO. « Cet osmoseur à un étage fonctionne en boucle fermée : le concentrat est réinjecté en tête. Évidemment sa concentration augmente avec le temps. Régulièrement, on purge le concentrat et on recommence. Au total, le rendement peut atteindre 95 %, un avantage lorsque l’eau est chère ou rare » explique Laurent Moncho. C’est ce système que Waterleau a récemment installé pour fournir l’eau d’une grande brasserie irlandaise. La technologie est basée sur la technologie brevetée CCRO de Dupont Water Solutions.

Le cœur de métier de Chemdoc Water Technologies est la production d’eaux déminéralisées pour les process industriels, dans des secteurs comme la pharmacie, l’énergie, l’agroalimentaire ou, plus récemment, la production d’hydrogène (dont les électrolyseurs demandent une eau très pure). « Pour nous le basculement est opéré : nos solutions sont 100 % membranaires et électrochimiques. Par exemple l’OIBP suivie d’un contacteur membranaire – une membrane qui sépare les gaz, souvent du CO₂2 ou de l’O2, de manière beaucoup plus efficace que le stripping et sans risque de contamination » souligne Salvador Pérez. La finition peut se faire avec une EDI, qui elle-même n’est plus à proprement parler une technologie nouvelle. « Pour nous, depuis trois ans, elle a remplacé les lits mélangés de résines. Elle permet, sans produit chimique, de fournir des eaux répondant aux plus hautes exigences, de façon continue et sans régénérants. Nous en déployons en pharmacie » ajoute-t-il. Sur le site du groupe Roquette, un leader mondial des ingrédients d’origine végétale, près de Béthune, une combinaison OIBP -EDI, signée Chemdoc Water Technologies, a ainsi été mise en place dans certains ateliers dédiés au secteur pharmaceutique. Salvador Pérez souligne un autre aspect particulier de l’industrie pharmaceutique : « au-delà des technologies employées, le cahier des charges est très exigeant en termes de gestion de la qualité, de matériaux employés. Cela restreint la liste des acteurs capables de répondre à de telles exigences ».

Un autre exemple de ce basculement vers des filières de traitement sans utilisation de produits chimiques est le process choisi et validé sur l’usine d’incinération des déchets à Fos sur mer. L’eau alimentant les chaudières de production de vapeur à haute pression doit être complètement déminéralisée et de très faible conductivité (cible 1 uS/cm et 20 ppb de silice). A ce titre, l’eau de surface locale qui dispose d’une turbidité inférieure à 10 NTU et d’une dureté aux alentours de 30 degrés français subit les étapes de traitements suivants : traitement de la turbidité via modules d’ultrafiltration dizzer® L, déminéralisation via membranes d’osmose inverse à haute réjection FilmTec™ BW30-HR-440, adoucissement via résine échangeuse d’ions DuPont™ AmberLite® HPR1200, dégazage CO₂ via contacteur à membrane DuPont™ Ligasep™ LDM-120-HS et enfin abattement total de la conductivité via DuPont™ électrodéionisation EDI-310. « Il s’agit d’un projet phare du fait qu’il combine les multiples technologies (ici au nombre de cinq) proposées par le groupe DuPont et nous sommes fiers d’être en partenariat avec Chemdoc sur ce projet » explique Antoine Leroux, responsable comptes clients chez DuPont Water Solutions. « Ce type d’approche multi-technologies avec des produits de haute qualité fournis par un seul fournisseur offre au client une grande flexibilité et rend le fonctionnement plus aisé via une solution élégante. Sans oublier l’approche développement durable car le process n’utilise pas de produits chimiques dans le circuit principal. Il s’agit d’un projet clé dans le segment des eaux industrielles utilitaires qui renforce notre position comme fournisseur incontournable dans un marché en pleine expansion », résume Blanca Salgado.

Bien que lui aussi généraliste, Hydrobios est de plus en plus amené à utiliser, au moins en fin de filière, de l’osmose inverse. « Nous répondons à chaque demande spécifique par une solution sur mesure. Ce n’est donc pas systématiquement de l’OIBP. Il y a aussi tout l’aval : déferrisation, adoucisseur, injection… Mais in fine nous mettons de plus en plus souvent de l’OIBP » admet Christophe Le Coq. Hydrobios a récemment fourni des chaînes de production d’eau pour une façonnerie de produits verriers, des distillerie et brasseries. Pour les industries du lavage (vitre, panneaux solaires…), la société installe encore beaucoup de solution à base de résine, en lits mélangés ou séparés. « Dans l’arbitrage entre résines échangeuses d’ions et procédés membranaires, Ajelis joue la résistance des matériaux à propriétés d’échange d’ions avec ses fibres qui génèrent moins d’effluents secondaires (soude et acide) pour un même fonctionnement », explique Marc Caudron responsable Opérations.

Evoqua Water Technologies ou encore Nalco Water utilisent également toutes les technologies connues pour concevoir des solutions globales. « Nalco Water appartient au groupe Ecolab. L’entité Nalco Water traite de l’eau qui entre et sort de l’usine - y compris les utilités - et Ecolab Food & Beverage s’occupe de désinfection et nettoyage à l’intérieur du process (nettoyage en place, ou NEP, par exemple). Nous travaillons ensemble pour une approche globale au niveau de l’usine. Nous sommes les seuls à pouvoir entrer ainsi au coeur du process » souligne Patrice Hervé, directeur marketing chez Nalco Water France.

La désinfection, une étape obligée

Bio-UV Group, initialement spécialiste de la désinfection par UVC (comme Prominent ou UV Germi) a racheté triogen®, une filiale de Suez fabricant des ozonateurs. Bio-UV Group propose donc désormais les deux technologies. « L’ozone est à la fois un désinfectant et un fort oxydant, ce qui apporte un plus. En revanche, il peut réagir avec des composés chimiques présents dans l’eau, ce qui n’est parfois pas adapté » explique Alain Nguyen, ingénieur technico-commercial chez Bio-UV Group. La société installe de nombreuses solutions par l'ozone pour des applications en aquaculture et aquariums car le pouvoir oxydant de l’ozone clarifie l’eau. La rémanence de l’ozone, même si elle est limitée, présente également un intérêt pour certaines applications. « L’idée d’utiliser l’ozone pour désinfecter l’eau des tours aéroréfrigérantes (TAR) commence à faire son chemin. En raison du risque de légionelles, en particulier, les opérateurs de TAR doivent ajouter des biocides, comme l’isothiazolinone, qui sont de plus en plus réglementés pour leurs effets environnementaux. De l’ozone dosé en continu à faible dose peut les remplacer. On peut d’ailleurs associer les deux technologies sur une TAR : un réacteur UV pour traiter l’eau “neuve” d’appoint et un ozonateur sur l’eau qui tourne en boucle, afin d’éviter la contamination et détruire les films bactériens dans la tour. Même si certains opérateurs n’ont besoin que de l’UV… » précise Alain Nguyen.

Pour sa part, Suez-Water Technologies & Solutions vient de lancer une solution UV spécialement adaptée aux condenseurs évaporatifs. Cette solution nommée UV-Pack, est basée sur le couplage UV-H2O2 et présente la particularité de ne pas utiliser une technologie immergée d’UV, mais de travailler en dérivation du condenseur, avec une armoire de désinfection déportée. « Le couplage UV-H2O2 a une efficacité reconnue sur le traitement des TAR, mais présente de grosses contraintes d’exploitation liées au fait que les lampes UV sont en général immergées dans le bassin. Cela favorise la casse des lampes, attire fortement les insectes (générant des encrassements…), peut exposer le personnel exploitant aux rayonnements et oblige les industriels à percer les bassins en de multiples endroits pour les fixations des lampes et passage des gaines électriques. Avec la solution UV-Pack, nous nous affranchissons de tous ces problèmes, grâce à l’utilisation d’une armoire de désinfection déportée, qui dispose de sa propre boucle de recirculation permanente. Le condenseur est ainsi traité même en cas d’arrêt de la tour. C’est une vraie innovation technique sur cette thématique d’alternative aux biocides chimiques » confirme Philippe Bonnat.

Pour les chaudières à basse pression des différentes d’industries, y compris agroalimentaires, Kurita privilégie sa technologie DReeM Polymer® qui permet de supporter des concentrations de calcium et de silicates relativement élevées empêchant ainsi la formation de tartre carbonaté et silicaté sur les surfaces de chauffe.

Le recyclage gagne encore du terrain

Très présent dans l’industrie laitière, Nalco Water recycle beaucoup les eaux issues du lait, le condensat de l’évaporation du lait pour produire de la poudre. « Si elle est de très bonne qualité, ce qui est fréquent car les évaporateurs sont performants et bien suivis, on peut la réutiliser directement moyennant un traitement bactéricide. Nous utilisons pour cela notre technologie NALDIOX™ UltraPure, produisant du dioxyde de chlore pur, donc exempt de chlorates et chlorites. C’est important puisque la réglementation européenne limite strictement la teneur en chlorates dans les aliments pour bébés » souligne Patrice Hervé. Nalco a par exemple déployé cette technologie auprès de laiteries en Allemagne, dans le Sud de l’Europe (avec en plus un traitement membranaire pour éliminer la DCO) ou au Danemark (où l’eau recyclée est captée en sortie de STEP). Dans un autre contexte, Nalco a fourni une solution pour recycler vers une TAR l’eau sortant de la STEP d’un site de Cargill, à Saint Nazaire. « Au-delà de la valorisation des eaux d’évaporats dites “eaux de vache” issues de la concentration thermique de produits pour laquelle SUEZ-Water Technologies & Solutions a une expérience de longue date, les process industriels évoluent vers des procédés de concentration “à froid” couplant de l’ultra-filtration et/ou de la nano-filtration avec un procédé osmose inverse. Le concentrat de l’OI étant le produit récupéré par l’industriel pour son process, nous disposons de l’expertise pour traiter les perméats issus de l’osmose, et les valoriser, notamment en eaux d’appoint de leurs circuits aéro-réfrigérants » explique Bruno Bregaint, responsable régional ouest chez Suez-Water Technologies & Solutions.

Chemdoc Water Technologies a pour sa part réalisé une première en France : le recyclage de l’eau issue de la condensation des fumées de l'unité de cogénération de biomasse COGECAB, construite et exploitée par Dalkia, à Pomacle, près de Reims (Marne). « Il s’agit d’une eau très difficile, chargée en métaux, MO, composés azotés et autres polluants. Nous les éliminons par une succession d’UF et OIBP, suivie de résines échangeuse d’ion et EDI. L’eau traitée retourne vers la chaudière à haute pression qui exige pourtant une eau très pure, d’une conductivité inférieure à un µsiemens et avec une concentration de silice inférieure à 20 µg/l » explique Salvador Pérez.

« Si les industriels sont systématiquement attentifs aux qualités des eaux de process tout comme à celles des eaux rejetées, ils restent particulièrement sensibles aux questions des coûts d’opérations de ces systèmes de traitement d’eau, poursuit Maxime Therrillion, directeur commercial de Mascara NT. A l’heure de la crise énergétique, toute solution permettant d’optimiser les coûts énergétique de production de ces eaux est bienvenue ». L’entreprise chartraine est spécialisée dans les solutions de traitement d’eau membranaires alimentées par énergies renouvelable, et particulièrement l’énergie solaire. Les solutions sont conçues pour fluctuer au fil des variations de production d’énergie solaire. « Le lissage de ces fluctuations est l’objet du brevet de l’OSMOSUN®, déposé par l’entreprise basée à Chartres. Le fonctionnement variable d’un système de traitement par osmose inverse à haute pression est sans impact sur la disponibilité de l’eau traitée, et ce malgré l’absence de batterie de stockage énergétique. En effet, le stockage de l’eau pour une distribution gravitaire est plus économique que le stockage d’énergie. La compétitivité de l’énergie solaire est telle aujourd’hui qu’il est désormais plus intéressant à moyen terme d’alimenter ces systèmes de traitement d’eau par l’énergie solaire seule que d’utiliser l’énergie disponible sur le réseau électrique ».

Réglementation française : un premier pas ?

« En France, il n’est toujours pas possible d’utiliser de l’eau recyclée dans les procédés de l’industrie agroalimentaire. C’est absurde puisque technologiquement on sait le faire, mais la définition française de l’eau potable - la seule autorisée pour les installations ou matériaux au contact des produits alimentaires - implique qu’elle provienne du milieu naturel. Le verrou n’a pas encore sauté mais nous y viendrons pour économiser la ressource. En Belgique, nous avons déjà réalisé plusieurs installations où de l’eau de reuse alimente tout le process, au contact direct des produits alimentaires, souligne Thomas Féron, d’Aquaprox I-Tech. C’est un frein bien connu pour l’industrie agroalimentaire française. En laiterie, qui consomme énormément d’eau, on ne peut recycler l’eau que pour les utilités, ce qui représente 15 % du débit consommé. Il serait crucial de pouvoir la recycler dans le process, notamment pour le dernier rinçage au moment du NEP, comme cela se fait ailleurs en Europe. Cela représenterait des économies d’eau très importantes. La France va prendre du retard technologique si rien n’évolue au niveau réglementaire » avertit Patrice Hervé (Nalco Water). D’autant que la révision 2020/2184 de la directive sur les EDCH (non encore transcrite en France) dispose, dans son article article 3.5, que « Les États membres peuvent exempter de la présente directive les exploitants du secteur alimentaire en ce qui concerne les eaux utilisées aux fins spécifiques de l’entreprise du secteur alimentaire si les autorités nationales compétentes ont établi que la qualité de ces eaux ne peut affecter la salubrité de la denrée alimentaire finale ».

 ¹ voir https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/PDF/?uri=CELEX:32020L2184

 ² annexe chlorates https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32020R0749&from=GA

 ³ voir https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000045331735