1. Colloque Biofilm et Santé / 11-12 janvier 2010
Monitoring des dépôts en milieu industriel
Capteurs de biofilm : un outil d’aide au pilotage des circuits de
refroidissement ?
Céline BOUTELEUX & Olivier HORNER
2. Contexte
Tartre
Biofilm
ENCRASSEMENT DES CIRCUITS
DE REFROIDISSEMENT
Matières en suspension
Risques sanitaires (biofilm : réservoirs de pathogènes)
Risques environnementaux (traitements biocides et/ou antitartres)
Pertes de performances et incidence sur la durabilité des composants
Nécessité de posséder des moyens de suivi de l’encrassement
3. Propriétés requises :
Les capteurs retenus •Sensibilité
•Précision
•Simplicité d’utilisation
•Simplicité d’interprétation
1. L’électrode à disque tournant* •Economique
•Solidité
• Principe électrochimique + Fonctionnement en eau
• Mesure du courant limite de diffusion brute de rivière
• Détermination de l’épaisseur du biofilm grâce à la relation de Levich :
n = nombre d'électrons (dans notre cas, n = 1)
× × × × ×
E = n×F×S×D×[traceur]×(1/I- 1/IL) S = surface de l’électrode de travail (m2)
D = coefficient de diffusion du ferro/ferricyanure (m2/s)
[traceur] = concentration du ferro/ferricyanure (mol/m3)
I = courant après x jours de colonisation (A)
pas d’enregistrement en continu IL = courant de Levich (à t=0) (A)
2. Le capteur de la société Néosens
• Principe thermique
• Alternance de cycles de chauffe et de non chauffe Capteur propre Capteur encrassé
• Mesure du ∆T et détermination de l’épaisseur du biofilm grâce à un algorithme
La sonde est reliée au transmetteur
qui enregistre les données en continu.
* C. Foret (2006). Thèse de l’université de Poitiers.
4. Objectifs de l’étude
Tester les capteurs sélectionnés dans des conditions semi-industrielles
afin d’identifier leurs opportunités d’utilisation sur les circuits de
refroidissement d’EDF:
Vérifier le bon fonctionnement des capteurs (fiabilité, robustesse, sensibilité)
avec la qualité d’eau des circuits de refroidissement (eau brute) et dans des
conditions de fonctionnement types de centrales
Évaluer l’intérêt des capteurs comme indicateur d’encrassement du circuit
Étudier la capacité des capteurs à constituer un élément de suivi d’un traitement
biocide
Explorer la possibilité de relier les indications fournies par les capteurs avec l’état
de colonisation du circuit dans la phase eau et dans la phase biofilm (risque
légionelles)
5. Démarche expérimentale (1/2)
Pilote SPECTRE (Système Pilote d’Étude des Circuits Tertiaires de Refroidissement des Eaux)
4 boucles d’essais parallèles et indépendantes de simulation d’un circuit avec TAR à l’échelle 1/145000è
Condenseur Bassin chaud Eau appoint
Système de désinfection Aéroréfrigérants Capteurs pour enregistrement Bassin froid Purge
du panache en continu et pilotage à distance
6. Coupons inox
Démarche expérimentale (2/2)
Capteurs placés en divers endroits de la boucle d’essais :
1250 L/h
Tour
Coupons
Bassin Coupons packing
chaud packing
Condenseur
Coupons
inox
Coupons
béton + inox
Coupons béton
Bassin froid
Fc=1,6
Appoint
Purge (Eau brute)
Analyses régulières de l’eau et du biofilm (coupons dans ≠ compartiments) :
légionelles, amibes, flore totale, COD, COT, MS, calcium, prise de poids des coupons Comparaison des
signaux des capteurs
Réactivité et tenue des capteurs lors d’évènements programmés avec les analyses de
- monochloramination l’eau et des dépôts
- arrêt de la vaccination acide (pour obtenir une eau entartrante)
6 mois d’essais
7. Fonctionnement du capteur thermique en conditions
semi-industrielles
Fonctionnement autonome et lecture directe à l’écran
Capable de détecter la formation d’un dépôt et sa dynamique (alternance développements / décrochages)
Sensible aux « disfonctionnements » du circuit (arrêt pilote)
Pas de saturation du signal sur 6 mois de fonctionnement (jusqu’à 1 mm d’épaisseur)
0,85
0,80
0,75
Arrêts pilote Bassin
chaud
0,70
0,65 (+600µm)
0,60
épaisseur (mm)
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
28/03/09
30/03/09
01/04/09
03/04/09
05/04/09
07/04/09
09/04/09
11/04/09
13/04/09
15/04/09
17/04/09
19/04/09
21/04/09
23/04/09
25/04/09
27/04/09
29/04/09
01/05/09
03/05/09
05/05/09
07/05/09
09/05/09
11/05/09
13/05/09
15/05/09
17/05/09
19/05/09
21/05/09
23/05/09
25/05/09
27/05/09
29/05/09
31/05/09
02/06/09
04/06/09
06/06/09
11. Capteur thermique : indicateur de la qualité des dépôts ?
Signal capteur non corrélé avec la concentration de légionelles dans le biofilm :
Bassin Froid Bassin Chaud
1,E+07 0,4 1,E+07 1,3
1,2
1,E+06 1,E+06 1,1
[ Legionella ] (UFC/cm2)
[ Legionella ] (UFC/cm2)
1,0
Epaisseur (mm)
1,E+05
Epaisseur (mm)
1,E+05
0,3 0,9
1,E+04 1,E+04 0,8
0,7
1,E+03 1,E+03 0,6
0,5
0,2 1,E+02
1,E+02 0,4
1,E+01 0,3
1,E+01 0,2
1,E+00 0,1
1,E+00 0,1
30/03/09
13/04/09
20/04/09
27/04/09
18/05/09
25/05/09
01/06/09
06/04/09
04/05/09
11/05/09
13/04/09
11/05/09
08/06/09
22/06/09
06/07/09
20/07/09
03/08/09
17/08/09
31/08/09
30/03/09
27/04/09
25/05/09
L.pneumophila - coupons béton L.pneumophila - coupons inox
Capteur Néosens Capteur Néosens
Idem pour la flore totale dans le biofilm
12. épaisseur Bassin chaud (mm)
épaisseur Bassin chaud (mm)
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
16/06/09
16/06/09
18/06/09
18/06/09
20/06/09
20/06/09
22/06/09
22/06/09
24/06/09
24/06/09
26/06/09
26/06/09
biocide ?
28/06/09
28/06/09
30/06/09
30/06/09
02/07/09
02/07/09
04/07/09
04/07/09
06/07/09
06/07/09
08/07/09
08/07/09
10/07/09
10/07/09
NH2Cl
12/07/09
12/07/09
14/07/09
14/07/09
16/07/09
16/07/09
18/07/09
18/07/09
20/07/09
20/07/09
22/07/09
22/07/09
24/07/09
24/07/09
26/07/09
26/07/09
28/07/09
28/07/09
30/07/09
30/07/09
01/08/09
01/08/09
03/08/09
03/08/09
05/08/09
05/08/09
07/08/09
07/08/09
(CRT=0,25ppm) via la mesure d’épaisseur
09/08/09
09/08/09
11/08/09
11/08/09
13/08/09
13/08/09
15/08/09
15/08/09
17/08/09
17/08/09
Capteur Néosens - Bassin chaud
19/08/09
19/08/09
21/08/09
21/08/09
23/08/09
23/08/09
25/08/09
25/08/09
27/08/09
27/08/09
29/08/09
29/08/09
31/08/09
31/08/09
Capteur Néosens - Bassin froid
02/09/09
02/09/09
04/09/09
04/09/09
0,1
0,2
0,3
0,4
0,1
0,2
0,3
0,4
0,15
0,25
0,35
0,15
0,25
0,35
épaisseur Bassin froid (mm)
épaisseur Bassin froid (mm)
Traitement à la monochloramine
Période de monochloramination détectée par le capteur situé dans le bassin chaud
NH2Cl
Capteur thermique : outil d’aide au suivi d’un traitement
bassin froid
arrêt de NH2Cl
(CRT=0,15 ppm)
Signal ≠ dans le
Chute brutale du
signal dès ajout de
Reprise rapide de
l’encrassement dès
13. Capteurs thermiques et entartrage ?
Pas de détection en cas d’arrêt de la vaccination acide
Arrêt d’acide
Epaisseur mesurée dans le bassin chaud (mm)
1,3 0,5
Epaisseur mesurée dans le bassin froid et en
1,2 Capteur intrusive - bassin chaud chaud
Sonde Néosens – Bassin
0,45
1,1
1 Capteur Néosens – Sortie condenseur
Sonde intrusive - sortie condenseur 0,4 Paramétrage effectué avec le
sortie condenseur (mm)
0,9 coefficient thermique d’un
0,35
0,8 biofilm, près de 4x plus faible
0,7 0,3 que celui du tartre*
0,6
0,5
0,25 Optimisation du paramétrage
0,4 0,2
selon le type d’encrassement à
0,3 surveiller en priorité?
0,15
0,2
Capteur Sonde intrusive - bassinfroid
Néosens – Bassin froid
0,1 0,1
24/07/09
26/07/09
28/07/09
30/07/09
01/08/09
03/08/09
05/08/09
07/08/09
09/08/09
11/08/09
13/08/09
15/08/09
17/08/09
19/08/09
21/08/09
23/08/09
25/08/09
27/08/09
29/08/09
31/08/09
02/09/09
Sensibilité différente des capteurs Néosens selon nature du dépôt (organique/minéral)
* Schmidt, 1999
14. Conclusions / Perspectives
Sur les 2 types de capteurs testés, seul le capteur thermique peut être mis en œuvre
de manière simple pour obtenir des données en ligne sur l’évolution in situ de
l’encrassement d’un circuit industriel :
Vérifier le bon fonctionnement des capteurs (fiabilité, robustesse,
☺
sensibilité) dans des conditions semi-industrielles types des centrales
Evaluer les capteurs comme indicateur d’encrassement du circuit ☺
Étudier la capacité des capteurs à constituer un élément de pilotage ☺ à approfondir
d’un traitement biocide
Explorer la possibilité de relier les indications fournies par les
capteurs avec l’état de colonisation du circuit dans la phase eau et
dans la phase biofilm
Nécessité de vérifier :
Leur capacité à constituer un élément de suivi des traitements biocides
Le lieu d’implantation des capteurs le plus approprié sur circuit industriel
L’intérêt des capteurs par rapport aux indicateurs actuels d’encrassement des centrales (∆P, ∆T…)
15. Colloque Biofilm et Santé / 11-12 janvier 2010
Merci de votre attention.
celine.bouteleux@edf.fr
olivier.horner@edf.fr