Pourquoi les condensats de compresseur constituent un cas particulier pour la FAD
Les condensats de compresseur ne sont pas des eaux usées huileuses ordinaires : l'application des tables de dimensionnement FAD urbaines à ce flux sous-dimensionne systématiquement le bassin ou sur-dimensionne le saturateur. Le flux est un mélange de vapeur d'eau condensée, d'huile lubrifiante entraînée (minérale ou synthétique) et de traces de métaux d'usure issus des inter-refroidisseurs, post-refroidisseurs, sécheurs frigorifiques et purges de filtres. Les débits se situent entre 0,5 et 10 m³/h par compresseur, avec une concentration totale en huile comprise entre 50 et 500 mg/L, et l'écoulement se fait par bouffées, calé sur les cycles de charge du compresseur plutôt que sur un poste de travail stable (données terrain HydropureWater, 2025-2026).
L'huile présente dans ce flux existe sous deux phases physiquement distinctes. L'huile libre, dont les gouttelettes dépassent environ 20 µm, remonte naturellement et peut être extraite par un séparateur à plaques corruguées (CPI) ou un écrémeur. L'huile émulsifiée, dont les gouttelettes sont inférieures à 20 µm, stabilisée par la turbulence, les additifs antimousse et des traces de tensioactifs, ne remonte pas seule et nécessite une fixation par des bulles. La répartition huile libre / huile émulsifiée est le paramètre le plus important de tout l'exercice de dimensionnement, car elle conditionne la charge hydraulique de surface, le rapport A/S et la nécessité d'un conditionnement chimique en amont.
La FAD est la bonne étape primaire pour ce flux, car la fixation par microbulles capture l'huile libre en quelques minutes et peut entraîner une fraction significative de l'huile émulsifiée lorsqu'un coagulant est dosé. Des travaux récents sur des eaux usées huileuses synthétiques associant FAD et bioréacteur à biofilm mobile modifié (SSRN, 2024) confirment que la FAD prend en charge l'élimination de la majeure partie de l'huile, le polissage biologique ou membranaire traitant les résiduels. Les lignes directrices génériques de FAD (charge hydraulique de surface de 20 à 40 m/h) sont établies pour la clarification primaire urbaine et cisaillent les émulsions de condensats : des taux spécifiques aux condensats s'appliquent donc.
Étape 1 — Caractériser le flux de condensat
Tout calcul de dimensionnement de FAD défendable repose sur des valeurs mesurées, et non sur le débit nominal. Les condensats de compresseur sont intermittents, et la concentration instantanée en huile peut varier d'un facteur 10 au cours d'un même poste : minimale en régime stable chargé, maximale au démarrage, lors des transitions ralenti-charge et après les cycles de régénération du sécheur. Des échantillons ponctuels moyennés sur un poste sous-estimeront systématiquement la charge de pointe que la FAD doit absorber.
Le jeu minimal de caractérisation comprend : débit instantané (m³/h, enregistré à intervalles de 15 minutes pendant au moins un cycle complet de service), concentration totale en huile par méthode gravimétrique extractible à l'hexane, répartition huile libre / huile émulsifiée (typiquement par décantation ou centrifugation), pH, température et matières en suspension. Un condensat issu d'un compresseur à injection d'huile sort couramment entre 25 et 60 °C ; la température modifie la solubilité du gaz dans le saturateur et donc le rapport A/S : il faut donc la relever. Trois paramètres supplémentaires peuvent modifier la conception : la présence d'agents antimousse dans le lubrifiant (qui bloquent la fixation des bulles et peuvent imposer un changement de chimie en amont), l'entraînement de glycol issu du fluide de refroidissement (qui augmente la DCO et la demande en polymère) et la présence de fines de rouille ou de tartre issues du réservoir (qui accroissent les MES et la charge de la couche de flottation).
Fixez le débit de conception au 95ᵉ percentile du débit horaire issu de l'enregistrement, et non à la moyenne journalière. Pour une station de 5 compresseurs affichant une moyenne journalière de 3 m³/h, le 95ᵉ percentile horaire se situe couramment entre 6 et 8 m³/h, en raison du synchronisme des charges et de la régénération des sécheurs.
| Paramètre | Méthode / point de mesure | Gamme typique (condensat de compresseur) | Conséquence pour la conception |
|---|---|---|---|
| Débit instantané | Débitmètre électromagnétique sur collecteur commun, enregistrement toutes les 15 min | 0,5 à 10 m³/h par compresseur | Utiliser le 95ᵉ percentile horaire pour le dimensionnement |
| Huile totale | Extractible à l'hexane, équivalent EPA 1664 | 50 à 500 mg/L | Détermine le rapport A/S et la dose de polymère |
| Fraction d'huile libre | Sédimentation 1 h ou centrifugation de paillasse | 20 à 80 % de l'huile totale | Détermine la plage de charge hydraulique de surface et la nécessité d'un CPI |
| Température | Sonde RTD en ligne à l'entrée FAD | 25 à 60 °C | Modifie la solubilité de l'air dans le saturateur |
| pH | Appareil portatif, échantillon ponctuel | 6,0 à 8,5 | Détermine le choix du coagulant |
| MES | EPA 160.2 ou gravimétrie | 20 à 200 mg/L | S'ajoute à la masse A/S et à la charge du gâteau flottant |
| Antimousse / glycol | Revue FDS + jar-test d'attachement des bulles | Spécifique au site | Peut imposer un changement de chimie |
Pour aller plus loin sur la manière dont le choix du coagulant et du floculant s'articule avec cette étape de caractérisation, l'analyse technique détaillée du système de dosage de PAM présente la correspondance jar-test / dose sur des flux huileux similaires.
Étape 2 — Définir les objectifs de traitement et la filière de prétraitement
Le point de rejet fixe la marge de conception : définissez-le avant tout calcul. Le rejet au réseau sous une limite municipale typique en huiles et graisses de 10 à 15 mg/L est l'objectif le plus fréquent ; l'appoint d'une tour de refroidissement avec moins de 5 mg/L d'huile constitue le palier suivant ; le polissage pré-OI avec moins de 1 mg/L d'huile est l'objectif le plus exigeant. Chaque palier double environ la marge de conception de la FAD et peut imposer une étape de polissage en aval.
Lorsque l'huile libre dépasse environ 70 % de l'huile totale, installez un pré-coalesceur grossier ou un séparateur à plaques corruguées (CPI) en amont de la FAD. Le CPI extrait la fraction facilement flottable, protège l'écrémeur de la FAD contre les chocs hydrauliques et réduit la charge d'écumes à gérer dans la trémie de flottation. Si l'huile émulsifiée domine, la chimie de conditionnement précède la FAD : coagulant (typiquement PAC ou chlorure ferrique entre 20 et 80 mg/L) pour neutraliser les charges, puis floculant tel qu'un PAM cationique ou anionique entre 1 et 5 mg/L pour constituer un floc flottable. La charge du polymère doit être confirmée par jar-test, car les formulations d'additifs des lubrifiants de compresseur varient fortement, et une charge mal adaptée rendra le floc plus dense que l'eau.
La FAD est rarement l'étape finale pour les condensats de compresseur. Des résiduels émulsifiés compris entre 10 et 30 mg/L sont courants même sur une installation bien réglée, et la plupart des sites associent à la FAD soit un polissage sur charbon, soit un BRM (bioréacteur à membranes), soit une OI, selon l'objectif de réutilisation. La filière complète se présente ainsi : purge du réservoir → CPI (si riche en huile libre) → bassin tampon → dosage de réactifs → FAD → polissage → rejet. L'étape de dosage de réactifs de cette filière est normalement assurée par un système automatique de dosage de réactifs dimensionné pour le 95ᵉ percentile de débit et affiné par jar-test lors de la mise en service.
Étape 3 — Appliquer les équations de dimensionnement
Quatre calculs produisent un dimensionnement défendable de la FAD pour condensats de compresseur. Traitez-les dans cet ordre, car chacun alimente le suivant.
1. Charge hydraulique de surface (SLR). La section de la zone de flottation est égale au débit de conception divisé par la SLR. Pour un condensat à dominante d'huile libre, visez une SLR de 5 à 15 m/h ; pour un condensat à dominante d'huile émulsifiée, abaissez-la à 3-8 m/h. Ces valeurs sont nettement inférieures aux 20-40 m/h utilisés en FAD urbaine, car la population de bulles en service condensat doit fournir davantage de travail par unité de surface lorsque les gouttelettes sont petites et le floc fragile.
2. Rapport A/S. Le rapport air/solides correspond à la masse d'air dissous libérée par masse d'huile et de MES éliminées. Maintenez l'A/S entre 0,02 et 0,06 pour les condensats huileux. En dessous de 0,02, la couche de flottation est mince et l'huile passe sous l'écrémeur ; au-dessus de 0,06, vous recyclez plus d'eau blanche que les bulles ne peuvent en exploiter et vous gaspillez l'énergie de la pompe du saturateur.
3. Taux de recyclage. Un recyclage d'eau blanche pressurisée représentant 20 à 40 % du débit d'entrée est typique. Suffisamment haut pour fournir un nuage dense de microbulles, suffisamment bas pour éviter de remélanger la couche déjà flottée. Les condensats de compresseur bénéficient de la partie haute de cette plage lorsque l'huile émulsifiée domine, car davantage de microbulles signifie davantage d'événements d'attachement par unité de temps.
4. Temps de séjour. Temps de séjour hydraulique de 15 à 30 minutes dans la zone de flottation, et de 30 à 60 minutes en temps de séjour total dans la cuve, floculation et séparation comprises. Les condensats de compresseur à faible débit tendent à être sur-retentis dans les unités standard des fabricants : vérifiez donc le rapport volume/débit réel avant d'accepter une valeur nominale.
Exemple appliqué. Débit de conception 5 m³/h, huile totale 200 mg/L, 60 % d'huile libre, 40 % d'huile émulsifiée. La fraction libre étant dominante, retenez SLR = 10 m/h. Surface de flottation requise = 5 ÷ 10 = 0,5 m². Retenez A/S = 0,04, ce qui donne un recyclage d'environ 2 m³/h en haut de la plage (40 %). Volume de la cuve à 30 minutes de temps de séjour = 5 × 0,5 = 2,5 m³, ce qui correspond bien à une unité package de petite taille. Le calcul complet correspond à une FAD nominale de 5 m³/h avec 0,5 à 0,7 m² de surface utile de flottation, 0,3 à 0,4 m de profondeur utile, et un saturateur dimensionné pour 1,5 à 2,0 m³/h à 4-6 bar(g).
| Paramètre | Flux à dominante d'huile libre | Flux à dominante d'huile émulsifiée | Commentaire |
|---|---|---|---|
| Charge hydraulique de surface (m/h) | 5 à 15 | 3 à 8 | Plus basse pour huile émulsifiée |
| Rapport A/S (sans dimension) | 0,02 à 0,04 | 0,04 à 0,06 | A/S plus élevé pour entraîner les petites gouttelettes |
| Taux de recyclage (%) | 20 à 30 | 30 à 40 | Plage haute pour les émulsions serrées |
| Temps de séjour en floculation (min) | 5 à 10 | 10 à 20 | Temps plus long pour floc fragile |
| Temps de séjour en flottation (min) | 15 à 20 | 20 à 30 | Laisser la couche se stabiliser |
| Pré-coalesceur / CPI | Recommandé si huile libre >70 % | Facultatif | Protection hydraulique |
Étape 4 — Sélectionner le bon modèle DAF
La gamme de systèmes FAD couvre 4 à 300 m³/h à travers 13 modèles standard, ce qui se cale précisément sur la plage 1-20 m³/h typique d'une installation de 5 à 50 compresseurs. Faites correspondre le modèle choisi à la surface de flottation calculée, et non au seul débit nominal, et vérifiez longueur, largeur et profondeur utile du bassin par rapport à la SLR obtenue à l'étape 3. Une unité nominale de 5 m³/h ne délivrant que 0,3 m² de surface utile à la profondeur nominale n'est pas équivalente à une unité de 5 m³/h en délivrant 0,7 m² ; c'est cette dernière qu'il faut retenir pour un flux à dominante d'huile émulsifiée à 5 m³/h.
Spécifiez le matériau de construction en fonction de la chimie du condensat. L'inox 304 est le standard et convient aux condensats propres de compresseurs à injection d'huile. Spécifiez de l'inox 316L en présence de lubrifiants chargés en chlorures ou lorsque le condensat transporte des fluides de refroidissement synthétiques agressifs. L'acier au carbone revêtu époxy est acceptable pour les condensats propres, à basse température, sans exposition aux chlorures, et apporte une économie significative sur les grandes unités.
Vérifiez le périmètre de fourniture avant d'émettre la commande. Un système FAD (flottation à air dissous) complet est livré avec saturateur, pompe de recyclage, mécanisme d'écrémage, trémie à écumes, armoire de commande et interface intégrée de dosage de réactifs, afin que le système polymère amont puisse être raccordé sans skid spécifique. Confirmez la pression nominale du saturateur (4-6 bar(g) en général), la courbe de la pompe de recyclage au point de fonctionnement, et la vitesse d'écrémage en surface : assez lente pour soulever le flottant sans ré-entraînement, assez rapide pour vider la trémie entre deux cycles.
| Gamme DAF | Débit nominal (m³/h) | Surface utile typique (m²) | Aptitude pour stations de compression |
|---|---|---|---|
| Compacte (DAF-1 à DAF-5) | 1 à 5 | 0,2 à 0,7 | Stations de 1 à 5 compresseurs, faibles débits |
| Standard (DAF-10 à DAF-25) | 8 à 25 | 0,8 à 3,0 | Stations de 5 à 25 compresseurs, débits moyens |
| Haut débit (DAF-40+) | 30 à 100+ | 3,0 à 12+ | Traitement centralisé, 50 compresseurs et plus |
Étape 5 — Mise en service, surveillance et erreurs fréquentes
La plupart des défaillances de FAD sur condensats résultent de l'une des trois erreurs de dimensionnement ou d'exploitation suivantes. La première consiste à dimensionner sur le débit moyen journalier : une moyenne de 3 m³/h masque une bouffée à 7 m³/h au moment de la mise en charge des compresseurs, et la FAD se retrouve noyée pendant 20 minutes à chaque cycle. Dimensionnez toujours sur le 95ᵉ percentile du débit horaire, même si cela double le coût de l'unité : l'alternative est une fuite d'huile chronique. La deuxième erreur consiste à omettre le CPI lorsque l'huile libre dépasse 70 % de l'huile totale : l'écrémeur est enfoui sous un épais matelas d'huile et ré-entraîne l'huile dans le clarifié. La troisième erreur consiste à choisir la mauvaise charge de polymère ; les formulations d'additifs des lubrifiants de compresseur varient selon le fournisseur et l'âge de l'huile : confirmez la nature cationique ou anionique par un jar-test frais lors de la mise en service, et reconfirmez tous les 6 à 12 mois au gré des changements de lots d'huile.
Pendant les 90 premiers jours suivant la mise en service, relevez quotidiennement les huiles et graisses en entrée et sortie, le débit de recyclage hebdomadairement, la pression du saturateur en continu et l'épaisseur de la couche flottante visuellement à chaque poste. Après les 90 jours de référence, passez à un prélèvement hebdomadaire des huiles et graisses. Si vous évaluez également des filières de polissage pour des objectifs de rejet plus sévères, la logique d'ingénierie pour le dimensionnement d'une FAD ou d'une filière ZLD pour eaux huileuses de presses d'emboutissage suit la même approche « caractérisation d'abord », et le dimensionnement d'une FAD pour rejets d'eaux blanches couvre une enveloppe à recyclage élevé apparentée.
Foire aux questions
Quelle charge hydraulique de surface retenir pour une FAD sur condensat de compresseur ?
Pour un condensat à dominante d'huile libre, utilisez une charge hydraulique de surface comprise entre 5 et 15 m/h. Pour les flux à dominante d'huile émulsifiée, abaissez-la à 3-8 m/h. Ces valeurs sont nettement inférieures aux 20-40 m/h utilisés en FAD urbaine, car les condensats de compresseur exigent un temps de contact plus long entre les microbulles et les petites gouttelettes d'huile.
Quel rapport A/S convient pour une FAD sur condensat huileux ?
Maintenez le rapport air/solides entre 0,02 et 0,06 pour les condensats de compresseur. La plage basse (0,02-0,04) convient aux flux à dominante d'huile libre, et la plage haute (0,04-0,06) est nécessaire lorsque l'huile émulsifiée domine. En dessous de 0,02, la couche de flottation est mince et l'huile passe sous l'écrémeur ; au-dessus de 0,06, l'énergie de la pompe de recyclage est gaspillée sans captation supplémentaire d'huile.
La FAD seule permet-elle d'atteindre une limite de rejet au réseau de 10 mg/L pour condensat de compresseur ?
Rarement. Une FAD bien réglée sur un condensat riche en huile libre peut atteindre 10-15 mg/L d'huiles et graisses, mais les résiduels émulsifiés sortent généralement de la FAD entre 15 et 30 mg/L. Pour tenir durablement une limite réseau de 10 mg/L, faites suivre la FAD d'un polissage tel que adsorption sur charbon, BRM (bioréacteur à membranes) ou filtre à poche. Pour un objectif d'appoint de tour de refroidissement à 5 mg/L, un polissage est indispensable.
Faut-il installer un CPI en amont de la FAD ?
Oui, lorsque l'huile libre dépasse environ 70 % de l'huile totale. Un séparateur à plaques corruguées ou un pré-coalesceur grossier protège la FAD des chocs hydrauliques, réduit la charge d'écumes à la trémie et permet à la FAD de se concentrer sur la fraction émulsifiée, là où la fixation par bulles apporte réellement une valeur. Lorsque l'huile libre représente moins de 50 % de l'huile totale, le CPI est facultatif et la FAD peut traiter seule la totalité du flux.
Comment dimensionner le saturateur pour une FAD sur condensat de compresseur ?
Dimensionnez le saturateur pour un débit de recyclage de 20 à 40 % du débit d'entrée FAD, à une pression de service de 4-6 bar(g). Vérifiez que le saturateur offre au moins 3 minutes de temps de séjour au recyclage de conception pour permettre une dissolution complète de l'air, et que la courbe de la pompe de recyclage délivre le débit de conception contre la contre-pression de l'eau saturée. Les saturateurs sous-dimensionnés sont la cause la plus fréquente de couches de flottation médiocres sur les unités FAD packages.
