Automatisation d'un procédé de traitement physico-chimique par batch dans une cuve unique

 

Introduction

Dans certaines installations compactes de traitement des effluents industriels, plusieurs opérations physico-chimiques peuvent être réalisées successivement dans une seule cuve.

Ce type d'installation, fonctionnant selon le principe du traitement par lots (Batch Process), peut être équipé d'un automate programmable industriel (API), de vannes pneumatiques, de capteurs et d'un pupitre de commande.

L'automate assure principalement la gestion séquentielle des différentes phases du traitement, en coordonnant les équipements selon un programme préétabli.

1. Principe du procédé

Le traitement physico-chimique consiste à effectuer plusieurs opérations successives sur un volume déterminé d'effluents industriels.

Selon la composition des effluents et la configuration de l'installation, les principales phases peuvent comprendre :

• Remplissage : introduction des effluents dans la cuve.

• Neutralisation : correction du pH par ajout de réactifs appropriés.

• Coagulation : déstabilisation des particules et de certains polluants.

• Floculation : formation d'agrégats facilitant leur séparation.

• Décantation : séparation des matières solides et liquides.

• Vidange : évacuation des eaux traitées et récupération des résidus.

Ces opérations peuvent être effectuées successivement dans la même cuve, sans nécessiter une installation composée de plusieurs bassins.

2. Rôle de l'automate programmable

Dans ce type d'installation, l'automate constitue le système de commande chargé de gérer le déroulement du cycle de traitement.

Son programme peut assurer :

• L'ouverture et la fermeture des vannes pneumatiques.

• La gestion des étapes de remplissage et de vidange.

• Le contrôle des temporisations.

• La commande des équipements de mélange, lorsqu'ils existent.

• La prise en compte des informations provenant des capteurs.

• La gestion des conditions de passage d'une étape à une autre.

• La surveillance de certaines conditions de fonctionnement.

Le déroulement du cycle dépend des instructions enregistrées dans la mémoire de l'automate et des signaux reçus des équipements.

3. Commande des vannes pneumatiques

L'utilisation de vannes pneumatiques constitue une caractéristique intéressante de ce type d'installation.

Les vannes sont actionnées par de l'air comprimé provenant d'un réseau pneumatique.

Dans une architecture classique, le principe de commande est le suivant :

Automate → Sortie TOR → Électrovanne → Actionneur pneumatique → Vanne

L'automate envoie un signal électrique à une électrovanne qui commande l'admission ou l'échappement de l'air comprimé vers l'actionneur.

Celui-ci provoque l'ouverture ou la fermeture de la vanne correspondante.

Le bon fonctionnement du système nécessite une pression d'air suffisante, conformément aux caractéristiques des actionneurs pneumatiques.

4. Surveillance du pH

La mesure du pH joue un rôle important dans les opérations de neutralisation.

Une sonde de pH, associée à un transmetteur, permet de mesurer l'acidité ou l'alcalinité du liquide contenu dans la cuve.

La valeur mesurée peut être affichée sur un instrument ou un pupitre de commande.

Selon l'architecture de l'installation, cette mesure peut être utilisée :

• Pour informer l'opérateur de l'évolution du traitement.

• Pour vérifier l'atteinte d'une plage de pH déterminée.

• Pour autoriser le passage à une étape suivante.

• Pour participer à une régulation automatique, si le système de dosage le permet.

Il convient de distinguer la simple surveillance du pH d'une véritable régulation automatique.

5. Fonctionnement automatique et manuel

Le fonctionnement peut être organisé selon deux modes.

Mode automatique

L'automate exécute les différentes étapes du traitement dans un ordre prédéfini.

Les transitions entre les phases peuvent dépendre de temporisations, d'informations fournies par les capteurs ou de validations de l'opérateur.

Mode manuel

L'opérateur peut commander individuellement certains équipements, notamment les vannes, pour les opérations autorisées par le système.

L'introduction des effluents ou l'ajout de certains réactifs chimiques peut également nécessiter une intervention humaine.

Ainsi, une installation automatisée n'est pas nécessairement une installation entièrement autonome.

6. L'automate ne réalise pas le traitement chimique

Il est important de distinguer deux fonctions :

Le procédé physico-chimique repose sur les réactions chimiques et les mécanismes physiques permettant de traiter les effluents.

L'automate programmable assure l'exécution et la coordination des différentes opérations nécessaires au déroulement du procédé.

Il ne détermine pas, à lui seul, la nature des réactifs chimiques à utiliser ni les conditions optimales du traitement.

Ces paramètres relèvent de la définition du procédé et de son protocole d'exploitation.

Conclusion

Une installation compacte constituée d'une cuve, de quelques capteurs, de vannes pneumatiques et d'une armoire électrique peut assurer un cycle de traitement physico-chimique par lots.

Dans cette configuration, le rôle essentiel de l'automate programmable consiste à organiser et à exécuter les séquences de fonctionnement, en assurant la commande des actionneurs et la prise en compte des informations disponibles.

L'automatisation concerne donc principalement la gestion opérationnelle du procédé, tandis que l'efficacité du traitement dépend des réactions physico-chimiques, des réactifs employés et des paramètres d'exploitation.

Remarque : les séquences décrites illustrent le principe de fonctionnement d'une installation de ce type et ne correspondent pas nécessairement au programme d'une machine particulière.