La désinfection des tours aéroréfrigérantes est nécessaire afin de protéger les échangeurs de chaleur et d’éviter la prolifération de maladies dangereuses comme la légionellose. Actuellement, la majorité des tours aéroréfrigérantes sont désinfectées avec des produits chimiques (brome par exemple). Bien que ce traitement ait prouvé son efficacité, son application reste à la fois lourde et coûteuse, nécessitant l’emploi de plusieurs produits chimiques annexes (anticorrosion, antitartre, dispersant…) et réclamant un fort suivi de la part de l’industriel. De plus, l’emploi de la chimie devient de plus en plus réglementé par la législation européenne en raison des divers impacts sur l’environnement (notamment le brome visé par une directive européenne : loi-cadre sur l’eau). Afin de limiter au maximum cette utilisation de produits chimiques, la désinfection des tours aéroréfrigérantes peut être réalisée par la mise en place de deux moyens de désinfection :
[Photo : Le rayonnement UV : installation de lampes UV dans le bassin de la tour]
| Moyen de désinfection | Désinfection de l'eau circulante | Destruction des biofilms |
|---|
| Rayonnement UV | + | / |
| Eau oxygénée (H₂O₂) | / | + |
| UV & H₂O₂ | + | + |
Tableau 1 : Associer ces deux moyens de désinfection permet de cumuler leurs avantages et de s’affranchir de leurs défauts respectifs.
- Le rayonnement UV : installation de lampes UV dans le bassin de la tour (cf. figure 1).
- L’utilisation d’un désinfectant : ajouts de faibles doses d’eau oxygénée.
L’association de ces deux procédés permet dans la majorité des cas de s’affranchir de l’utilisation de produits chimiques.
Principe et fonctionnement
La philosophie du traitement consiste à sécuriser la qualité de l’eau de la tour avec le moins de produits chimiques possibles. Cette qualité chimique et microbiologique de l’eau est atteinte par une complémentarité et une synergie créées entre ces deux moyens de désinfection.
En effet, le traitement UV est reconnu pour avoir une action désinfectante très efficace sur les eaux circulantes. Il entraîne la formation de « ponts » au niveau de l’ADN bactérien empêchant ainsi toute duplication bactérienne.
Le désinfectant H₂O₂ présente de très bonnes propriétés pour éliminer les biofilms formés sur des installations soumises à des débits continus. Associer ces deux moyens de désinfection permet de cumuler leurs avantages et de s’affranchir de leurs défauts respectifs (cf. tableau 1). De plus, l’association de ces deux procédés de désinfection permet la formation du radical hydroxyle (HO•) par la rupture homolytique suivante :
H₂O₂ —UV→ 2 HO•
La présence de ce radical inhibe la croissance bactérienne en augmentant le stress oxydatif (forte réactivité du radical HO•) et en réagissant avec la matière organique présente. Cette réaction limite ainsi la source de substrat organique présente pour les bactéries.
Le radical HO• provoque aussi une décarbonatation des eaux (cf. § « Et la prévention de génération de tartre ? »).
1 Gilpin (1985), Disinfection of circulating water systems by ultraviolet light and halogenation, Water Res. Vol. 19, No. 7, p. 839-848, 1985
2 Christensen (1990), Biofilm removal by low concentrations of hydrogen peroxide, Biofouling: The Journal of Bioadhesion and Biofilm Research, Vol. 2, Issue 2, p. 165-175, 1990
Mise en place chez un industriel
L’installation présente un volume de bassin de 2 m³ associé à une tour d’une puissance de 800 kW. Le débit de recirculation de l’eau s’élève à 65 m³/h et la transparence de l’eau aux UV (SAC) est mesurée à 4 m⁻¹. Un nombre de 8 lampes a été installé dans le bassin de la tour (cf. figure 2) et la concentration de travail en H₂O₂ a été fixée aux alentours de 20 ppm.
Bilans techniques et économiques
Bilan technique
D’un point de vue microbiologique, les analyses PCR ont montré aucune détection de Legionella sp. (< 500 UFC/L) et Legionella pneumophila (< 500 UFC/L). Ces résultats ont été confirmés par les tests normés (NF T 90-431).
La consommation d’eau et d’électricité est identique à celle de la tour jumelle sur laquelle un traitement chimique au brome a été mis en place.
Aucun produit chimique complémentaire n’est utilisé pour assurer le bon fonctionnement de la tour.
Pour finir, aucune trace de corrosion ou de dépôt de tartre n’a été constatée au bout de deux ans et demi de fonctionnement.
Bilan économique sur une année
Le tableau 2 regroupe les coûts opératoires du traitement chimique et par UV/H₂O₂ d’une tour de refroidissement. Ces coûts sont beaucoup plus significatifs pour le traitement chimique que pour le traitement par UV/H₂O₂, jusqu’à 3,5 fois.
Comparatif des coûts opératoires sur une année
| Traitement de la TAR | Consommables |
|---|
| Chimie | 4 195 € |
| UV/H₂O₂ | 1 128 € |
Tableau 2 : Coûts opératoires du traitement chimique et par UV/H₂O₂ d’une tour de refroidissement.
[Photo : Un nombre de 8 lampes a été installé dans le bassin de la tour et la concentration de travail en H₂O₂ a été fixée aux alentours de 20 ppm]
[Photo : Figure 3 : Cet équilibre est obtenu de façon naturelle, sans ajout de produit chimique supplémentaire, en conservant une dureté à des valeurs basses et en « dégazant » les carbonates.]
plus important. Il est intéressant d’observer
que cette différence de coûts entre ces
deux technologies correspond au budget
d'investissement des lampes UV ; ainsi, dans
ce cas, le retour sur investissement du procédé
UV/H₂O₂ peut être effectué en moins
de 1 an.
Avantages
D’un point de vue technique, la désinfection
de la tour est assurée plus efficacement
(meilleurs résultats microbiologiques
que le traitement chimique). L’eau de la tour
présente la même qualité visuelle que celle
du robinet (pH = 8-9 ; dureté = 20-30 °F).
Le suivi du procédé est considérablement
allégé dans la mesure où seulement des relevés
quotidiens de concentration en H₂O₂
sont à effectuer pour s’assurer de la bonne
désinfection. Des mesures quotidiennes
de pH et de dureté permettent de garder un
contrôle sur les dépôts de tartre. Concernant
des traces de tartre et de corrosion, rien n’a
été observé et ce sans ajouter de produits
chimiques supplémentaires.
D’un point de vue économique, le retour
sur investissement est obtenu en moins
d'un an. Cette période peut être encore
plus rapide dans le cas où l’eau consommée
est réutilisée en interne par l’industriel.
D’un point de vue écologique, l’eau issue
de ce traitement ne présente aucune
pollution puisque l’eau oxygénée se décompose
naturellement en oxygène et en
eau. Par conséquent, l’eau peut être revalorisée
en interne pour des opérations de
nettoyage, ou pour certains procédés si
les critères requis de qualité sont satisfaits.
Cette technologie s’inscrit parfaitement
dans une politique de développement
durable ISO 14001.
Et la prévention de génération
de tartre ?
Dans la majorité des cas, l’eau de la tour
atteint un équilibre chimique qui ne conduit
pas à des dépôts de tartre sur les points
chauds. Cet équilibre est obtenu de façon
naturelle, sans ajout de produit chimique
supplémentaire, en conservant une dureté
à des valeurs basses et en « dégazant » les
carbonates. D’un point de vue concret,
cet équilibre naturel est obtenu par (cf.
figure 3) :
- • Un contrôle sur le débit de purge en
maintenant une dureté de l’eau sur une
échelle de valeurs de 20 à 30 °F ;
- • Une décarbonatation de l’eau à l’arrêt de
la tour : lorsque la tour est à l’arrêt, l’eau
se refroidit et le CO₂ présent dans l’eau est
transféré sous forme gazeuse.
La génération du radical hydroxyle HO°
permet la formation d’acides organiques.
Ces acides vont accélérer cette réaction de
transfert vers la phase gazeuse.
Ces deux moyens sont suffisants pour éviter
les dépôts de tartre sur l’installation
mise en place chez cet industriel de la
chimie. Dans le cas où ces deux moyens
ne sont pas suffisants pour empêcher la
formation de tartre, des ajouts ponctuels
d’acide citrique permettent de :
- • Dissoudre le tartre ;
- • Déplacer l’équilibre vers des formes
acides : H₂CO₃ et HCO₃⁻.
Conclusion
L’association du rayonnement UV aux
ajouts d’eau oxygénée constitue une excellente
alternative au traitement chimique
des tours aéroréfrigérantes. En plus d’assurer
une forte désinfection de la tour, elle
permet à l’industriel d’avoir un retour sur
investissement en moins de 1 an, tout en
s’inscrivant dans une politique de développement
durable.
L’estimation d’un équipement UV nécessaire
à une tour de refroidissement reste
simple et peut être effectuée par transmission
des données de l’installation. En effet,
à partir des caractéristiques de la tour, des
dimensions du bassin et de la transparence
de l’eau, la société MPC peut fournir une
proposition chiffrée de l’équipement UV
nécessaire.
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