Nutrien, dont le siège social est situé au Canada, est le troisième producteur mondial d’ammoniac avec une capacité annuelle de 7,1 millions de tonnes. Parmi ses neuf installations de production d’azote se trouve l’usine d’azote de Redwater. Située en Alberta, au Canada, elle a une capacité de 1,4 millions de tonnes par an d’engrais azotés.
L’approvisionnement en eau brute de Nutrien Redwater provient de la rivière Saskatchewan nord. Pendant une grande partie de l’année, la qualité de l’eau de la rivière est constamment propre. Mais pendant le ruissellement printanier, la fonte des neiges introduit de grandes quantités de sédiments, ce qui augmente la turbidité. Le système de prétraitement de l’usine est conçu pour éliminer le limon, l’argile et les matières organiques de l’eau entrante afin d’éviter l’encrassement des différents équipements de traitement, ce qui pourrait entraîner des problèmes de performance.
Challenge
Le système de prétraitement de Redwater est composé d’un clarificateur et d’un adoucisseur de chaux à froid qui fonctionnent normalement en parallèle, envoyant l’eau traitée de manière appropriée vers diverses zones de traitement sur le site. Mais pendant le ruissellement, le clarificateur et l’adoucisseur de chaux à froid fonctionnent en série, le clarificateur éliminant la majeure partie des solides en suspension avant d’être traité par l’adoucisseur à chaux à froid. Lorsque Veolia s’est associé à Nutrien Redwater en 2017 pour devenir son fournisseur de solutions de traitement de l'eau, l’usine rencontrait des difficultés opérationnelles coïncidant avec le ruissellement printanier.
L’équipe locale de Veolia s’est familiarisée avec le fonctionnement du site et a reconnu que les problèmes de l’usine, qui comprenaient les déminéralisateurs échangeurs d’ions, les courts-tirages, les dépôts dans les échangeurs de refroidissement. De plus, les dépassements des limites de rejet des effluents de l’usine, n’étaient pas seulement dus aux conditions de ruissellement et ont souligné la nécessité d’améliorer la chimie de clarification avant le prétraitement.
Solution
Veolia a collaboré avec l’équipe des opérations de l’usine et a mené des analyses approfondies pendant plusieurs périodes de ruissellement afin de saisir pleinement l’impact du programme de clarification actuel. Pour gérer l’afflux important de solides en suspension pendant ces périodes, l’usine a historiquement alimenté de grandes quantités de produits chimiques à base de sulfate d’aluminium (alun). Les données recueillies ont montré que le dosage élevé d’alun pendant le ruissellement printanier avait un effet négatif sur la qualité de l’eau de sortie de l’adoucisseur de chaux à froid, limitant la capacité de l’unité à éliminer la dureté de l’eau.
L’augmentation de la dureté, combinée à l’augmentation des solides dissous pour d’autres espèces de sulfate, augmentait la charge sur les trois déminéralisateurs échangeurs d’ions. Les trains de déminage devaient donc être arrêtés plus fréquemment pour être régénérés, ce qui entraînait une augmentation du coût de l'acide et de la soude caustique, ainsi qu'une diminution des volumes d'eau traités en raison d'une disponibilité réduite.
Une fois que les équipes de Veolia et de Nutrien sur site ont bien compris les causes profondes des difficultés opérationnelles, elles ont exploré comment la modification de la chimie de clarification existante pourrait éliminer les impacts en aval et empêcher les déminéralisateurs d’agir comme un goulot d’étranglement dans la production.
Résultat
À l’issue d’un essai à grande échelle visant à tester et à valider un coagulant chimique alternatif de la gamme de produits Veolia, les avantages suivants ont été confirmés :
- Dosage significativement plus faible de produits chimiques ajoutés au clarificateur primaire
- Amélioration des performances de l’adoucisseur de chaux à froid dans l’élimination de la dureté
- Diminution de la fréquence de régénération des déminéralisateurs en raison de la réduction de la charge en solides dans l’eau entrante (Figure 1)
- Production optimisée pour une disponibilité et un volume d’eau déminéralisée accrus
- Réduction des coûts d’utilisation d’acide et de caustique grâce à une réduction des régénérations
- Contrôle optimisé des indicateurs clés de performance de l’eau entrante (Figure 2)
En comparant les paramètres opérationnels de l’usine avec une chimie de clarification optimisée par rapport aux cinq années précédentes, les économies ont été significatives :
- ~30 millions de gallons par an d’eau économisés grâce à la réduction de la régénération des déminages
- 1,265 millions de dollars d’économies d’exploitation grâce à l’amélioration de la productivité et à la réduction de l’utilisation de produits chimiques
« Travailler avec Veolia ne représente pas seulement un excellent service, c’est aussi un véritable partenariat. Leur expertise dans le traitement de l'eau et l’application de leurs programmes a permis d’accroître nos performances et d’améliorer la durabilité grâce à des solutions adaptées à nos opérations spécifiques et à leurs défis.
Tyler McDowell, ingénieur en chef de l’énergie chez Nutrien Redwater en Alberta, au Canada