Configuration DAF pour les eaux-mères API : guide 2026 de réutilisation et de rejet

Ce que sont réellement les eaux-mères API

Les eaux-mères API correspondent au trop-plein aqueux clarifié en sortie d'un séparateur huile-eau API à plaques ondulées — ni les eaux usées brutes de raffinerie, ni l'huile libre écrémée, mais l'émulsion résiduelle que le séparateur ne parvient pas à résoudre. Le flux transporte typiquement 50–500 mg/L d'huiles et graisses totales, 100–800 mg/L de matières en suspension totales, 200–1 500 mg/L de DCO, et une distribution de tailles de gouttelettes émulsionnées centrée sur 5–50 µm (données de terrain Zhongsheng, 2026). Ces quatre chiffres constituent l'enveloppe de conception que le DAF (flottation à air dissous) doit atteindre, et ils sont plus serrés que ceux que la plupart des ingénieurs reportent des spécifications DAF municipales.

Pourquoi le séparateur API ne peut pas terminer le travail : les plaques ondulées sont conçues pour la séparation gravitaire de l'huile libre au-delà du temps de séjour de conception du séparateur API de 30–60 minutes. Elles éliminent efficacement la fraction >150 µm mais laissent la fraction émulsionnée et mécaniquement dispersée, qui correspond exactement à la bande de gouttelettes de 5–50 µm que le DAF (flottation à air dissous) cible avec coagulant, polymère et microbulles. La revue MDPI 2026 sur la contamination par hydrocarbures légers fonde l'argument du rejet — les films de type kérosène altèrent le transfert d'oxygène à l'interface air–eau, sont toxiques pour la vie aquatique et les plantes, et persistent dans le sol et les nappes s'ils sont rejetés sans traitement. Les eaux-mères rejetées après un DAF sous-dimensionné héritent de cette responsabilité.

Les eaux-mères se situent dans une fenêtre de traitement spécifique : trop concentrées pour un filtre à sable ou multimédia (qui colmate sur l'huile émulsionnée en quelques heures), trop émulsionnées pour un CPI (qui performe mal en dessous de ~50 µm), et exactement la bonne charge en huile/MES pour la flottation à air lorsqu'elle est associée à la fenêtre chimique de la section suivante. Le DAF n'a pas à vaincre une large enveloppe d'influent — il doit atterrir dans celle-ci.

Pourquoi le DAF — et non le CPI, le filtre ou l'écrémage — pour ce flux

Le DAF (flottation à air dissous) est l'étape de finition standard en aval d'un séparateur API dans les trains d'effluent de raffinerie et de parc de stockage, car il opère dans la fenêtre exacte de taille de gouttelettes que l'API laisse derrière lui. Les interceptateurs à plaques ondulées et les séparateurs API reposent sur la coalescence gravitaire de l'huile libre, et leur efficacité d'élimination chute en dessous d'une taille de gouttelettes d'environ 50 µm — la bande qui domine les eaux-mères API (données de terrain Zhongsheng, 2026). Les filtres à coques de noix et à sable sont efficaces sur l'huile libre mais colmatent rapidement sur l'huile émulsionnée, faisant grimper les coûts de remplacement du média. Les hydrocyclones sont sensibles aux solides d'alimentation et nécessitent un dessableur en amont ; les eaux-mères transportent 100–800 mg/L de MES, de sorte qu'un hydrocyclone seul n'est pas robuste.

L'étude d'optimisation DUT 2024 confirme la flottation à air dissous comme séparateur physique continu de l'huile minérale industrielle de l'eau, l'élimination étant liée au rapport air/solides, à la pression de saturation et à la dose de coagulant/polymère plutôt qu'à la surface de plaques ou à la géométrie du cyclone (DUT, 2024). La même logique s'applique aux eaux-mères de raffinerie : la physique de séparation dépend de l'accrochage des bulles aux gouttelettes d'huile floculées, et non de la sédimentation gravitaire ou centrifuge.

Le DAF est également la première étape lorsque les eaux-mères sont dirigées vers un étage biologique. La flottation élimine l'huile brute qui encrasserait autrement les membranes MBR (bioréacteur à membrane) ou recouvrirait le média MBBR en quelques jours, protégeant le train biologique aval d'une surcharge organique catastrophique. Sans cette garde DAF, aucune étape de finition biologique n'est opérable sur un effluent de raffinerie de cette charge. Une configuration opérationnelle d'une analyse technique approfondie d'une unité DAF est détaillée dans l'article lié, avec les bilans matière qui sous-tendent les chiffres utilisés ici.

Fenêtre chimique : coagulant, polymère et pH

L'enveloppe chimique DAF standard pour les eaux-mères API est de 50–200 mg/L de polychlorure d'aluminium (PAC) ou de chlorure ferrique comme coagulant primaire, associé à 1–5 mg/L de floculant polyacrylamide anionique, à pH 6,5–7,5. C'est le point optimal d'hydrolyse Al/Fe où les espèces coagulantes portent la charge cationique la plus élevée et neutralisent la charge de surface négative des gouttelettes d'huile émulsionnées, permettant au polymère de les relier par pontage en un floc flottant (données de terrain Zhongsheng, 2026). La microbulle ne s'accroche pas à l'huile libre ; elle s'accroche à une gouttelette d'huile floculée, de sorte que sans l'étape chimique, la cellule n'est qu'un bain de bulles.

Le choix du coagulant est dicté par l'alimentation. Les eaux-mères à forte teneur en sels dissous ou chargées en sulfures (eaux de service de raffinerie aigres, rétrocessions de saumure de dessaleur) privilégient généralement le chlorure ferrique car Fe³⁺ est moins affecté par les anions concurrents et produit un flottant plus dense, plus facile à racler. Les flux de raffinerie plus propres — ruissellement de parc de stockage, eaux d'épreuve hydraulique — utilisent généralement le PAC pour un rendement en boues plus faible et un floc plus serré qui s'écume proprement. Les deux coagulants s'hydrolysent efficacement dans la plage de pH 6,5–7,5, qui est également la bande de pH où le polymère anionique atteint sa conformation en chaîne ouverte et son efficacité de pontage.

Le mode de défaillance le plus fréquent est le surdosage du polymère. Un excès de polyacrylamide anionique restabilise l'émulsion (inversion de charge à la surface de la gouttelette) et l'huile de l'effluent DAF augmente même si la dose est plus élevée. C'est un paramètre conditionné par essai de jar-test : 1, 2, 3, 5 mg/L de polymère sur l'alimentation réelle doivent être testés au banc avant tout engagement d'achat. Un skid de dosage coagulant et polymère piloté par automate (PLC) avec rétroaction en ligne par courant de streaming est la façon dont l'enveloppe est tenue en production, et non par dosage manuel.

Dimensionnement des microbulles et pression de saturation

La cellule de flottation n'est aussi performante que la bulle. Une taille de microbulles de 10–80 µm, avec la bande 30–50 µm préférée pour l'huile émulsionnée, constitue l'enveloppe de conception : assez petite pour s'accrocher au floc fin et monter avec la gouttelette, assez grande pour vaincre la traînée hydrodynamique dans la cellule. En dessous de 10 µm, la vitesse de montée terminale de la bulle est trop faible pour soulever le floc dans le TRH disponible ; au-dessus de 80 µm, la bulle éclate en surface sans déposer le floc dans le matelas de flottant (données de terrain Zhongsheng, 2026). Une pression de saturation de 4–6 bar(g) génère cette bande de tailles dans un saturateur à garnissage avec un temps de séjour de 1–3 secondes.

Le taux de recyclage se situe à 20–50 % du flux d'effluent clarifié, et conjointement avec la pression de saturation il fixe le rapport air/solides (A/S) dans la plage 0,005–0,060 (masse d'air : masse de solides). En dessous de A/S = 0,005, il n'y a pas assez de surface de bulles pour s'accrocher au floc disponible ; au-dessus de A/S = 0,060, la cellule est sur-instrumentée et l'eau saturée transporte de l'air dissous qui détend de façon turbulente, perturbant le matelas de flottant. Le recyclage est mis sous pression plutôt que le débit total, car pomper l'ensemble des eaux-mères à 4–6 bar(g) cisailleait le floc et réémulsionnerait l'huile que le séparateur API avait déjà résolue.

Le choix entre compresseur et pompe est déterminé par la stabilité du débit. Les pompes volumétriques (typiquement à cavité progressive ou à lobes rotatifs) sont plus courantes dans les skids DAF de raffinerie car elles maintiennent la pression de saturation indépendamment des variations de débit de recyclage, qui surviennent en service de parc de stockage chaque fois qu'un filtre aval est en rétrolavage. Les soufflantes centrifuges peinent à maintenir la bande 4–6 bar(g) lorsque le débit de recyclage chute de 30 % pendant un cycle de rétrolavage, et la distribution de tailles de bulles se décale vers l'extrémité grossière de l'enveloppe.

Conception hydraulique : TRH, charge surfacique et géométrie de cellule

Un temps de rétention hydraulique de 15–30 minutes et une charge surfacique de 5–15 m/h définissent la cellule DAF sur les eaux-mères API (données de terrain Zhongsheng, 2026). Un TRH inférieur à 15 minutes est trop court pour que l'agrégat floc-bulle atteigne la surface dans la profondeur de cellule disponible ; un TRH supérieur à 30 minutes survitamine le bac sans extraire d'huile supplémentaire. La charge surfacique est l'inverse du débit de trop-plein — à 10 m/h sur une cellule de 3 m de large, l'unité peut traiter jusqu'à 30 m³/h par mètre de longueur de déversoir, chiffre utilisé pour dimensionner le bac de flottation rectangulaire.

La géométrie de cellule est rectangulaire pour le service standard des eaux-mères de raffinerie, avec des packs lamellaires ou à plaques inclinées ajoutés uniquement lorsque les MES d'influent dépassent ~500 mg/L. Les packs de plaques stabilisent le matelas de flottant sous une charge élevée en solides ; en dessous de 500 mg/L de MES, les plaques ajoutent une résistance hydraulique et une surface de colmatage sans augmenter le taux d'élimination. Un écrémeur de flottant à lames spirales fonctionnant à 0,5–1,0 m/min à travers la surface de la cellule dirige les boues flottées vers une goulotte, tandis qu'un racleur de boues de fond à 0,3–0,5 m/min consolide les solides décantés. Le sous-débit combiné (flottant + boues de fond) représente typiquement 1–3 % du débit et est dirigé vers un épaississeur de boues ou renvoyé vers le système d'huiles de récupération.

Les cellules DAF de raffinerie standard couvrent 4–300 m³/h, et un DAF série ZSQ pour eaux-mères API permet à l'ingénieur d'apparier le débit de conception à un modèle standard plutôt qu'à une construction sur mesure, avec saturateur, pompe de recyclage, écrémeur et racleur pré-intégrés. Au-dessus de 300 m³/h, la cellule est construite en trains parallèles plutôt qu'en un seul bac surdimensionné, ce qui maintient le TRH et la charge surfacique dans l'enveloppe de conception.

Réutilisation versus rejet : choisir la cible d'effluent

Le chiffre d'effluent est le paramètre qui verrouille chaque décision amont. Pour la réutilisation interne — appoint de dessaleur, eaux de lavage, appoint de tour de refroidissement — la cible est <10 mg/L d'huiles et graisses, <30 mg/L de MES et <100 mg/L de DCO, que le DAF atteint typiquement directement sans finition aval (données de terrain Zhongsheng, 2026). Pour un rejet conforme vers un égout municipal ou un milieu récepteur sensible, la cible passe à <20 mg/L d'huiles et graisses (le chiffre d'autorisation typique de raffinerie) et MES <50 mg/L ; le DAF reste le cheval de bataille, mais des limites régionales plus strictes (p. ex. <5 mg/L d'huiles et graisses dans certaines juridictions européennes) nécessitent une finition MBR (bioréacteur à membrane) ou par osmose inverse (OI) en aval. Les plafonds spécifiques aux juridictions sont cartographiés dans la référence liée réglementations mondiales de réutilisation des eaux industrielles 2026, que vous devriez consulter avant le gel de conception.

Le cadrage CAPEX/OPEX est direct : une cible de réutilisation plus stricte qui exige une étape MBR (bioréacteur à membrane) ou OI aval ajoute 30–60 % au coût du train de traitement, mais le DAF protège cette étape aval en dépouillant d'abord l'huile brute, ce qui maintient les intervalles de remplacement membranaire dans des limites économiques. Concevoir pour le rejet lorsque la réutilisation est faisable laisse 70–90 % de l'eau traitée dans le bilan hydrique de l'usine ; concevoir pour la réutilisation lorsque le rejet est la contrainte n'ajoute que du coût sans bénéfice.

Synthèse : une liste de contrôle de configuration pratique

La configuration que vous remettez aux achats est un train intégré unique, et non une liste de boîtes séparées. Enveloppe d'influent (50–500 mg/L d'huile, 100–800 mg/L de MES, 200–1 500 mg/L de DCO) → fenêtre chimique (50–200 mg/L de coagulant, 1–5 mg/L de polymère anionique, pH 6,5–7,5) → enveloppe hydraulique (TRH 15–30 min, charge surfacique 5–15 m/h, recyclage 20–50 % à 4–6 bar(g)) → effluent attendu (<10 mg/L d'huile pour la réutilisation, <20 mg/L pour le rejet). Le train est le DAF série ZSQ pour eaux-mères API associé à un skid de dosage coagulant et polymère piloté par automate (PLC) et, pour une réutilisation stricte ou un rejet sensible, une étape de finition traitement des eaux usées intégré MBR.

Questions d'achat à confirmer auprès du fournisseur : débit maximal (m³/h) et débit instantané de pointe, huile et MES d'influent de pointe mesurées au trop-plein API, emprise et hauteur libre disponibles (le saturateur nécessite ~3 m verticaux), source d'eau de recyclage (effluent clarifié de la cellule, et non l'alimentation brute), intégration automate (PLC) avec le séparateur API amont et le train biologique ou OI aval, et la cible d'huiles et graisses d'effluent contre laquelle l'unité est garantie. Une fois ces points répondus, la configuration est spécifiable et le train est constructible.

Questions fréquentes

Quelle configuration DAF traite les eaux-mères API pour la réutilisation ou le rejet ? 50–200 mg/L de coagulant (PAC ou FeCl₃), 1–5 mg/L de polymère anionique, pH 6,5–7,5, taille de microbulles 30–50 µm, pression de saturation 4–6 bar(g), taux de recyclage 20–50 %, TRH 15–30 minutes, charge surfacique 5–15 m/h. Spécifiée comme un DAF série ZSQ pour eaux-mères API avec un skid de dosage coagulant et polymère piloté par automate (PLC) en amont.

Quelles teneurs en huiles et graisses d'effluent un DAF correctement configuré peut-il délivrer sur les eaux-mères API ? 80–95 % d'élimination des huiles et graisses, avec une huile d'effluent typiquement <10 mg/L pour la réutilisation et <20 mg/L pour l'autorisation de rejet standard de raffinerie (données de terrain Zhongsheng, 2026).

Quel est le rapport air/solides (A/S) pour le DAF sur les eaux-mères de raffinerie ? 0,005–0,060 (masse d'air : masse de solides), généré par un saturateur 4–6 bar(g) sur un flux latéral de recyclage de 20–50 % de l'effluent clarifié de la cellule.

Quand une finition MBR (bioréacteur à membrane) ou OI est-elle requise en aval du DAF ? Lorsque la cible d'effluent est <5 mg/L d'huiles et graisses ou <10 mg/L de MES — typiquement des autorisations de réutilisation régionales plus strictes ou de milieu récepteur sensible, telles que cartographiées dans la référence réglementations mondiales de réutilisation des eaux industrielles 2026.