feismo.com-rapport-de-stage-ocp-pr d067c67703472ff5585626f232e4679a

EMI
OCP
Rapport de stage
La station de dessalement de l’eau de mer à
Phosboucraâ : amélioration au niveau des
Circuits de stockage.
Réalisé par
par
Encadré
M. KHACHIR Fayssal
Fayssal
KHACHIR
Année universitaire : 2007/2008
Période de stage : Du 07/07/2008 au 06/08/2008
Remerciement
Ce travail n’aurait pu prendre naissance sans l’intervention
généreuse de plusieurs personnes. C’est avec un grand plaisir
que je me permets d’exprimer ma vive et respectueuse
reconnaissance à :
M.
M Ali HITITI : chef de la division.
division
M.
M Khalid ELBOURY : chef de service production Eau
et Energie.
Mes vifs remerciements s’adressent également à tout le
personnel du service MNB/TL/E, ainsi que les agents de la
division TL ayant contribué de près ou de loin pour l’établissement de
ce travail.
1er Année génie des procédés
Page 2
Enoncé du sujet :
L’eau douce produite par les unités de dessalement de l’eau de mer
par Osmose Inverse de PHOSBOUCRAA possède un caractère acide
(pH≈5) jugé très agressif, et favorisant le phénomène d’oxydation dans
les circuits de stockage (bacs et conduites).
Dans le souci de limiter l’agressivité de l’eau douce produite, il nous
est demandé de :
 Réétudier du post-prétraitent des unités OI.
 Proposer des solutions de régulation du pH.
1er Année génie des procédés
Page 3
I.
Le groupe OCP :
1. Présentation du groupe OCP :
2. Présentation de PHOSBOUCRAA :
3. Présentation du service production
énergie et eau :
II. Historique
de
dessalement
à
PHOSBOUCRAA :
III. L’Osmose Inverse :
1.
Principe de fonctionnement :
2. Les membranes d’Osmose Inverse :
3. Paramètres de fonctionnement :
4. La maintenance des membranes :
IV. La
station
de
dessalement
à
PHOSBOUCRAA :
1.
Description de la station :
2.
Etude du poste prétraitement :
3.
Etude du module de dessalement :
V. Le stockage de l’eau douce produite :
1.
les
problèmes
relevés
dans
les
conduites de stockages :
2.
les solutions proposées :
Conclusion :
Bibliographie :
1er Année génie des procédés
Page 4
I. le groupe OCP :
1. Présentation du groupe OCP :
1.1. Carte d’identité de la société :

Date de création de l’OCP : 1920.

Date de création du Groupe OCP : 1975.

Réserves de phosphate : 3/4 des réserves mondiales.

Production
:
phosphate
et
dérivés
phosphatés
(acide
phosphorique, engrais).
 Les
Sites
de
production
Phosphate :
Khouribga,
Benguérir,
Youssoufia, Boucraâ-Laâyoune.

Sites de transformation de phosphate en dérivés : Safi, Jorf
Lasfar.

Ports
d’embarquement
:
Casablanca,
Jorf
Lasfar,
Safi,
Laâyoune.

Effectifs : 19.532 dont 830 ingénieurs et équivalents.

Production marchande de phosphate : 23 millions de tonnes.

Taux de valorisation en produits dérivés : 51,6%.

Chiffre d’affaires à l’export : 1,3 milliard de dollars.

Parts de marché à l’international :
 Phosphate : 38%.
 Acide Phosphorique : 43%.
 Engrais : 12%.
 Part du Groupe OCP dans le total des exportations marocaines : 18 à
20% (en valeur).

Part du Groupe OCP dans le PIB national : 2 à 3%.
1.2. Historique :
Les phosphates marocains sont exploités dans le cadre d’un monopole
d’État confié à un établissement public créé en août 1920, l’Office Chérifien
1er Année génie des procédés
Page 5
des Phosphates, devenu Groupe OCP en 1975. Mais c’est le 1er mars 1921
que l’activité d’extraction et de traitement démarre à Boujniba, dans la région
de Khouribga.
En 1965, avec la mise en service de Maroc Chimie à Safi, le Groupe
devient également exportateur de produits dérivés. En 1998, il franchit une
nouvelle étape en lançant la fabrication et l’exportation d’acide phosphorique
purifié.
Parallèlement, de nombreux partenariats sont développés avec des
opérateurs industriels du secteur, au Maroc et à l’étranger.
D’un point de vue chronologique, le développement du groupe OCP a été
marqué par quelques grandes dates, à savoir :
 1920 : Création, le 7 août, de l’Office Chérifien des Phosphates
(OCP).
 1921 : Début de l'exploitation en souterrain du phosphate dans la
région d’Oued Zen sur le gisement des Oulad Abdoun, le 1er mars. «
Descente » du premier train de phosphate de Khouribga vers le port
de Casablanca, le 30 juin. Premier départ des phosphates du Maroc
(du port de Casablanca) le 23 juillet.
 1931 : Début de l’extraction en souterrain à Youssoufia (ex-Louis
Gentil).
 1932 : Ouverture du centre minier de Youssoufia. Premières
expéditions du phosphate de Youssoufia vers le port de Casablanca.
 1936 : Premier train de phosphate de Youssoufia vers le port de Safi.
 1954 : Démarrage des premières installations de séchage à
Youssoufia.
 1959 : Création de la Société Marocaine d'Etudes Spécialisées et
Industrielles (Smesi), en mai.
 1961 : Mise en service de la première laverie à Khouribga.
 1962 : Introduction de la mécanisation de souterrain à Youssoufia,
en septembre.
 1965 : Création de la société Maroc Chimie. Début de la
valorisation avec le démarrage des installations de l'usine de
1er Année génie des procédés
Page 6
Maroc Chimie, à Safi. Extension de l'extraction à ciel ouvert à la
mine de Merah El Aharch (Khouribga).
 1969 : Entrée en exploitation de la première Recette de
phosphate noir à Youssoufia.
 1973 : Création de la Société de Transports Régionaux (Sotreg)
en juillet, de Maroc Phosphore en août et de Marphocéan en
octobre.
 1974 : Lancement des travaux pour la réalisation du centre
minier de Benguérir, en mai. L'OCP prend le contrôle de la Société
Marocaine des Fertilisants (Fertima), créée en 1972. Naissance de
l'Institut de Promotion Socio-Éducative (IPSE), en août.
 1975 : Création du Groupe OCP (décision de création en juillet
1974 et mise en place en janvier 1975). Intégration des industries
chimiques aux structures internes de l'OCP, en janvier. Création
du Centre d'Études et de Recherches des Phosphates Minéraux
(Cerphos), en octobre.
 1976 : En mai, transfert au Maroc du siège social de la société
Phosboucraâ, dont l'OCP détient 65% du capital. Démarrage de
Maroc Phosphore I et Maroc Chimie II, en novembre.
 1981 : Démarrage de Maroc Phosphore II. L'OCP entre dans le
capital de la société Prayon (Belgique).
 1982 : Début des travaux de construction du complexe chimique
Maroc Phosphore III-IV à Jorf Lasfar (mars). Démarrage du
complexe de séchage d’Oued Zem.
 1986 : Démarrage des différentes lignes d'acide sulfurique et
d'acide phosphorique de Maroc Phosphore III-IV.
 1987 : Démarrage des lignes d'engrais de Maroc Phosphore III-IV
(octobre-décembre).
 1994 : Démarrage du projet minier de Sidi Chennane.
 2003 : L’OCP est devenu le seul actionnaire de Phosboucraâ.
A l’échelle de l’exportation, Le Groupe OCP est le premier exportateur
mondial de phosphate sous toutes ses formes avec 28,2% de parts de marché
en 2004.
1er Année génie des procédés
Page 7
En 2004, les ventes à l’international de phosphate brut ont pesé 11,83
millions de tonnes contre 11,01 millions en 2003. Les trois premiers clients du
Groupe en 2004 sont les Etats-Unis avec 2,4 millions de tonnes, l’Espagne
avec 1,6 million de tonnes et le Mexique avec 1 million de tonnes.
De leur côté, les exportations d’acide phosphorique ont atteint 2,04
millions de tonnes P2O5 en 2004, en augmentation de 21,9% par rapport à
2003. L’Inde reste le principal client comptant environ 41% des exportations
totales.
Enfin, les exportations d’engrais solides (Phosphate Monoammonique et
diammonique et phosphate super-triple) ont totalisé 2,03 millions de tonnes en
2004, contre 2,16 millions de tonnes en 2003.
1er Année génie des procédés
Page 8
Carte des principaux gisements des
phosphates au Maroc
2. Présentation de PHOSBOUCRAA :
On trouve dans l’organigramme de Phosboucraâ trois divisions gérées
par un directeur. Elles sont définies comme suit :
2-1. Division Administration PHOSBOUCRAA (MNB/AP) :
Il s’agit d’un ensemble de services liés directement à :
 la direction de la société de PHOSBOUCRAÄ à Laâyoune.
 La Direction du groupe OCP à Casablanca.
2-2. Division extraction BOUCRAA (MNB/EB) :
Cette division est installée à environ 110 Km du sud-est de la ville de
Laâyoune, elle a pour rôle principal l’exécution des travaux d’extraction du
phosphate. La division est composée de plusieurs services dirigés par des
chefs de services, qui sont attachés directement au chef de la division ; elle a
pour rôle l’extraction et le criblage du phosphate.
Cette division est constituée par : la mine, carreaux administratif, usine
de criblage, parc matériel, les ateliers et le village où réside le personnel
affectés.
2-3. Division traitement Laâyoune-plage (MNB/TL) :
Elle est installée à 3 Km au sud de la plage-Laâyoune. Relativement à
son contenu en matières d’effectif du personnel, matériel en usage et les
installations mises en place, elle est considérée comme la plus importante de
la société Phosboucraâ, elle englobe l’usine de traitement des phosphates, la
liaison des convoyeurs, la centrale thermique, le wharf, les silos de stockage
dont la capacité est de 440.000 tonnes de produit fini sec et marchand, le
carreau administratif, les ateliers centraux et parc matériel. Son activité est la
valorisation des phosphates par le lavage et traitement thermique, et de
l’exporter par bateaux chargés dans un port spécial appelé Wharf, elle dispose
pour cela de certains services attachés à un chef de Division.
La figure 1 présente l’organigramme de la division traitement :
1er Année génie des procédés
Page 9
S e rv ic e
e m b a rq u
em ent
S e rv ic e d e
L ia is o n d e s
c o n v o y e u rs
S e rv ic e
p ro d u c tio n E a u
e t E n e rg ie
U s in e d e
Tra ite m e
nt
S e rv ic e
M a te rie l
M N B /T L /M
ch e f d e la
d ivisio n
M N B /T L
S e rv ic e
c o n trô le d e
G e s tio n
Figure 1 : organigramme de la division de
traitement.
1er Année génie des procédés
Page 10
3. Présentation du service production énergie et eau :
L’organisation du service production énergie et eau est présenté sur la
figure 2 avec le nombre des agents :
s e v ic e
m é c a n iq
u e (1 7 )
s e r v ic e
p r o d u c t io
n é n e r g ie
et eau
s e r v ic e
p r o d u c t io
n (2 8 )
s e v ic e
é l é c t r iq u
e (2 4 )
Figure 2 : organigramme du service production énergie et
eau.
Ce service veille sur plusieurs activités à savoir :
 La production et la distribution de l’énergie électrique : le service
reçoit de l’énergie électrique de l’office national de l’électricité
(ONE) 225kV et la transformer en 30kV pour alimenter les
installations de PMB/TL. Il possède aussi un parc THT pour alimenter
1er Année génie des procédés
Page 11
la mine de BOUCRAA et la liaison des convoyeurs 30/132kV. Et en
cas de coupure de courant fournit par l’ONE le service assure la
production de l’électricité pour l’ensemble en utilisant deux groupes
diesel 15MVA.
 Le pompage de l’eau brute à partir de 17 forages de 300m 3/h
chacun. Cette eau est servie à la station de dessalement et à
l’usine de traitement des phosphates.
 Le dessalement d’eau de mer par Osmose Inverse, cette technique
II.
a été adoptée en 2006 après le procédé de thermo-compression.
Historique de dessalement à PHOSBOUCRAA
:
Le traitement du phosphate nécessite des grandes quantités d’eau, par
conséquents le pole miner de PHOSBOUCRAA a décidé de subvenir ses besoins
en eau par sa propre production. Alors il s’est investi dans une station de
dessalement de l’eau de mer. Cette dernière a subi une évolution qui se
manifeste en trois étapes à savoir :
 Distillation à détentes successives ou MSF (Multi-Stage
Flash) :
Figure 3 : centrale thermique mixte avec turbine à vapeur.
1er Année génie des procédés
Page 12
Après avoir circulé dans les faisceaux tubulaires où s’effectue la
condensation et subit un traitement chimique, l’eau est portée à une
température de l’ordre de 120°C par son passage dans le réchauffeur de
saumure. Ensuite elle est introduite dans l’enceinte de la 1 ère étape où règne
une pression réduite favorisant une vaporisation immédiate. La vapeur
produite est condensée au niveau du faisceau tubulaire de l’étape. L’eau qui a
fournie de l’énergie par la vaporisation cesse de bouillir pour se remettre en
équilibre avec la pression de vapeur régnante dans l’enceinte. Elle passe
ensuite
dans
la
2ème
étape
soumise
à
une
pression
encore
plus
réduite (nouveau flash) nouvelle condensation, nouvelle enceinte où la
pression est encore plus faible. Ce processus se répète successivement
d’étape en étape jusqu’à la 27 éme. L’eau condensée et l’eau de saumure
descendent en cascade d’une étape à une autre sous l’effet d’un gradient de
pression. Dans l’enceinte froide (27 ème étape) des pompes d’extraction sont
installées (eau produite, eau saumure, eau recyclée). Le système d’extraction
des incondensats (éjecteur) est monté aussi au niveau de cette étape où
règne le vide le plus poussé. L’apport d’énergie nécessaire à ce procédé est
assuré par le 3ième soutirage de la turbine du groupe vapeur.
Cette technique compte essentiellement sur l’énergie thermique. Elle
dépend de l’énergie récupérée de la vapeur basse pression à la sortie d’une
turbine de la centrale électrique. D’où la nécessitée d’un procédé indépendant
de la production de l’énergie : le dessalement par thermo-compression.
 Distillation à Thermo-compression :
Figure 4 : station de dessalement à thermo-compression.
Le procédé est basé également sur l’évaporation de l’eau de mer et la
condensation de vapeur, au sein de plusieurs cellules dont chacune est
équipée
de
tubes
échangeurs
horizontaux
formant
un
faisceau
parallélépipédique.
Le fluide de réchauffage (vapeur générée par une chaudière) porte, par
échange thermique, à l’ébullition l’eau de mer admise dans la première
1er Année génie des procédés
Page 13
cellule, qui est aussi la cellule où règne la température la plus haute. La
vapeur émise par l’ébullition de l’eau de mer est transférée dans la cellule
voisine, où on maintient une pression légèrement inférieure.
La température d’ébullition diminuant avec la pression, on vaporise l’eau
de mer présente dans la deuxième cellule. C’est le deuxième effet. Cette
opération peut être répétée plusieurs fois. Pour le cas de l’usine de
dessalement à PHOSBOUCRAA, on disposait de 4 cellules.
Le dessalement de l’eau de mer par thermo-compression dépend de la
matière combustible (fuel) pour avoir une énergie thermique importante. Et
par conséquence la valeur des dépenses va augmenter, donc il fallait penser à
une autre procédure de dessalement moins coûteuse et plus efficace :
l’Osmose Inverse, une technique en pleine évolution.
 Osmose Inverse :
Le pôle miner de PHOSBOUCRAA a abandonné la production de l’énergie
électrique car il devient l’un des clients de l’Office National de l’Electricité (ONE).
1er Année génie des procédés
Page 14
Et pour bien exploiter cette option, le choix d’un procédé de dessalement basé
exclusivement sur l’énergie électrique s’est imposé.
Deux procédés ont été mis à l’étude : l’Osmose Inverse et la
compression mécanique. Cependant, ce dernier n’est exploité que pour produire
des quantités relativement modestes (≤1000 m3/j), par contre le PMB a besoin
de (4000m3/j).
Par conséquent deux unités de dessalement par Osmose Inverse de
2000m3/j de production nominale unitaire ont été acquises en 2005. Leur
exploitation a débuté en 2006.
Le tableau suivant présente une comparaison entre les différents types
de dessalement de l’eau de mer à PHOSBOUCRAA :
Performances
MSF
TC
OI
2
3
2
3600
2000
2000
Fuel+électric
Fuel+électric
ité
ité
3
2.5
4 à 4.5
Salinité (ppm)
<15
<15
<10
Taux de conversion
25 %
35 %
50 %
simple
simple
poussé
Nombre d’unité
Production unitaire (m3/j)
Energie utilisée
Consommation
électrique
(kW/h)
Traitement chimique
III.
Electricité
Osmose Inverse :
1. Principe de fonctionnement :
L'osmose est le transfert de solvant à travers une membrane sous l'effet
d'un gradient de concentration. Si on considère un système à deux
compartiments séparés par une membrane semi-sélective et contenant deux
1er Année génie des procédés
Page 15
solutions de concentrations différentes (figure 5), l'osmose se traduit par un
flux d'eau dirigée de la solution diluée vers la solution concentrée.
Si on applique une
concentrée,
va
diminuer.
la
quantité
Avec
Figure 5
pression sur
la
solution
d'eau transférée par osmose
une
pression suffisamment forte,
le flux d'eau va même
s'annuler (figure 6) : cette
pression est nommée la pression osmotique. Si on dépasse la valeur de la
pression osmotique, on observe un flux d'eau dirigé en sens inverse du flux
osmotique :
c'est
le
phénomène
d'osmose
inverse.
Figure 6
La pression osmotique des électrolytes est donnée par la relation
suivante :
π = i.C.R.T
Avec : i est le nombre d'espèces d'ions constituant le soluté.
1er Année génie des procédés
Page 16
C la concentration molaire du soluté (mol.m-3).
T la température (K).
R la constante des gaz parfaits (8,31 J. mol-1.K-1).
Π est exprimée en pascals (Pa).
2. Les paramétres de fonctionnement :
En osmose inverse le soluté et le solvant se dissolevent à tr
vers
la
membrane et diffusent à l’interieur de celle-ci sous l’effet d’un gradient de
pression et de concentration.alors le transfert dépend de la solubilité des
particules dans le milieu membranaires. Soit le shéma suivant :
On caractérise le fonctionnement de l’unité d’osmose inverse par les
paramétres suivants :
 Le passage de sels P se caractérise par le rapport entre la
concentration côté production et la concentration côté alimentation
:
P= CP/CA
(%)
 Le rejet de sels R est le rapport entre la concentration côté rejet
et la concentration côté alimentation :
R=CR/CA= 1−P (%)
 Le taux de conversion Y est le rapport entre le débit produit et le
débit d’alimentation :
Y=QP/QA (%)
 Le flux massique de solvant qui traverse la membrane :
Jsolvant=A
1
∆P
¿
- ∆π¿
(kg.m2.s-
)
Avec : A est al perméabilité de la membrane au solvant en (m. s -
1
).
 Le début volumique de solvant qui traverse la membrane :
AS
QP= ρ ( ∆ P−∆ π )
(kg.m2. s-1)
Avec : S est la surface de la membrane (m2).
ρ la masse volumique du solvant (kg. m-3).
1er Année génie des procédés
Page 17
 SDI (silt density index, indice de colmatage), il doit être
inferieur à 5 :
SDI=
1−t i /t f
T
Avec : ti le temps initial pour filtrer 500 ml.
tf le temps final pour filtrer 500 ml.
T la durée du test.
3. Les membranes d’osmose inverse :
3-1. Matériaux constitutifs :
Toutes
les
membranes
organiques.
Les membranes
de
d’Osmose
première
Inverse
sont
des
membranes
génération
sont
des
membranes
cellulosiques en polyacétate de cellulose (CPA) ou Triacétate de
cellulose (TCA).
Les membranes de seconde génération sont des membranes non
cellulosiques dites TFC (Thin Film Composite) pour la plupart elles sont
réalisées en Polyamide Aromatique.ces derniers membranes TFC sont seules
utilisées à ce jour pour de nouvelles installations.
3-2. Configurations géométriques :
Il y a quatre types de membrane au niveau géométrique, à savoir :
 Membranes planes :
Cette disposition constitue la solution la plus facile à mettre en œuvre,
toutefois elle ne permet pas de développer des surfaces élevée et donc de
traiter des débits élevés. Les systèmes de mise en œuvre sont assez
complexes, ce sont des compliments alternés de membranes et d’espaceurs
comme un échangeur thermique à plaques (figure 7).
Ces membranes ont vu peu d’applications en dessalement, elles sont
surtout utilisées dans des procédés agro-alimentaires.
1er Année génie des procédés
Page 18
Figure 7

Membranes
tubulaires :
Ces membranes ont permis de constituer des ensembles modulaires où
pour obtenir une surface donnée, il était possible d’installer en parallèle
plusieurs membranes. Tout comme les membranes planes, les membranes
tubulaires ne développent pas de surfaces unitaires élevées et de ce fait ont
également eu des applications « eau » limitées.
Ce type des membranes est aussi rarement utilisé seuls quelques
procédés agro-alimentaires mettent en œuvre ce type de configuration.
Figure
8
:
membranes
tubulaires.
 Membranes à fibres creuses :
1er Année génie des procédés
Page 19
Ces membranes, qui en fait sont des faisceaux capillaires sont empotées
dans un tube de pression. Ce sont des fibres très fines ayant l’aspect d’un
cheveu humain avec un diamétre
extérieur compris entre 80 et 120
micrométres (figure 9). La partie
active de la membrane se situe à
la surface extérieure de capillaire,
la circulation de transfert de l’eau
traitée
(perméat)
s’opére
de
l’extérieur vers l’intérieur.
Figure 9
 Membranes spirales :
Dans ce type de modules, les membranes planes sont enroulées autour
d’un tube perforé et creux destiné à colecter le perméat (figure 10). Entre les
membranes est placé un grillage plastique de 0,8 et 1,2 mm d’épesseur, qui a
pour but de créer une turbulence dans la circulation du fluide. Afin exercer la
pression
requise
sur
le liquide à
traiter,les
rouleaux
de
membranes
(cartouches) sont insérés dans des corps de pression tubulaires avec un
systéme de joints aux extrémités. En général, plusieurs cartouches sont
assemblées
corps
dans un seul
de
pression.
Figure 10
1er Année génie des procédés
Page 20
La figure 11 présente un schéma de la structure interne du module
spirale
utilisé :
Figure 11 : la structure interne d’une membrane
spirale.
4. La maintenance des membranes :
Les membranes constituent la dérniere partie du traitement de l’eau de
mer par Osmose Inverse. Pour assurer une qualité importante et un débit
intéressant de l’eau douce produite , il faut que les membranes soient en
bonnes état. Car ces dérnieres sont très sensibles au apssages des matiéres
en suspension à savoir : les matiéres organiques et hydroxydes métaliques, le
biofoling et le scaling (CaCO3, CaSO4, BaSO4, SrSO4, CaFe2…).
Ainsi suivant les conditions d'utilisation de chaque station, il faudra faire
plus ou moins fréquemment, un nettoyage chimique des membranes. Le
nettoyage s’effectue de sept à huit mois dans les conditions normales, ou
suite a la variation de certains paramètres de fonctionnement. Il s’avère
nécessaire lorsque constate que :
 Le débit de production diminue de 15%, par rapport aux conditions
de référence.
 Le contenu de sels du perméat augmente de 10%.
1er Année génie des procédés
Page 21
 La pression différentielle (alimentation – concentré) augmente de
15% par rapport aux conditions de référence.
Le nettoyage se fait suivant un circuit déterminé entre les membranes et
le réservoire de nettoyage chimique. Cette opération s’achéve lorsqu’on
constate une stabilisation de certains paramétres surtout la pression et le pH
de utilisée pour le nettoyage.
Type de dépôt
 Hydroxydes.
 Carbonates.
 Organiques
IV.
Type de solution ajoutée
Solutions acides :
 Acide citrique.
 Acide chlorhydrique.
Solutions basiques :
 Soude caustique.
 Biologiques.
Solutions oxydantes.
 Protéines.
 Organiques.
Solutions de détergents.
Après nettoyage, il y a le Rinçage qui s’éffectue par l’eau douce.
La station de dessalement à PHOSBOUCRAA :
1. Description de la station :
1er Année génie des procédés
Page 22
Le
schéma
suivant
présnte
détail
en
la
station
de
dessalement
de l’eau de
mer
à
PHOSBOUCRAA :
Station de dessalement de l’eau de mer à
PHOSBOUCRAA.
Cette station est réalisée suite à une mission bien déterminer c’est de
traiter l’eau de forage de mer qui se caractérise par :
Elément analysé
Conductivité à 25 °C (ms/cm)
1er Année génie des procédés
valeur
35
Page 23
pH
7.5
Nitrates (mg/l)
6.8
P2O5 (mg/l)
***
Chlorures (mg/l)
Calcium (mg/l)
Magnésium (mg/l)
Sodium (mg/l)
Potassium (mg/l)
Sulfates (mg/l)
Strontium (mg/l)
Silice (mg/l)
Baryum (µg/l)
Fer (µg/l)
Fluorures (ppm)
20028
395
1003
6781.5
882.5
14578.5
7248
8
35.5
<2
1
L’eau provenant des forages qui s’installent le long des plages nord et
sud du wharf, la ligne nord (6 forages) et ligne sud (11 forages) équipés
chacun d’une pompe à basse pression de profondeur 20m, passe dans des
bassins de décantation après il subit une pré-chloration avant d’être pomper
vers les filtres.
Ensuite, l’eau subit une filtration à deux niveau bicouche et triouche tout
en injectant le coagulant et le floculant et pour optimiser l’effet du premier et
garder le pH à 7 ; on ajoute l’acide sulfurique.
Et pour des raisons de sécurité nous faisons passer l’eau dans un filtre
hydrocarbure puis dans un filtre 5µm. Ensuite on ajoute du séquestrant pour
éviter l’incrustation du sel sur les membranes, on injecte aussi le bisulfite de
1er Année génie des procédés
Page 24
sodium pour la décoloration afin de protéger les membranes. L’eau est reprise
par une pompe à haute pression pour alimenter le 1 er étage de l’osmose
inverse puis le 2éme étage, et pour optimiser la consommation de l’énergie
électrique par la pompe haute pression on place une turbine dans l’arbre du
moteur qui sera alimentée par le rejet du 1er passe de l’osmose inverse.
2. Etude du poste prétraitement :
Le poste prétraitement et le noyau de la station de dessalement de l’eau
de mer. Car si on prétraite l’eau d’une manière efficace, il n’y aura pas de
problème au niveau des membranes, alors la durée de vie de ces dernières va
augmenter et au même temps l’eau douce produite aura de bonne qualité.
Pour la station de dessalement de l’eau de mer à POSBOUCRAA, on
effectue deux types de traitement à savoir : le traitement chimique et
physique.
Le shéma suivant décrire le procédé du traitement de l’eau :
Schéma du procédé
2-1. Traitement physique :
Ce traitement a pour but, l’élimination des substances de grandes tailles.
Pour réaliser ce but on effectue une filtration à trois niveaux :
 Filtration bicouche et tricouche (figure 12) :
Ces filtres comprennent le sable et l’anthracite pour le bicouche, et on
ajoute le grenat pour le tricouche. Ils ont pour but essentiel la réduction de la
turbidité par piégeage des matières en suspension dans la masse granulaire,
La turbidité ne doit pas dépasser 0.1 NTU, sinon un lavage des filtres s’avère
1er Année génie des procédés
Page 25
nécessaire. Ce milieu de filtration est contenu dans une cellule horizontale
d’une longueur 2m et diamètre 2.5m comportant aux deux extrémités, des
ouvertures permettant à l'eau d'entrer et de sortir sous l'effet de la gravité et
de la pression qui peut atteindre 5bars. La station possède 10 filtres
(bicouche+tricouche).
Figure
12 :
filtres à sable
 Filtre à hydraucarbure (figur 13) :
Permet l’élimination par adsorption des
hydrocarbures
dissous,
émulsionnés et dispersés, à l’aide des cartouches en cellulose modifiée. La
station contient quatre filtres à hydraucarbure de débit unitaire 116.5m 3/h, de
hauteur 3m, et du diamétre 1,35m.
1er Année génie des procédés
Page 26
Figure 13 : filtres à hydraucarbure.
 Microfiltration (figure 14) :
L’eau passe à travers des cartouches de microfiltration de 5 m, qui
retiennent les particules potentiellement nuisibles pour les membranes. Il
faudra
respecter
scrupuleusement
la
fréquence
de
changement
des
cartouches. Celles-ci ne devront pas être nettoyées ni réutilisées. La station
possède 2 microfiltre débit unitaire 223m3/h.
Microfiltre
Figure
14 :
microfiltre.
Traitement
2-2.
chimique :
Le traitement chimique requiert une importance capitale étant donné la
fragilité des membranes vis-à-vis de certains phénomènes liés à la chimie de
l’eau, ou certains composés chimiques. ce traitement s’effectue en plusieurs
étapes :
 La chloration par l’Hypochlorite de Sodium NaCl :
Après avoir aspiré l’eau de mer à partir des forages, on injecte l’eau de
JAVEL NaOCl afin d’oxyder les matières organiques et le fer et la prévention
contre le Fouling biologique. La réaction se fait comme suit :
NaOCl + H2O
HOCl + NaOH
 Coagulation par le Chlorure Ferrique FeCl3 :
La coagulation est la formation d’un hydroxyde
permettant
l’agglomération des colloïdes et des matières organiques, elle est réalisée par
l’ajout des cations, et plus la valence du cation est grandes, plus la
coagulation est efficace. Les cations plus utilisés sont Fe3+ et Al3+. Cette
1er Année génie des procédés
Page 27
opération se fait avant d’intégrer le filtre bicouche en utilisant le chlorure
ferrique FeCl3 car son pH optimum de coagulation correspond au pH de l’eau
traité qui vaut 7.
La dissolution du coagulant donne :
FeCl3
Fe3+ + Al3+
La coagulation du bicarbonates :
Fe
³+
HCO3¯
+ 3HCO¯
CO2 + OH¯
Fe (OH) 3 + 3CO2
 Acidification par l’Acide Sulfurique H2SO4 :
Les ions HCO3- provoquent des incrustations au niveau des membranes,
ce qui diminue ainsi la productivité de la station. Pour cela on ajoute de
l’acide sulfurique H2SO4 qui va régler le problème et maintenir aussi le pH
optimum pour la coagulation. Cette injection se fait directement après la
coagulation :
H2SO4 + 2 HCO3¯
2CO2 + 2H2O + SO42-
 Floculation par Polyélectrolyte :
Le floculant est un produit destiné à compléter l’action du coagulant et
éliminer la fuite de la turbidité provenant du premier filtre. Le floculant utilisé
pour ce cas est le polyélectrolite, c’est un composé organique à haut poids
moléculaire.
 Déchloration par le Métabisulfite de Sodium Na2SO3 :
Les membranes montées sur les skids des unités de dessalement sont à
base de polyamides qui sont très sensibles au chlore. A cet égard, on injecte le
métabisulfite de sodium Na2SO3 à l’entrée du microfiltre afin de neutraliser
le chlore résiduel provenant de la préchloration.la réaction chimique se fait
comme suit :
Na2SO3 + HClO
Na2SO4 + HCl
 Séquestrant Hypersperse:
C’est un polyacide organique qui agit comme un anti-tartre protégeant
les membranes contre le colmatage consécutif à la précipitation des sels
(carbonate de calcium CaCO3, sulfate de calcium CaSO4, fluorure de calcium
CaF2, sulfate de baryum BaSO4 et le sulfate de strontium SrSO4).
1er Année génie des procédés
Page 28
Ce tableau présente les caractéristiques des produits chimiques utilisés
pour le prétraitement de l’osmose inverse :
Etat
Concentratio
n de
la solutionn
mére
Taux de
traitement
Liquide
150 g/l
10 g/m3
Chlorure Ferrique FeCl3
Liquide
41 %
10 g/m3
Acide Sulfurique H2SO4
Liquide
96 %
25 g/m3
Polyélectrolyte
Poudre
1 g/l
0.1 g/l
Liquide
35 %
4 g/m3
Liquide
5 à 10 %
Produit chimique
Hypochlorite
de
Sodium NaCl
Métabisulfite
de
Sodium
Na2SO3
Hypersperse
1.8
g/m3
3. Etude du module de dessalement :
Après avoir finir le traitement chimique, l’eau continue son chemin vers
une pompe à haute pression, qui va la pomper avec une pression de 68 bars
vers les skids qui se constitue de deux passes :
 1er pass: contient 32 tubes en parallèle dont chacun comprend
7 modules de membrane en série.
 2éme pass : comprend 2 étages en série. Le premier est constitue
de 8 tubes, le deuxième de 5 tubes. Chaque tube comprend 6
modules de membranes en série.
L’installation d’osmose inverse est présentée sur le schéma ci-après :
1er pass
2éme
pass
233m3/h
98m3/h
83m3/h
Concentrat
1er Année génie des procédés
Page 29
Pérmeat
Les membranes utilisées dans ces modules d’osmose inverse sont de
nature polyamide en mode spirale. Elles sont très sensibles aux oxydants et
particulièrement au chlore.
Afin d’optimiser l’énergie l’électrique consommée par le moteur de la
pompe à haute pression, une turbine s’est installée en série avec la pompe et
qui adopte le principe de Pelton (figure 15). Le système de récupération de
l’énergie du concentrat est constitué d’un moteur à deux sorties d’arbre ; l’une
étant dédiée à l’entraînement de la pompe haute pression alimentant les
modules
d’osmose
inverse,
l’autre
étant
accouplée
à
la
turbine
de
récupération. Cette dernière fournit 60 à 70 % de la puissance nécessaire à
l’entraînement de la pompe haute pression.
Figure 15 : Roue
Pelton.
La
puissance
absorbée par les
bornes du moteur
électrique de la
pompe
à
haute
pression est définie par :
1er Année génie des procédés
Page 30
Pa=
Avec : η p
Q . Pa . D
36 7,12 . η p .η tr . ηm
rendement de la pompe.
ηtr
ηm
D
Pa
Q
rendement de la transmission.
rendement du moteur.
densité de l’eau de mer 1,03.
pression d’alimentation.
d’ébit d’entrée.
Les analyses du pérmeat à la sortie du 1 er pass et 2éme pass son données
dans le tableau suivant :
1er pass
2éme pass
6
4,5
142
7,7
2,3
≤0,05
Chlorures (ppm), Cl¯
78
4,5
Sulfates (mg/l), SO4¯
12
0,1
Calcium (mg/l), Ca2+
1,8
≤0,05
Magnésium (mg/l), Mg2+
6,7
≤0,1
Sodium (mg/l), Na+
118,9
1,6
Potassium (mg/l), K+
6,4
0,1
Strontium (mg/l)
0,1
≤0,05
Silice (mg/l), SiO2
0
≤0,05
<350
<10
pH
Conductivité (ppm)
Bicarbonates (mg/l),
HCO3¯
Salinité totale, TDS (mg/l)
1er Année génie des procédés
Page 31
A la sortie du 2éme pass le traitement de l’eau de mer s’achéve, alors il
suit sa trajectoire vers les bacs de stockages qui se présente en deux tanks A
et B.
V.
Le stockage de l’eau douce produite :
1. Les problemes relevés dans les circuits de stockages :
Le tableau précédent présente les caractéristiques de l’eau douce
produite après sa sortie du 2éme pass. Il est bien clair que cette eau est de
nature acide de pH=4.5, donc elle va agir sur les circuits de stockages
(conduites de stockages et les tanks) d’une manière agressive, c’est le
phénomène de corrosion.
2. Les solutions proposées :
La protection des circuits de stockages de l’eau douce produite contre la
corrosion porte sur :
 Les conduites : doivent être changé en PVC, ce dénier est incorrosifs et
durable.
 Les tanks : doivent être protégé par :
une peinture spéciale (époxy par exemple) anticorrosive.
Cette peinture ne peut être efficace qu’au court et
moyen terme.
Une injection d’Hydroxyde de Potassium KOH mais le
problème c’est que ce produit est toxique et coûteux.
Une injection de la Soude NaOH sous forme d’une
solution aqueuse.
La meilleure solution a adopté c’est la dernière, celle de la Soude.
L’équipement nécessaire pour réaliser cette solution est :
NaOH
2
3
1
1 Année génie des procédés
er
5
4
Page 32
Eau douce Avec : 1 est un pH mètre.
2 est une pompe doseuse.
3 est un bac de stockage de la solution d’hydroxyde de sodium
3000l.
4 le point d’injection de la solution de NaOH.
5 est une conduite de stockage.
Après la sortie de l’eau douce produite du 2éme pass, on mesure son pH
avec une électrode, et selon la valeur trouvée on va injecter à l’aide d’une
pompe doseuse un volume de la solution de la soude pour chaque litre de
l’eau douce produite :
− pH
V=
10
C
(L)
Avec : C est la concentration de OH- dans la solution de la soude.
Hypothéses : l’eau douce produite est un acide fort.
L’ écoulement de l’eau douce produite est laminair.
Alors pour l’eau douce produite on a :
pH = -log[H+]
Donc
[H+]=10-pH
Donc on a besoin d’une solution basic dont la concentration de OH- est
de l’ordre de celle du H+.
Or pour le bac de la solution de la soude on dissous 3kg de NaOH dans
3000l de l’eau distillé afin d’avoir une concentration de OH- :
mol/l .
C=5.10-
2
Alors
V=
n
C
Avec : n est le nombre de mole a ajouté pour un seul litre de l’eau douce
est qui vaut 10-pH.
D’où la relation mentionnée en haut.
Pour la station de dessalement à PHOSBOUCRAA pH de l’eau douce
produite égale à 4,5. Et elle sorte avec un débit de 83m3/h, alors le débit de
la solution de la soude sera 52,5l/h, donc on a besoin de 52,5g de la soude
chaque heure.
1er Année génie des procédés
Page 33
Conclusion :
Le séjour que j’ai passé au sein de votre groupe m’a permis de découvrir
le monde industriel, car j’ai vécu une bonne occasion de suivre les taches et
l’enchainement du travail.
Concernant mon sujet, j’ai bien bénéficié de l’expérience d’une station de
dessalement de l’eau de mer, en fréquent des expériences en contrôle de
qualité de la production et d’améliorer mes connaissances.
Je tiens à la fin de ma conclusion à remercier tous les agents du service
production eau et énergie qu’ils ont m’aidé durant ma période de stage.
Bibliographie :
 Documentation du service production Eau et Energie.
 Dessalement de l’eau de mer « Patrick DANIS ».
 Chimie de l’eau et corrosion « Francis NORDMAN & Gérard

PINARD LEGRY ».
Documentation de la station de dessalement de l’eau de mer
Laayoune « ONEP ».
1er Année génie des procédés
Page 34