Pourquoi l'eau de fond de bac est un problème de dimensionnement DAF différent
L'eau de fond de bac est le mélange pompé depuis les puisards de purge des bacs de stockage de brut, de produits intermédiaires et de slop lors des vidanges périodiques — généralement une à deux fois par mois, parfois chaque semaine, lorsque les niveaux de produit baissent et que le talon d'eau est évacué. Elle comporte une couche d'huile libre stratifiée en surface, une couche de « rag » d'huile émulsionnée au milieu et une boue de sédiments en dessous, et le flux envoyé en aval est un mélange variable dans le temps de ces trois couches. La teneur en huile se situe régulièrement entre 200 et 10 000 mg/L selon le service du bac, son âge et la durée de séjour du talon d'eau, avec des matières en suspension totales dans la plage de 200 à 3 000 mg/L et un pH qui varie entre 5,5 et 8,0 dans la plupart des puisards de raffineries et de terminaux.
Ce profil est fondamentalement différent de l'alimentation en colloïdes et MES pour laquelle les guides de dimensionnement DAF municipaux sont conçus. Deux réalités opérationnelles font la différence : le soutirage est intermittent, si bien que le débit de pointe atteint 3 à 5 fois la moyenne journalière pendant la vidange d'un bac, et la charge est dominée par l'huile, si bien que la contrainte de conception est le flux d'huile (kg huile/m²·h) plutôt que les MES ou le taux de charge superficielle. Les recommandations génériques de dimensionner un DAF à 5-10 m/h de charge superficielle supposent une alimentation colloïdale stable et sous-dimensionnent silencieusement l'équipement face à une pointe d'huile. La thèse DUT 2020 sur l'huile minérale (Dladla, Optimization of DAF for separating industrial mineral oil from water, Durban University of Technology) traite explicitement l'huile dans l'eau des raffineries industrielles comme un cas d'optimisation distinct du DAF municipal, avec un pH 5 et un ratio air/eau de 8-12 % identifiés comme les variables déterminantes de la performance (source : DUT 2020).
La chaîne de calcul de dimensionnement en cinq étapes
Un dimensionnement DAF défendable pour l'eau de fond de bac est une chaîne en cinq étapes, et sauter une seule étape produit une unité qui subit soit une percée d'huile dès le premier soutirage, soit coûte 30 % de plus en CAPEX que ce que le service exige.
- Étape 1 — Établir le débit horaire de pointe Q (m³/h). Calculez-le à partir du volume du bac, du taux de soutirage attendu (courbe de pompe) et du nombre de bacs soutirés simultanément. Utilisez le débit de pointe, pas la moyenne journalière. Un bac de 5 000 m³ vidangé sur 8 heures avec le talon d'eau dans les 5 derniers pourcents produit une pointe bien supérieure à la moyenne mensuelle. Pour un soutirage simultané typique de deux bacs, l'ingénieur devrait observer un Q compris entre 15 et 60 m³/h.
- Étape 2 — Caractériser l'alimentation et définir le flux d'huile. Mesurez l'huile libre + l'huile émulsionnée + les MES. Le flux d'huile de conception pour une eau de fond de bac huileuse se situe dans la bande de 15-40 kg huile/m²·h ; en dessous de 15, l'unité est sous-sollicitée, au-dessus de 40, le matelas de flottants s'effondre et l'huile repasse par le déversoir.
- Étape 3 — Sélectionner le taux de charge surfacique et calculer la surface. Utilisez 5-15 m/h — limite inférieure pour une teneur élevée en huile, limite supérieure pour une teneur faible. Calculez A = Q / SLR. Pour Q = 30 m³/h à SLR = 8 m/h, A = 3,75 m² de surface flottante effective.
- Étape 4 — Dimensionner le saturateur et la boucle de recirculation. Pression 300-500 kPa, taux de recirculation 8-12 % selon l'optimisation DUT 2020, débit de recirculation = 0,08-0,12 × Q. Pour Q = 30 m³/h, la recirculation est de 2,4-3,6 m³/h à travers un saturateur pressurisé dimensionné pour une pression de fonctionnement d'environ 400 kPa.
- Étape 5 — Ajouter une marge hydraulique de 20-30 % pour les événements de bouchon, les pics de couche de flottants et les cycles de nettoyage. C'est ce qui prévient le passage chronique d'huile qui compromet la plupart des conceptions DAF de première tentative lors des vidanges de bassin.
Vérification calculée : 30 m³/h × marge de 1,25 = 37,5 m³/h de débit de conception → 4,7 m² de surface flottante à SLR 8 m/h, avec un saturateur en recirculation de 3,0 m³/h à 400 kPa.
| Étape | Paramètre | Valeur / Plage | Source / Remarque |
|---|---|---|---|
| 1 | Débit de pointe Q | 15-60 m³/h (tirage typique à deux bassins) | Calcul de l'ingénieur à partir de la courbe de pompe |
| 2 | Flux d'huile de conception | 15-40 kg d'huile/m²·h | Données de terrain Zhongsheng, 2026 |
| 3 | Taux de charge surfacique (SLR) | 5-15 m/h | Dépendant de la teneur en huile, plus bas pour une teneur élevée |
| 3 | Surface flottante A = Q/SLR | ex. 3,75 m² à 30 m³/h, SLR 8 | Calculé |
| 4 | Pression du saturateur | 300-500 kPa | Optimum DUT 2020 : 350-425 kPa |
| 4 | Recirculation air-eau | 8-12 % de Q | Optimum DUT 2020 : 10 % |
| 5 | Marge hydraulique | +20-30 % sur Q | Marge pour événements de bouchon et de flottants |
Chimie du prétraitement et état des flocs
Le DAF sur de l'huile émulsifiée sans traitement chimique est un passage d'huile garanti. Les gouttelettes d'huile émulsifiée de la plage 5-20 μm ne s'attachent pas seules aux microbulles — elles ont besoin d'un pont coagulé ou floculé. L'étude DUT 2020 a confirmé un pH de 5 comme optimum pour l'huile minérale dans l'eau (source : DUT 2020), et cette fenêtre de pH de 5-7 est la plage de travail sur laquelle aboutissent la plupart des essais en jar-test en raffinerie avant la mise en service. En dehors de cette fenêtre, soit la charge du coagulant cationique est supprimée (pH > 7,5), soit le complexe huile-tensioactif se restabilise (pH < 4,5).
La sélection du coagulant est généralement un composé inorganique cationique (alun ou chlorure ferrique à 30-50 mg/L) ou un polymère cationique tel que les organiques de type Zetag identifiés comme efficaces par les travaux DUT 2020. L'énergie de mélange compte autant que le dosage : un mélange rapide à 100-300 s⁻¹ pendant ~30 s disperse le coagulant, puis un mélange lent à 20-50 s⁻¹ pendant 5-10 min fait croître de gros flocs de faible densité que les micro-bulles peuvent soulever. Selon le chapitre CRC Press sur la taille et la densité des flocs en DAF par rapport à la décantation (Edzwald, Algae Laden Water Treatment by Dissolved Air Flotation), la DAF (flottation à air dissous) nécessite des flocs plus gros et de densité plus faible que les flocs compacts qui décantent bien — une cible de mélange différente de l'épaississement par gravité, et une raison fréquente pour laquelle les opérateurs « règlent » dans le mauvais sens. La préparation du polymère et l'ajustement fin du dosage doivent s'effectuer sur un système de dosage chimique automatique à régulation asservie au débit, afin que le dosage suive les à-coups de charge.
Réglage du saturateur et du ratio air/eau
Le saturateur est le cœur d'une DAF et le composant le plus souvent mal dimensionné sur les installations traitant l'eau de fond de bac. La plage de fonctionnement est bien délimitée : pression du saturateur de 300-500 kPa et ratio de recyclage air/eau de 8-12 % selon l'optimisation DUT 2020, avec 400 kPa et 10 % comme points médians pratiques pour la plupart des skids de raffinerie et de terminal (source : DUT 2020). Une pression plus élevée dissout davantage d'air par unité d'eau de recyclage, ce qui est thermodynamiquement intéressant, mais le coût du compresseur et de la pompe augmente en conséquence, et au-delà d'environ 500 kPa, le gain marginal de masse d'air par kPa diminue. En dessous de 8 % de recyclage, le flux de bulles est insuffisant pour soulever la charge d'huile et l'on observe des flottations partielles. Au-delà de 12 %, le matelas flottant se déstabilise — les bulles le traversent en le cisaillant et l'effluent commence à entraîner de l'huile visible.
L'eau de recyclage doit être un effluent DAF clarifié, et non l'influent brut. Les saturateurs alimentés en eau de fond de bac brute s'encrassent en quelques semaines, pas en quelques mois — les sédiments et la couche de rag enrobent le garnissage et étouffent le transfert d'air. La taille de bulle qui compte se situe dans la fenêtre 10-100 μm ; ces micro-bulles sont générées par la dépressurisation du recyclage saturé à travers des vannes à pointeau ou des buses de libération spéciales, et l'air sort de la solution sous forme d'un nuage de fines bulles qui s'attachent à l'huile floculée et remontent à 0,5-2 m/min.
| Paramètre | Plage de fonctionnement | Point de consigne typique | Conséquence hors plage |
|---|---|---|---|
| Pression du saturateur | 300-500 kPa | 400 kPa | Basse → flux de bulles insuffisant ; haute → rendement décroissant, coût plus élevé |
| Recyclage air-eau | 8-12 % | 10 % | Faible → flottation partielle ; élevé → déstabilisation du matelas, l'huile traverse par cisaillement |
| Taille des microbulles | 10-100 μm | 30-60 μm | Hors plage → mauvaise adhésion de l'huile |
| Source de l'eau recyclée | Effluent clarifié du DAF | Effluent | Influent brut → encrassement du garnissage, population de bulles instable |
| Temps de séjour en flottation | 5-15 min | 10 min | Court → entraînement de flocs ; long → bassin surdimensionné |
Adapter le DAF Zhongsheng ZSQ à votre débit
Une fois le débit Q, la surface et la taille du saturateur déterminés, la décision suivante porte sur le modèle de skid adapté. Le système DAF de la série Zhongsheng ZSQ couvre 4-300 m³/h sur 13 modèles standards au catalogue, ce qui recouvre précisément l'enveloppe des tirages terminaux en cuve unique et double cuve. La logique de sélection consiste à choisir le modèle dont le débit nominal se situe à 70-85 % du débit de pointe de conception — suffisamment élevé pour que l'unité ne soit pas chroniquement sous-chargée (ce qui nuit au temps de contact floc-bulle), suffisamment bas pour conserver une marge face à l'à-coup que l'opérateur n'a pas encore rencontré.
Pour un service en eau huileuse, la configuration ZSQ doit inclure un écumeur supérieur adapté aux huiles avec déversoir réglable, un racleur de fond avec minuterie de cycle pour l'évacuation des sédiments, et un lit de plaques inclinées pour renforcer le contact huile-bulle. Associez le skid à un système de polymère asservi au débit sur le système de dosage chimique automatique afin que le dosage suive l'à-coup en temps réel plutôt que de fonctionner à un point de consigne fixe. Pour le dimensionnement d'un flux croisé, les ingénieurs traitant les eaux de pâte de neutralisation d'huiles alimentaires devraient également consulter le guide de dimensionnement DAF pour les eaux de pâte de neutralisation d'huiles alimentaires, et le cas connexe côté électronique est traité dans le guide dimensionnement DAF pour les effluents de gravure HF.
| Débit de pointe de conception (m³/h) | Plage de modèles ZSQ | Charge cible | Remarques |
|---|---|---|---|
| 4-10 | Petit skid (pilote de laboratoire/terminal) | 70-85 % de la capacité nominale | Puisage sur un seul petit bassin |
| 10-30 | Skid intermédiaire | 70-85 % de la capacité nominale | Puisage typique sur un seul bassin en raffinerie |
| 30-80 | Skid de grande taille | 70-85 % de la capacité nominale | Puisage simultané sur deux bassins |
| 80-300 | Multi-skid / en parallèle | 70-85 % de la capacité nominale | Parc de stockage ou collecteur de terminal |
Liste de contrôle pour la mise en service et le dépannage
La plupart des échecs de mise en service des unités DAF sur les eaux de fond de bac apparaissent dans les 90 premiers jours et s'expliquent par l'un des trois modes suivants :
- Percée d'huile au niveau du chenal d'effluent. Vérifiez la pression du saturateur (valeur cible : 400 kPa), le taux de recyclage (valeur cible : 10 %) et le dosage de polymère. Effectuez d'abord un essai de flottation en bécher pour confirmer que la chimie est correcte avant de toucher à l'hydraulique — la plupart des percées relèvent de la chimie, pas du matériel.
- Moussage dans le lit de flottants. Le report de polymère résiduel et une surcharge du flux d'huile en sont les causes habituelles. Réduisez le ratio air/eau de 2 à 3 points de pourcentage et vérifiez à nouveau le débit de retrait de l'écumeur ; une mousse qui ne s'effondre pas en une couche d'huile stable est un symptôme hydraulique, pas chimique.
- Accumulation de sédiments dans la cellule. Vérifiez le cycle du racleur de fond et la fréquence de purge des boues. Pour les bassins fortement sédimentés (anciens bacs à résidus de brut, service de résidus), ajoutez une étape de pré-sédimentation — un petit décanteur lamellaire ou un bassin conique en amont du DAF — plutôt que de demander à la cellule de flottation de traiter des matières décantables pour lesquelles elle n'a pas été conçue.
Questions fréquentes
Quelle plage de débit couvre un skid DAF standard pour les eaux de fond de bac ?
Les unités DAF compactes standard couvrent une plage d'environ 4 m³/h pour les petits terminaux jusqu'à 300 m³/h pour les collecteurs de raffinerie et de parc de stockage, ce qui correspond à l'enveloppe typique de puisage simultané sur un ou deux bassins. Le catalogue ZSQ de Zhongsheng couvre cette plage sur 13 modèles, de sorte que la plupart des besoins en eaux de fond de bac sont satisfaits sans fabrication sur mesure.
Quelle concentration en huile un DAF peut-il traiter sur des eaux de fond de bac ?
Un DAF correctement dimensionné et conditionné traite de 200 à 10 000 mg/L d'huile dans l'eau, avec un flux d'huile de conception maintenu dans la fourchette de 15 à 40 kg/m²·h. Au-delà de 10 000 mg/L, l'unité nécessite un précoalesceur ou un DAF à deux étages ; en dessous de 200 mg/L, la charge est suffisamment faible pour que la partie supérieure de la plage de charge hydraulique (10-15 m/h) soit appropriée.
Le DAF seul suffit-il pour l'eau de fond de bac, ou un prétraitement est-il nécessaire ?
Le DAF seul suffit rarement pour une huile émulsifiée supérieure à 500 mg/L — une chimie de prétraitement est nécessaire. L'ajustement du pH à 5-7, un coagulant à 30-50 mg/L et un floculant polymère sont standard, avec un système de dosage asservi au débit pour suivre le pic de charge. Pour les sédiments lourds, ajoutez une étape de pré-décantation avant le DAF.
À quelle fréquence les boues flottées du DAF doivent-elles être retirées ?
Pour une eau de fond de bac de raffinerie typique, la couche flottante doit être raclée toutes les 2 à 4 heures et le sédiment de fond purgé quotidiennement, le cycle de raclage étant ajustable selon l'épaisseur visuelle du flottant. Les bacs à sédiments lourds peuvent nécessiter une purge de fond à chaque poste ; les cycles de routine sont fixés lors des essais en jar-test à la mise en service.
Quelle pression de saturation d'air est typique pour un service DAF industriel ?
300-500 kPa est la plage de fonctionnement, avec 400 kPa comme point de consigne typique, l'étude DUT 2020 sur les huiles minérales identifiant 350-425 kPa comme l'optimum de performance. En dessous de 300 kPa, le flux de bulles est trop faible ; au-dessus de 500 kPa, la masse d'air marginale par kPa diminue et le coût du compresseur n'est plus justifié.
