Neutralisation d'un effluent de teinture : dosage moyen ou dosage asservi au débit ?
Une petite unité de teinture de pagne à Abidjan rejette 120 m³ par jour d'effluents alcalins. Les analyses sur 24 h donnent une alcalinité totale de 500 mg/L exprimée en CaCO3 (M = 100 g/mol), avec un pH moyen de 11. L'exploitant veut neutraliser avant rejet dans le réseau, avec de l'acide sulfurique à 30 % en masse (densité 1,22 ; M = 98 g/mol), injecté par une pompe à débit fixe réglée sur le débit moyen journalier. Le rejet est très variable : un pic de 20 m³/h pendant 3 h (60 m³), le reste, soit 60 m³, étant rejeté régulièrement sur 9 h, et aucun rejet entre 20 h et 6 h. Un fournisseur propose de livrer de l'acide à 98 % (densité 1,84), moins cher au litre, pour réduire le coût de transport. Le service environnement doit valider la commande, le réglage de la pompe et le mode de régulation avant la prochaine inspection.
1. Calculer la consommation journalière d'acide à 30 % et le débit de la pompe doseuse. Le réglage sur le débit moyen journalier est-il acceptable ?
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Équivalents à neutraliser : 500 mg/L de CaCO3 = 0,500 g/L ÷ 100 g/mol = 5,0 × 10⁻³ mol/L d'équivalents. H2SO4 apporte 2 équivalents par mole : n(H2SO4) = 2,5 × 10⁻³ mol/L, soit 2,5 × 10⁻³ × 98 = 0,245 g/L = 0,245 kg de H2SO4 pur par m³.
Consommation journalière : 0,245 × 120 = 29,4 kg de H2SO4 pur. À 30 % : 29,4/0,30 = 98,0 kg de solution, soit 98,0/1,22 = 80,3 L/jour (0,67 L par m³ d'effluent).
Réglage « débit moyen » : 80,3/24 = 3,35 L/h. Mais la demande réelle suit la production :
- pic : 20 m³/h × 0,67 = 13,4 L/h, soit 4 fois le réglage ;
- période creuse : 6,7 m³/h × 0,67 = 4,5 L/h, déjà supérieur au réglage ;
- nuit : aucun effluent, mais la pompe continue d'injecter.
Conclusion : le dosage à débit fixe sur la moyenne journalière est structurellement faux. En journée, l'effluent part avec un pH restant très alcalin (non-conformité) ; la nuit, l'acide s'accumule dans la conduite ou le bassin (pH pouvant descendre sous 6,5, corrosion du réseau). Il faut soit un bassin tampon d'égalisation (50 à 60 m³) qui lisse le pic, soit une pompe asservie au débitmètre d'effluent, doublée d'une régulation sur pH.
2. Évaluer la proposition d'acide à 98 % : avantages, calcul du volume, et conditions à remplir avant d'accepter.
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Volume à 98 % : 29,4/0,98 = 30,0 kg de solution, soit 30,0/1,84 = 16,3 L/jour, contre 80,3 L/jour à 30 %. Le volume transporté et stocké est divisé par cinq : l'argument logistique est réel.
Mais le bon comparatif est le coût par kg de H2SO4 pur, pas le prix au litre : 16,3 L à 98 % et 80,3 L à 30 % contiennent les mêmes 29,4 kg de produit actif. Il faut donc comparer 16,3 × prix_L(98 %) à 80,3 × prix_L(30 %), transport inclus.
Conditions à remplir avant d'accepter :
- dilution contrôlée : l'acide à 98 % doit être dilué avant la pompe doseuse, or la dilution est fortement exothermique (projections, déformation des canalisations PVC) ; il faut un poste de dilution automatique, pas une dilution manuelle par opérateur ;
- matériaux : cuve, tuyauteries et joints compatibles (PP, PVDF, PTFE), rétention étanche, EPI et douche de sécurité ;
- compétence : le risque d'erreur de dilution et de surdosage augmente avec la concentration ; la formation doit accompagner la livraison.
Recommandation : accepter le 98 % seulement avec un skid de dilution automatique et une régulation pH ; sinon, rester à 30 %, moins dangereux pour un atelier de cette taille.
3. Proposer le schéma de régulation à installer, en précisant les points de mesure et les sécurités.
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Chaîne proposée :
- Bassin d'égalisation (au moins 30 min de rétention au débit de pic, soit ~10 m³, idéalement 50 m³ pour lisser 3 h de pic) avec agitation ou recirculation pour éviter les zones mortes.
- Mesure de débit en sortie de bassin : la pompe doseuse reçoit un signal de débit (ratio 0,67 L de solution à 30 % par m³) - c'est le régime « proportionnel » qui absorbe les variations de production.
- Sonde pH en ligne en aval du point d'injection, avec un tronçon de mélange d'au moins 30 s de temps de séjour : la boucle PID corrige le ratio et vise une consigne de 7,5 (plage de rejet 6,5–8,5).
Sécurités : asservissement qui arrête la pompe doseuse si le débit d'effluent est nul ; arrêt sur pH < 6,0 ; alarme pH > 9,0 ; contrôle du pH par un second point de mesure avant rejet (redondance) ; enregistrement des pH pour l'inspection.
Point de jugement : la régulation sur pH seul est instable sur un effluent à forte alcalinité (réponse en S). L'asservissement au débit en feed-forward, corrigé par le pH en feedback, est la solution robuste : on anticipe au lieu de corriger après coup.