Purification de l'Eau Dans l'Industrie

Purification de l’eau dans l’industrie

Enrico Riboni

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Remerciements Ce livre est issus des cours Pr Pratiqu atiques es et économie economie de la purification purification de l’eau l’eau dans l’industrie organisés es par p ar la Fondation Suisse pour p our la Recherche Re cherche en Microtechnique. Ces Ce s cours de formation continue s’adressent a` des praticiens de l’industrie. Tout comme ces cours, le présent esent livre ne s’adresse donc pas a` des personne per sonness ayant déj` ej` a des connaissances connaissances approfondies en chimie de l’eau ou en traitement de l’eau, mais a` des ingénieurs enieurs et techniciens technic iens ayant des de s bases techniques techniqu es gén´ enérales erale s mais m ais pas de connaissanc conna issances es particuli` part iculières eres concernant l’eau : ce livre constitue une introduction a` ce domaine. Depuis 1997, je donne do nne ces c es cours co urs en coop´ co opération erat ion avec Madame M adame Uta Moersche Mo erschell, ll, Ingénieur enieu r Chimiste Chimiste Diplˆ om´ omé de la Haute Hau te Ecol Ec olee spécia ec ialis lis´ée ee de N¨ urenberg. urenberg. Mes remerciements vont donc tout naturellement a` Madame Uta Moerschell, qui a beaucoup bea ucoup contribu´ contrib ué au développement evelopp ement du cours c ours et en e n particu pa rticuliers liers a` ses chapitres relatifs a` la chimie de l’eau, à la démin´ emi néralisa era lisatio tion n de l’ea l ’eau u et les l es études etu des de d e cas, ca s, et aussi aus si bien bi en sˆ sur ˆ à la version allemande du cours. Je tiens aussi à remercier Monsieur Fischer, responsable des cours de formation continue a` la Fondation Suisse pour la Recherche en Microtechnique, qui nous a permis p ermis de faire ces cours et nous a encouragé a` les améliorer elior er continuellement. continuel lement. Mes remerciements vont aussi a` tous les participants des cours de purification de l’eau de la Fondation Suisse pour la Recherche en Microtechnique depuis 1997, qui, par leurs avis et propositions d’amélioration elioration du cours nous ont permis p ermis d’améliorer eliorer le cours et ont donc une part de mérite erite significative pour ce qui est de la qualité du présent esent ouvrage.

L’auteur Ing´ In génie en ieur ur mécan ec anic icie ien n dipl di plˆ om´ oˆmé de l’Ecol l’E colee Polytechn Polyt echnique ique Féd´ edérale era le de Lausan Lau sanne, ne, Enrico Enr ico Riboni a acquis sont exp´ erience erience de traitement traitement de l’eau d’abord en travaillan travaillantt comme chef de projet pro jet auprès es d’un grand bureau d’ingénieurs-conseils, enieurs-conseils, puis comme responsable de la filiale Europe Europ e et Moyen-Orient Moyen-Orient d’un fabriquant de matériel eriel de traitement de l’eau pour l’industrie (Osmonics). (Osmon ics). Enrico Riboni est actuellement act uellement gérant erant de ozone.ch (Boudry, Suisse). Suisse ). Cette soci´ soc iét´ eté propose prop ose des services servic es d’ingénieurs-co enieu rs-conseil nseil et des produits pro duits innovants pour le traitement de l’eau et l’utilisation de l’ozone.

Version Versio n et dispo disponibi nibilit´ lité Vous avez entre entr e vos mains mai ns la version vers ion 21.2 21. 2 de ce livre. livr e. Elle Ell e a ét´ eté prépar´ epa rée ee en décembre ece mbre 2002 et amélior´ eliorée ee en mars 2003. Des versions futures sont prévues. evues. Le manuel est disponible pon ible gratuiteme grat uitement nt en e n tél´ eléchargement echarg ement en format forma t PDF a` partir du site de ozone.ch : http ://www.ozone.ch. La version imprimée ee peut être etre obtenue contre une participation forfaitaire aux frais d’impression et d’envoi de CHF 100.00 (Suisse) EUR 70.00 (Union Européenne). eenne). Format : classeur A4, noir et blanc. Conditions spéciales eciales pour clients de participé a` un cours FSRM sur la purification de l’eau sur ozone.chet ceux qui ont particip´ demande.







































Copyright c Enrico  Enric o Riboni, Rib oni, Chézard-Saintezar d-Saint-Marti Martin, n, Suisse, Suisse , 1997-2003. 1997- 2003. Le manuel peut pe ut être etre utilisé librement librement pour un usage en enseignement enseignement,, entreprise entreprise et en cadre privé. e. Il ne peut en aucun auc un cas être etr e propo pro pos´ sé a` la vente, sauf par Enrico Riboni, ozone.chet la Fondation Suisse pour la Recherche en Microtechnique.







































Tabl able des des mati` ati` eres

I. In Intr trodu oduct ctio ion n et et rap rappel pelss

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1. Introdu Introducti ction on 1.1. L’eau : aussi au ssi omnipr´ o mniprésente esente que méconnue econnue . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Rappe Rappell histor historiqu iquee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Tendances actuell actuelles es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2. Introduction à la chimie de l’eau 2.1. Qu’ Qu’estest-ce ce que l’e l’eau au ? . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Les class classes es de polluan polluants ts . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Une classifica classification tion alternati alternative ve . . . . . . . . . . . . 2.3.1. Poll Polluants uants primai primaires res . . . . . . . . . . . . . 2.3.2. Poll Polluants uants secondai secondaires res . . . . . . . . . . . . 2.3.3. Poll Polluants uants tertiair tertiaires es . . . . . . . . . . . . . 2.3. 2. 3.4. 4. Les tra traces ces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.5. 2.3. 5. Com Composan posants ts non non permanen permanents ts . . . . . . . . 2.4. Les unités es de mesure mesur e . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1. Unit Unit´és es de mesure des substances dissoutes 2.4.2. Unit Unit´és es de mesure des solides en suspension 2.4.3.. Dureté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3 2.5. pH, acid acides es et base basess . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Oxydo Oxydo-r´ -réduction educt ion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7. Conductivité de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8. Dissolution et précipitation ecipitation . . . . . . . . . . . . . 2.9. L’équilibre equilibre calco-carbonique calco-carb onique de l’eau . . . . . . . 3. Les polluan polluants ts dans dans l’eau 3.1. In Introdu troductio ction n . . . . . 3.2. 3. 2. Cal Calci cium um – Ca++ . . 3.3. Magnésium esium – Mg ++ . 3.4. Bic Bicarbon arbonate ate – HCO HCO3 ++ +++ 3.5. Fer – Fe , Fe . 3.6. 3. 6. Si Sili li SiO Si O −

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Table des mati` mat i` eres ere s

3.7. Gaz carbo carboniq nique ue – CO2 3.8. 3. 8. Ch Chlor loree . . . . . . . . . 3.9. Trihalo rihalom´ méthanes ethan es . . . 3.10. Que faut-il analyser analyser ? .

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II. Le Less tec techno hnolog logies ies de la pur purific ificati ation on de l’e l’eau au 4. Filtration Filtration et microfiltra microfiltration tion 4.1. Quelques définitions efinitions . . . . . . . . . . . . 4.2. Filtrat Filtration ion particul particulaire aire . . . . . . . . . . . . 4.2. 4. 2.1. 1. Po Pourq urquo uoii filt filtrer rer ? . . . . . . . . . . 4.2.2. Les mécanismes ecanismes de filtration . . . . 4.2.3. 4.2 .3. Ty Types pes de filtr filtres es . . . . . . . . . . . 4.2. 4. 2.4. 4. Fi Filtr ltres es a` cartouches consommables 4.3. Mic Microfil rofiltrat tration ion . . . . . . . . . . . . . . . .

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5. Proc Pr oc´ ´ edés ed´ es me membra mbranai naire ress 5.1. In Introdu troductio ction n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Osm Osmose ose in inve verse rse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1. 5.2 .1. Pri Principe ncipe de l’osm l’osmose ose inve inverse rse . . . . . . . . . 5.2.2. Equatio Equations ns fondamenta fondamentales les de l’osmos l’osmosee inverse inverse 5.2.3. Exemples d’unités es d’osmose inverse . . . . . 5.3. Ult Ultrafil rafiltrat tration ion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Nan Nanofilt ofiltrati ration on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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6. La maintenance maintenance des osmoseur osmoseurss 6.1. Sui Suivi vi des des performa performances nces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1.. Paramètres 6.1.1 etre s a` enregistrer . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.2.. Paramètres 6.1.2 etre s a` calculer sur la base des enregistrements 6.2. Netto Nettoyage yage des memb membranes ranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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7. La d´ esinfection de l’eau esinfection

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8. St´ erili sation U.V. erilisation 8.1. Principe et limit limites es de la désinfection esinfection par ultra ultraviolets violets . . . . . . . . . . . 8.1.1. 8.1 .1. Pri Principe ncipe de fonct fonctionn ionnemen ementt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.2. Limites de la stérilisation erilisation par ultraviolet . . . . . . . . . . . . . 8.1.3. 8.1 .3. Long Longueur ueur d’on d’onde de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.4. 8.1 .4. Les lam lampe pe ultrav ultraviol iolet et . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2. Dimensionnement d’un stérilisateur erilisateur UV . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1. 8.2 .1. Dos Dosee de rayonne rayonnemen mentt UVc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. Doses de rayonnement UV pour différentes erentes classes de micro-organismes micro-organ ismes 8.3.1. Exemples d’estimations de la dose n´ ecessaire ecessaire

63 63 63 63 64 64 65 65 67 69

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Table des de s mati` mat ières ere s

8.3.2. 8.3. 2. Biodo Biodosim simetri etriee ou cal calcul cul ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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9. Chlo Chloratio ration n

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10.Ozonisation 10.1. Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.1. 10.1. 1. Désavantages esavantages de l’ozon l’ozonee . . . . . . . . . . . . . 10.1.2. Avantages de l’ozone . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.3 10. 1.3.. Potent Po tentiels iels Rédox edox . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.4 10. 1.4.. Matériaux eri aux résista esi stants nts a` l’ozone . . . . . . . . . . 10.2. Dosage d’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3. 10. 3. Syst` Sys tèmes eme s de mélange ela nge ozo ozone ne - eau . . . . . . . . . . . . 10.3.1. Colonnes de contact et injecteurs Venturi . . . . 10.3.2. Transfert de masse . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.3. Conclusion sur la dissolution de l’ozone . . . . . 10.3.4. Destruction de l’ozone résiduel esiduel en phase liquide 10.3.5. Destruction de l’ozone résiduel esiduel en phase gazeuse 10.3.6. Ozone : dimensionnement . . . . . . . . . . . . 10.3.7. Ozone a` partir p artir de l’oxygène ene de l’eau . . . . . . . 10.4. Mesure de l’ozone dans l’air . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.1 10. 4.1.. Colo C olorim´ rimétrie etr ie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.2. 10.4. 2. Sonde Sondess électrochi elect rochimiques miques . . . . . . . . . . . . . 10.4.3. Capteurs a` semicon semiconducteurs ducteurs . . . . . . . . . . . 10.4.4. Analyseurs d’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.5. 10.4. 5. Compa Comparaiso raison n des méthodes etho des . . . . . . . . . . . 10.4.6. Etude de cas : mesure de l’ozone dans l’air . . . 10.5. Mesure de l’ozone dans l’eau . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.1. 10.5. 1. Méthodes etho des disp disponible onibless . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.2 10. 5.2.. Colo C olorim´ rimétrie etr ie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.3. 10.5. 3. Mesur Mesuree du pot potentiel entiel Rédox edox . . . . . . . . . . . . 10.5.4. 10.5. 4. Sonde Sondess électrochi elect rochimiques miques . . . . . . . . . . . . . 10.5.5. Capteurs a` semicon semiconducteurs ducteurs . . . . . . . . . . . 10.5.6. Analyseurs d’ozone . . . . . . . . . . . . . . . .

74 74 74 74 75 77 78 79 79 83 87 87 88 89 89 90 91 91 91 92 93 94 95 95 95 95 95 96 96

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11.2.2. U Une ne unit unit´é de potabilis potabilisation ation pour réseau esea u d’eau pot potable able . . . . . . . 11.2.3. 11. 2.3. Un Un poin pointt d’ea d’eau u potab potable le dans un rése seaau éle lect ctri riqu quee . . . . . . . . . 11.2.4. Installation de chloration de l’eau 11.2.5. Eau ultrapure, micro-électronique electronique

maison sans raccordem raccordement ent au . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 endroit endr oit qui n’es n’estt pas rel reli´ i´ e au . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

12.Les biofilms 12.1. Importance des biofilms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2. Qu’estQu’est-ce ce qu’un biofilm ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3. Les facteurs influen¸cant cant la formation et le développement eveloppement des biofilm . 12.3.1. Temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.2. 12.3. 2. Vitess Vitessee d’écoulement ecoul ement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.3. Espaces morts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.4 12. 3.4.. Bar Barri` rières ere s anti antibac bact´ térienn eri ennes es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4. Contrˆ ole des biofilms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ole 12.5. Désinfection esinfe ction d’inst d’installati allations ons lors de l’insta l ’installatio llation n d’un d’ un st´ s térilisateur erilisa teur U.V . 12.5.1. Un cas particulier : les boucles de distribution d’eau ultrapure . 12.6. Biofilms et corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.. L’e 13 L’eau au oz ozon´ onée ee 13.1. Pourquoi Pourqu oi l’eau ozonée ee ? . . . . . . . . . . . 13.2. Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3. 13. 3. Sécurit´ ecu rité lor lorss de l’e l’empl mploi oi d’e d’eau au ozo ozon´ née ee . . . 13.3.1 13. 3.1.. Pro Probl` blèmes eme s spécifiqu eci fiques es a` l’util l’utilisatio isation n 13.3.2. Effets de l’ozone . . . . . . . . . . . 13.3.3. Les mesures de précaution ecaution . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d’eau ozonée ee . . . . . . . . . . . . . . . .

14.La distillation 14.1. Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2. Principe Principe de fonction fonctionnemen nementt . . . . . . . . . . . . 14.3. 14. 3. Qual Q ualit´ ité de l’ea l’eau u dist distill´ illée ee . . . . . . . . . . . . . . 14.4. Solution So lutionss pou pourr réduire eduir e la conso consommatio mmation n d’énergie ener gie 14.4.1. Effets multiples . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.2. Thermocompr Thermocompression ession

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112 112 112 112 114 114 114









































Table des de s mati` mat ières ere s

15.3.4 15. 3.4.. Pourquo Pour quoii l’ea l ’eau u este st-elle elle mei meille lleure ure après es un lit mélang´ ela ngé qu’a qu’apr` près es un deux-li deux -lits ts ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3.5. Régénératio ion n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4. Calcul Ca lcul des échangeurs echang eurs d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4 15 .4.1 .1.. Pr Prin inci cip p es gén´ enérau er aux x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.2. 15.4. 2. Qualité de l’eau obtenue par échange echange d’ion d’ionss . . . . . . . . . . . .

119 119 120 120 120

16.Les 16. Les anti antitartre tartress ´ ele ctromagn´ electro magnétique eti quess 121 16.1. Passion Passionss et polémique emiqu e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 16.2. Principe Principe de fonction fonctionnemen nementt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 16.3. Limitations d’emploi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 17.Ele 17. Electro ctrod´ d´ eio nisati eionis ation on 17.1. Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2. Avantages et désavantages esavantages . . . . . . . . . . 17.2.1. Principaux avantages . . . . . . . . . 17.2.2. 17.2. 2. Princ Principaux ipaux désavantages esavantages . . . . . . . 17.3. Prob Probl` lèmes emes résultants esult ants d’asp d’aspects ects comme commerciau rciaux x 17.4. Etudes de cas . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.1. L’osmoseur instable . . . . . . . . . . 17.4.2. 17.4. 2. Cellul Cellulee mystérieuse erieu se . . . . . . . . . . 17.5. Situation Situation actuell actuellee . . . . . . . . . . . . . . .

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18.. Dégaz 18 eg azag age e 18.1. Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2. La technologie traditionelle : le décarbonateur ecarbonat eur . 18.2.1. Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2.2. Le dimensionnement des décarbonateurs ecarbonat eurs 18.3. Les nouvelles technologies de dégazage egazage . . . . . 18.3.1. Principe de fonctionnement . . . . . . . 18.3.2. Calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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124 124 125 125 126 127 127 127 128 128

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129 129 129 129 129 130 130 131

III. Con Concep ceptio tion n et opt optimi imisat sation ion de sys syst` t` emes de pur emes purific ificati ation on de l’eau 133










































19. 6. Qua 19.6. Quantit´ ntité d’e d’eau au nécessa ece ssaire ire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 19.7. 19. 7. Autres Autr es par param` amètres etr es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 19.8 19 .8.. Conc Co ncep epti tion on du pr proo céd´ edé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

20.. Spécifi 20 ec ifica cati tion on de dess pri princ ncip ipau auxx ´ elémen el´ em ents ts 20.1. Introducti Intro duction on aux spécification ecific ationss . . . . . . . . . 20.2. Osmose inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.3. Echangeurs Echangeurs d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . 20.4 20 .4.. Gén´ enérat er ateu eurs rs d’ d’oz ozon onee . . . . . . . . . . . . . . 20.5. Distillateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.6. Elect Electro rod´ déionisation eionis ation . . . . . . . . . . . . . . . 20.7. Spécification ecification des filtres et cartouches filtrantes 20.7.1. 20.7. 1. Carto Cartouches uches de péfiltration efiltr ation . . . . . . . 20.7.2. Cartouches de microfiltration . . . . . 20.7.3. Débits ebits : ordres de grandeur . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

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. . . . . . . . . .

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21.Optimis 21. Optimisation ation de systèmes emes exista existants nts 21.1 21 .1.. M´ M étho et hode de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Osmoseurs : optimisation de la maintenance . . . . . . 21.3. Cartouches filtrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4. Etude de cas : cartouche c artouche de préfiltration efiltration d’un osmoseur 21.5. Osmose Osmoseur ur en prétraiteme etra itement nt d’échange echange d’ion . . . . . . . 21.6. 21. 6. Cap Capaci acit´ té des résines esi nes d’échange echa ngeurs urs d’i d’ions ons . . . . . . . .

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141 141 141 142 142 143 143 144 144 144 144

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145 145 145 145 145 146 147









































Table des figures 1.1. Le traiteme traitement nt de l’eau, l’eau, un sujet sujet a` la frontière ere de plusieurs disciplines . . . 1.2. Les dom domaine ainess du traitemen traitementt de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 3

2.1. La molécule ecule d’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Classification des impuretés es . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Conducti Conductivit´ vit´ e de l’eau en fonction de la concentration de (TDS). [12 [12]] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Le gaz carboni carbonique que dans dans l’eau l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Nom Nomogra ogramme mme de Langelie Langelierr et Ryz Ryznard nard[[12 12]] . . . . . . . . 2.6. Interprétation etation de l’indice de Ryznar[ Ryznar[12 12]] . . . . . . . . . .

7 7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . solidess dissous solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15 16 18 20

3.1. 3. 1. Le CO2 dans l’eau, sous sou s diff´ d ifférentes erentes formes f ormes en fonction du pH . . . . . . .

23

4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4. 6.

29 29 30 30 32

Intercepti Interc eption on directe directe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mouvement Mouve ment brown brownien ien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Adsorpt Ads orption ion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La format formation ion d’un d’un gˆ gateau aˆteau de filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Principe Prin cipe de fonctionne fonctionnemen mentt d’un filtre a` poche . . . . . . . . . . . . . . . Change Cha ngeme ment nt d’ d’un unee poch poche. e. Ce Cess poch poches es peu peuve vent nt se cas casse ser, r, cau causa sant nt des dégats aˆts importants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7. Filtre autonettoy autonettoyant. ant. Principe Principe de fonctionnement. fonctionnement. Image Image : Filters Srl . . 4.8. Filtre autonetto autonettoyan yant. t. Photo : Filters Filters Srl Srl . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9. Montag Montagee d’un filtre autonettoy autonettoyant. ant. Photo Photo : Filters Srl Srl . . . . . . . . . . . 4.10. Filtre à sable à pression. Photo : Osmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.11. Corps de filtres pour filtres a` cartouche. Photo : Osmonics . . . . . . . . 4.12. Cartouche Cartouche a` fil b ob obin´ iné

33 34 34 35 36 37 38











































Table des figures

5.4. Membrane d’osmose inverse : le mod` mo dèle ele avec pores. pores. Image : Osmonics . . 47 5.5. Membrane d’osmose inverse : le mod` mo dèle ele sans pores . . . . . . . . . . . . . 47 5.6. Représentation esentat ion schématique ematiq ue d’un d ’un osmoseu o smoseurr . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.7. Schéma ema d’un petit osmoseur industriel. Sch´ ema : Osmonics . . . . . . . . 52 ema 5.8. Exemple d’unit´ d’unité d’osmos d’osmosee inv inverse erse pour p our laboratoir laboratoire. e. Photo : Electrol Electrolux ux . 53 5.9. Schéma ema de princ principe ipe de l’unité montrée ee sur la figure 5.8 . . . . . . . . . . 53 5.10. Osmoseur industriel de taille moyenne, muni de membranes 4”. Photo : Osmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5.11. Exemple de grand osmoseur industriel, muni de membranes 8”. Photo : Osmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5.12. Exemple d’unité d’ultrafiltration au point d’utilisation [20 20]] . . . . . . . . 55 5.13. Schéma ema d’une unité d’ultr d’ultrafiltr afiltration ation au poi point nt d’utilis d ’utilisation ation [20 20]] . . . . . . 56 5.14. Machine d’ultrafiltration pour la potabilisation de l’eau . . . . . . . . . . 56 8.1. Absorption Absorption du rayonnemen rayonnementt ultraviolet ultraviolet par l’eau et par l’ADN l’ADN . . . . . . 63 8.2. Comparaison des spectres d’émission emission d’une lampe basse pression et d’une lampe moyenne pression [13 [13]] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 8.3. Réduction educ tion du rayonnement rayonn ement émis emis au a u bout b out de d e 7 jours, j ours, en fonctio fo nction n de la duret´ dur eté 65 8.4. Dose de rayonnement rayonne ment U.V. nécessaire eces saire pour p our réduire eduir e de 99.99% 99.99 % divers micromicro organismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 8.5. Exemple de stérilisateur erilisateur U.V. [23 [23]] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 10.1. L’ozone : un désinfectant esinfectant plus puissant que le chlore [2 [2] . . . . . 10.2. Les principaux princ ipaux composants d’un système eme d’ozonisation de l’eau . 10.3. 10. 3. Gén´ enératio era tion n d’o d’ozon zonee par décharge echa rge Cor Corona ona.. Pri Princi ncipe pe . . . . . . . . 10.4. 10. 4. Exem E xemple ple de sys syst` tème eme de gén´ enératio era tion n d’o d’ozon zonee . . . . . . . . . . . . 10.5. principe de fonctionnement d’une colonne de contact

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

75 76 77 78 79











































Table des figures

10.20.Principe Principe de fonction fonctionnemen nementt d’un analys analyseur eur d’ozone utili utilisant sant la loi de Henry . Dessin : InUSA Corporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.21..Analyseur 10.21 Analys eur d’ozone d’o zone à mesure directe dans l’eau. Le capteur, a` travers lequel l’eau passe, est à droite sur la photo. Photo : InUSA Corporation . . . .

97 97

11.1. Système eme compact d’ozonisation de l’eau [23 23]] . . . . . . . . . . . . . . . . 100 11.2. Système eme de potabilisation d’eau de pluie pour maison isolée ee [23 23]] . . . . . 1 0 0 12.1. Un Un biofilm biofilm.. Le biofilm est form´ e de micro-o micro-organism rganismes, es, mais aussi par un réseau ese au de po polym` lymères ere s extr e xtra-c a-cell ellula ulaire iress [21 [21]] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 12.2. Contrˆ o le de bio ole biofil films ms [21 21]] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 12.3. La corrosion favorisée ee par les biofilms. Principe P rincipe [21 21]] . . . . . . . . . . . . 107 13.1. Syst` S ystème eme por portable table de pro product duction ion d’eau ozonée ee [23 23]] . . . . . . . . . . . . . 109 13.2. Syst` Sys tème eme pou pourr refro r efroidisse idissement ment a` l’eau (Hydrocooling (Hydrocooling )) de viande de poulet, avec eau ozonée. ee. Image : GDT Corporation [23 23]] . . . . . . . . . . . . . . 110 14.1. Schéma ema de principe d’un distillateur [9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 14.2. Principe de la thermocompression [2 [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 15.1. Schéma ema de principe d’un adoucisseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 16.1. 16. 1. Anti Antitar tartre tre électr ele ctroma omagn´ gnétique eti que . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 17. 1. Princi 17.1. Pri ncipe pe de l’électr ele ctrod´ odéionis eio nisati ation on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 17.2. 17. 2. Princip Prin cipee de d e l’´ l ’électr ele ctrod´ odéionis eio nisati ation( on(2) 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 17.3. 17. 3. Exe Exempl mplee d’élecro ele crod´ déionis eio nisate ateur ur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 18.1. Sch´ S chéma ema de princ principe ipe d’un décarbon ecar bonateu ateurr [8]

130











































Liste des tableaux 2.1. Facteurs de conversi conversion on pour les ions les plus courants courants . . . . . . . . . . . 2.2. Conversio Conversion n des d es degrés es de dure duret´ té . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 13

4.1. Seui Seuils ls de filtrati filtration on usuels usuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

5.1. Taux de rejets rejet s de différents erents sels, relativement au NaCl . . . . . . . . . . .

50

6.1. Débits ebits et volumes de solution de nettoyage recommand´ re commandés es . . . . . . . . .

61

8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6.

Doses d’inact d’inactiv ivation ation D10 pour quelqu quelques es micromicro-organism organismes es comm communs uns . . Doses de rayonnement UV pour pou r l’inactivation de bactéries eries . . . . . . . Doses de rayonnemen rayonnementt UV pour l’inactivation l’inactivation de moisissures moisissures et spores . Doses de rayonnemen rayonnementt UV pour l’inactivation l’inactivation d’algues d’algues et protozoa . . . Doses de rayonnemen rayonnementt UV pour l’inactivation l’inactivation de virus . . . . . . . . . Doses de rayonnemen rayonnementt UV pour l’inactivation l’inactivation de levures levures . . . . . . . .

. . . . . .

67 68 69 69 69 70

10.1. Potentiels Potentie ls Rédox edox de quelques quelqu es prod p roduits uits oxydants utilisés es dans l’indu l’industrie strie . 10.2. Demi-vie de l’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75 76











































Prem Premi` i` ere ere parti partie e. Introduction et rappels











































1. Intr Introduc oducti tion on 1.1. 1.1 . L’eau L’ea u : aussi auss i omnipr´ omni pr´ esente esente que m´ econnue econ nue L’eau est omniprésente esente dans l’industrie. Il n’y a pas de produit qui n’est pas au moins rinc´ rincé avec avec de l’eau l’eau au cours cours de sa productio production, n, et l’eau l’eau est un composan composantt essen essentiel tiel de la production pro duction de bien des produits alimentaires et chimiques, par exemple. Les qualités es thermodynamiques de l’eau en font un fluide caloporteur de choix : elle a une enthalpie d’´ d’ évap eva porati ra tion on tr` tr ès es élev el ev´ée et un unee chal ch aleu eurr sp´ sp écifi ec ifiqu quee tr` tr ès es élev´ le vée ee égale ga leme ment nt.. Pourtant, Pourta nt, le praticien prat icien confront´ confr onté a` la conception du système eme de traitement de l’eau pour p our l’industrie devait jusqu’à présent esent se tourner vers des ouvrages en anglais, ang lais, par ailleurs souvent excelle e xcellents, nts, ou se résoudre esoud re a` utiliser des ouvrages en fran¸cais cais destin´ desti nés es au traitement trait ement de l’eau potable. Cette situation n’étant etant pas satisfaisante, j’ai entrepris l’écriture ecriture de cet ouvrage, sur la base du cours qui existe depuis de puis 1997 auprès es de la FSRM et e t des nouveaux cours avanc´ avancés es de la FSRM introduits en 2002. Le traitement de l’eau est un domaine a` la fronti` ere ere de plusieurs disciplines. La chimie joue un rˆ ole ole primordial, mais aussi la mécanique ecanique et, e t, pour p our les installations d’une certaine importance, aussi le génie enie civil. civil. La conception conception d’une nouvelle nouvelle installation installation requiert requiert en principe la collaboration d’au moins un chimiste et un ingénieur enieur en mécanique. ecanique.













































´ ´ 1.1. L’EAU L’EAU : AUSSI AUSSI OMNIPR OMNIPR ESENTE QUE M ECONNUE

Fig.

1.1.: Le traitement de l’eau, un sujet a` la frontière ere de plusieurs disciplines











































CHAPITRE CHAPITRE 1. 1. INTRODUCT INTRODUCTION ION

de l’eau. Enfin, dans la 3e partie de l’ouvrage, nous mettrons en pratique les connaissances acquises pour la conception de nouvelles installation et l’analyse et l’optimisation d’installations existantes. Comme bien des branches industrielles, la purification de l’eau utilise des technologies parfois fort anciennes. Certaines, comme l’ozone, on connu un développement eveloppement rapide avant avant de retomber retomber dans l’oubli, l’oubli, pour faire ensuite un retour en force a` une époq ep oque ue très es récente. ece nte. D’autr D’a utres, es, comme com me l’osmo l’o smose, se, sont récentes ece ntes,, étaient eta ient d’une d’u ne utilisation assez complexe mais se se sont aujourd’hui aujo urd’hui popularis´ p opularisées. ees. e La 3 partie de l’ouvrages l’ouvrages est consacr´ consacrée ee a` la conception de nouvelles installations et l’optimisati l’optimisation on d’installatio d’installations ns existantes. existantes. Ces sujets sont traités es du point de vue de l’utilisateur d’installation.

1.2. Rappel histo historique rique La sédimentation edime ntation date de l’antiquit´ l’antiqui té classique class ique : des d es documents doc uments en grec décrivent ecrivent des e techn te chniqu iques es empl em ploy´ oyées ee s dans da ns l’Egy l’E gypt ptee Ptol´ Pt oléma em a¨ıque ıqu e déj` eja` au 2 siècle ecl e avant notre not re êre. ere . La filtration filtration par tamisage tamisage avec avec un textile textile est encore plus ancienne : elle était etait connue en e Grèce ece au 5 siècle ecle avant avant notre notr e êre. ere. Le filtre a` sable, qui est utilis´ utilisé aujourd’hui aujourd’hui dans











































1.3. TENDANCES TENDANCES ACTUEL ACTUELLES LES

des installation instal lationss d’osmose d’osmo se inverse soient réalis´ ealisée ee a` l’´ l ’échelle eche lle du labora lab oratoi toire. re. Les premi` pre mières ere s installations industrielles datent des années ees 1960, et il faut f aut attendre les années ees 1980 pour la technologie se gén´ enéralise, eralise, d’abord aux USA puis en Europe.

1.3. Tendances endances actuelles actuelles Les ann ann´ées ees 1990 ont ont vu une baisse baisse de prix des instal installat lations ions a` membrane (Osmose inverse) inverse) et des syst` systèmes emes d’ozonisation d’ozonisation de l’eau, ce qui fait que ces technologies technologies sont de plus en plus fréquemment equemment utilisées. ees. Cette période eriode a aussi vu des fournisseurs proposer des équipements equip ements stand s tandard, ard, sur su r catalogu cat alogue, e, a` des prix pri x très es comp´ com pétitif eti tifss aussi aus si pour po ur des débits ebi ts 1 très es import imp ortants ants . e La 2 moitié des années ees 1990 a aussi vu l’apparition de membranes d’osmose inverse a` pression plus faible, qui ont réduit eduit le coˆ c oˆ ut d’exploitation des osmoseurs de 20 à 30%, ut favorisant ainsi encore une fois cette technologie. Les technol tech nologi ogies es membr m embrana anaire iress se sont s ont imp i mpos´ osées ees contre cont re la l a démin´ emi néralisa era lisatio tion n par pa r échange echa nge d’ions. d’ions. Un domaine domaine ou l’´ echange echange d’ions se maintien maintientt actuellement actuellement est l’adoucissemen l’adoucissementt de l’eau. l’eau. Il existe existe une technol technologi ogiee membran membranaire aire,, la nan nanofilt ofiltrati ration, on, qui constit constitue ue une











































2. Introduction ` a la chimie de l’eau 2.1. 2.1. Qu’e Qu’est st-c -ce e que l’eau l’eau ? Il est usuel de croire que l’eau est H2 O. En fait, une description description plus précise ecise de ce liquide serait : l’eau, c’est H 2O plus une série erie d’impuretés. es. Le praticien du traitement de l’eau doit connaˆıtre ıtre ces impuret´ impure tés, es, leurs conséquences equen ces sur les propri´ prop riét´ etés es de l’eau, l’eau , et aussi les unités es de mesures mesur es employées ees pou pourr exprimer expri mer ces impuret´ impure tés es afin de comprendre compr endre les analyses d’eau. Cet ouvrage s’adressant a` des praticiens de l’industrie, nous ne traiterons pas ici des











































2.2. LES CLASSES CLASSES DE DE POLLUANTS POLLUANTS

Fig.

2.1.: La molécule ecule d’eau













































` LA CHIMIE DE L’EAU CHAPITRE CHAPITRE 2. 2. INTRODUCT INTRODUCTION ION A

• • • •

Les él´ eléments eme nts solubl sol ubles es : on o n pour p ourra ra les élimin eli miner er par osmose osm ose inverse inver se ou échange echa nge d’ions d’io ns1 Les micro-orga micro -organismes nismes : on pou pourra rra les détruire etru ire par des méthodes etho des de désinfectio esinf ection n Les compos´ comp osés es insolubles insolu bles : il faudra faudr a pr´ p récipiter ecipit er ou filtrer filtre r Les compo co mposants sants organiqu or ganiques es : ils constit co nstituent uent une nourriture nourr iture pou pourr d’éventuelles eventuell es bact´ bac téries, eries , il faudra faudr a d donc onc les éliminer, elimin er, en gén´ enéral eral par oxydation oxydatio n ou o u par p ar absorption absor ption sur charbon charb on actif

2.3. Une classificati classification on alternativ alternative e











































2.3. UNE CLASSIFICATION CLASSIFICATION ALTERNA ALTERNATIVE TIVE

• • • • • • • • •

Arsenic Baryum Bromide Cuivre Plomb Lithium Man Ma ngan` ga nèse es e Phosphate Zinc












































2.4. Les unit´ es es de mesure L’eau est un produit complexe. il n’est donc pas étonnant etonnant que l’on utilise un nombre nombre important impo rtant d’unités es de mesure mesur e pou pourr le décrire. ecrir e. Les Le s un unit´ ités es de mesu me sure re gén´ enéral er alem ement ent util ut ilis´ isées ee s sont so nt :

Mesure de concentrations : ppm, mg/l, grains pH : exprim´ exp rimé sans s ans dimens dim ension ion ex prim´ imé en mV Potenti Pote ntiel el r´ edox ed ox : expr











































´ DE MESURE 2.4. 2.4. LES UNIT UNIT ES

enlever enlever de l’eau. Hormis Hormis ces deux cas il vaut mieux ne pas utiliser les ppm comme CaCO3 . Pour obtenir le facteur de conversion pour passer de la concentration comme ion a` la concentration comme CaCO3 , il faut diviser la masse molaire du carbonate de calcium par la ”masse ”mass e équivalente”, equivalente” , qui q ui est la masse molaire molair e divisée ee par la valence. Cette unité est pratique pour exprimer la duret´ d ureté, e, c’est plus facile ensuite pour calculer la capacit´ c apacité de l’adoucisseur l’adoucisseur.. Les chimistes chimiste s utilisent ut ilisent aussi les unités es mMol/l m Mol/l et mV m Val/l, qui exprim e xpriment ent la quantité de molécules ecule s - resp r espectivem ectivement ent la quantité de charges charge s électriques elect riques - contenues c ontenues dans l’eau. l’eau . Une Un e Mole d’une substance a la meme masse en grammes que sa masse moléculaire eculaire relative. relative.












































mais c’est un paramètre etre moins fiable pour prédire edire le risque d’entartrage des membranes. En cas de litige avec avec le fournisseur fournisseur de membranes, membranes, cela peut être etre un probl` problème. eme. Un laboratoire d’analyse devrait être etre capable de mesurer le SDI, mais ce n’est pas toujours le cas. Par contre, l’on trouve dans le commerce des kits pour la mesure du SDI. Le SDI doit do it im imp´ pérat er ative iveme ment nt être et re mesu me sur´ ré sur su r plac pl ace. e. Les valeurs valeu rs du SDI peuvent pe uvent êtres etr es interpr´ inte rprét´ etées ees comme com me suit sui t : • Inf´ In férie er ieur ur a` 3 : pas à peu d’entartrage de la membrane • Entre 3 et 5 : conditions normales d’utilisation

Su Sup´ p´ ie

a` 5 : entartrage excessif `

´ oi













































2.5. 2.5. PH, ACID ACIDES ES ET BASES BASES

F

UK

All

USA






















































































´ 2.9. 2.9. L’ EQUILIBRE CALCO-CARBONIQUE DE L’EAU






















































































´ 2.9. 2.9. L’ EQUILIBRE CALCO-CARBONIQUE DE L’EAU









































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































´ ES ´ MEMBRANAIRES CHAPIT CHAPITRE RE 5. 5. PROC PROC ED

affirmations affirma tions de fabrica fa bricants, nts, et aussi d’évaluer evaluer le fonctionne fonct ionnement ment d’un d’u n osmoseur osmo seur : les écarts ecart s de débits ebits et de conductivit´ condu ctivité seront incompr´ incomp réhensibles ehens ibles si l’on ne connaˆıt ıt pas les lois qui les le s régis eg isse sent. nt.

Quelqu Que lques es d´ efiniti efin itions ons Il est e st usuel de représenter esenter un osmoseur dans un sch´ ema ema sous la forme f orme d’un rectangle avec une diagonale qui repr´ re présente esente la membrane, comme dans la figure figur e 5.6 5.6..

Fig.

5.6.: Représentation esentation sch´ ematique ematique d’un osmoseur ou d’une membrane d’osmose inverse

Qe : débit ebit d’eau entrant dans l’osmoseur l’osmo seur Q p : débit eb it perm´ pe rméat, ea t, ou débit eb it d’ea d’ eau u pass pa ssant ant a` travers la membrane Qc : débit ebi t de concent con centrat rat ce : concentration de solides dissous dans l’eau entrant dans l’osmoseur c p : concentration de solides dissous dans le perméat eat de l’osmoseur l’osmoseu r cc : concentration de solides dissous dans le concentrat de l’osmoseur

D´ ebit ebit en fonction foncti on des pressions Qe = K T [(P 1m − P 2m ) − (P osm T × [(P osm1 − P osm osm2 )]

(5.1)

Avec : bi t a` travers la membrane • Qe : débit • K T ee ee par le fabricant de la membrane. La valeur de cette cet te constante const ante T : constante donn´ • • • •

varie avec la température. erat ure. P 1m : pression moyenne en amont de la membrane P 2m :pression moyenne en aval de la membrane P osm osm1 :pression osmotique moyenne en amont de la membrane P 2 : pression osmotique moyenne en aval de la membrane







































5.2. OSMOSE INVERSE INVERSE

En pratique on admet les approximations suivantes : P 1m =

1 × (P e + P c ) 2

P 2m = P p

(5.2) (5.3)

P e étant etant la pression press ion a` l’entrée ee de la membrane, membran e, P c la pression du concentrat et P p la pressio pre ssion n du perm´ pe rméat. eat . De D e la même eme fa¸con, con, on admet que : P osm osm1 =

1 × (P osme osme + P osmc osmc ) 2

P osm osm2 = P osmp osmp

(5.4) (5.5)

P osme etant etant la pression osmotique de l’eau d’alimentation de l’osmoseur, P osmc osme ´ osmc la pression osmotique du concentrat et P osmp eat. eat. osmp la pression osmotique du perm´ En pratique, P osmp osmp  P osme osme , donc P osm osm2  P osm osm1 , donc (P osm osm1 − P osm osm2 ) ≈ P osm osm1 L’on calcule calcu le donc en gén´ enéral eral en utilisant utilisa nt P osm (P osm osm1 en lieu et place de (P osm1 − P osm osm2 ). Il faut par contre prendre garde a` ne pas confondre P osm erence eren ce peut peu t osm1 avec P osme osme : la diff´ être etre importante et conduire a` des erreurs importantes.

Estimation de la pression osmotique La pression osmotique est une fonction des solides dissous dans l’eau. En pratique l’on peut utiliser l’approximation suivante : P osm osm = T DS × 0.0008

(5.6)

TDS étant etant le total tota l des solides solide s dissous disso us dans l’eau. Les unités es utilisées ees étant etant : • [P osm osm ] = bar • [T DS ] = ppm

Rejet et recouvrement Pour l’utilisateur, l’utilisateur, un ”bon” osmoseur osmoseur est un osmoseur osmoseur qui réduira eduira le plus possibl p ossiblee la minéralisation eralisation de l’eau et consommera le moins d’eau possible. Ces deux paramètres etres sont mesurés es par le taux de recouvrement recouvrement et le taux de rejet :

Défini efi niti tion onss : Taux de recouvrement : R =

Qp Qe

Taux de rejet (rejet) : Rej = 1 − avec C =

1

× (C + C )

C p C ec ec








































Effet Effe t de la température era ture Corr( Corr(T ) T ) = 1.03(T

−

25)

(5.7)

où T est la température eratu re de l’eau en degrés es Celcius. Celciu s. Le débit ebit d’une membrane membran e ayant un débit ebi t nomina nom inall QN a` 25 C sera a` une température erature T quelconque : ◦

Q(T ) T ) = Corr( Corr(T ) T ) × QN

(5.8)

Bilans Il est important de rappeler que les bilans de masse de l’eau et des solides dissous s’appliquent : Qe = Qc + Q p

(5.9)

Qe × C e = [Qc × C c ] + [Q [ Q p × C p ]

(5.10)

L’ensemble L’ensemble des équations equations permettent permettent de faire les calculs courant concernant concernant la performance formance de votre votre osmoseu osmoseur, r, comme comme par exemple exemple la qualit qualit´é de l’eau l’eau a` la sortie, en connaissant connaissant le taux de rejet et la qualit´ qualité de l’eau en entr´ entrée, ee, ou bien les variations ariations de performances a` attendre atten dre d’une variation de la qualité de l’eau, du taux de recouvrement, etc. D’autre D’aut re part, il est essentiel essenti el de connaˆıtre ıtre ces équations equat ions pou pourr évaluer evaluer l’efficacit´ l’effica cité de la maintenance d’un osmoseur.

Taux de rejet de diff´ erents erents sels Le taux de rejet d’une membrane membrane ou d’un osmoseur est toujours donn´ e par les fabricants pour du NaCl. Bien sˆ ur l’eau comporte aussi d’autres sels dissous, et les taux de ur rejet peuvent varier fortement d’un sel a` l’autre. [4] donne a` la page 88 une liste complète ete des taux de rejet des diff´ différents erents sels. Nous citons ici quelques quelques exemples exemples dans le tableau 5.2.2 a` la page 50 50.. Sel Sel CaSO4 MgCL2 Ca(NO3 )2 Mg(NO3 )2 Tab.

Tau aux x de passage age (rel relativ tivement au NaCl) 30% 60% 500% 500%

5.1.: Taux de rejets de différents erents sels, relativement au NaCl

Les fabricants de membranes fournissent des programmes de calculs qui, utilisant ces taux de passage différents erents pour chaque chaque sel, calculent la concentration concentration ion par ion dans le perm´ p erméat eat pour une eau e au d’alimentation donnée. ee. Au moins un fabricant [20 20]] permet a` tout un chacun de tél´ elécharger echarg er ce programme progr amme depuis depui s son s on site Web.








































Ordres de grandeur Taux de rejet, pour NaCl : Polyamide : 98 a` 99.7 % Ac´ etate etate de cellulose cellulose : 93 a` 98 %

Taux de recouvrement : Pour une memb Pour membran ranee : 13 a` 20 % Pour une unité : 33 a` 75 % Dans une machine d’osmose inverse, l’on combine plusieurs membranes, et l’on peut aussi recycler une partie du concentrat, pour obtenir des taux de recouvrement recouvrement beaucoup plus pl us élev´ el evés es que qu e les le s 13 a` 20% . Bien sûr ur cela a pour corollaire que le taux de rejet d’une machine d’osmose inverse sera toujours plus bas que le taux de rejet d’une membrane seule. En pratique, les taux de rejet pour le NaCl d’un osmoseur seront de l’ordre de 95 a` 99%.

D´ ebits ebi ts par membrane membr ane (` a enviro env iron n 16 bar) : Mat´ at´ eria e riau u

Diam Diam` ` etre e tre

D´ ebit e bit

Polyamide Polyamide Acétate de cellulose Acétate de cellulose

4” 8” 4” 4” 8” 8”

0.25 m3 /h 1 m3/h 0.15 m/3 h 0.60 m/3 h

Les dimensions des membranes pour les osmoseurs industriels sont plus ou moins standardisés es : pratiquement tous les fabricants proposent des modules de diamètre etre de 4” et de 8”, et d’une d’une longueu longueurr de 40” (envir (environ on un m` etre). etre). Pa Parr contre, contre, pour les peti p etits ts osmoseurs commerciaux ou de laboratoire, laboratoire , il existe un très es grand nombre de diamètres etres de membranes (1.8”, 2”, 2.5”, etc.) et un choix presque infini de longueurs de modules. Pour les membranes en e n acétate etate de cellulose, le débit ebit varie avec le taux de passage : les membranes membran es avec un taux de rejet élev´ elevé ont un débit ebit plus faible. faible .

Les mat´ eriaux eriaux de membranes d’osmose inverse : Mat´ eriaux

Polyamide

Rejet NaCl pH Rejet Reje t compos´ comp osés es organiques orga niques Chlore C l2 libre Temp´ Temp érat er atur uree

98 a` 99.7 % 93 a` 98 % 3 a` 10 4 a` 8 > 150 mass massee mol. mol. > 200 a` 250 250 mass massee mol. mol. < 0.1 ppm > 0.2 pp ppm m et < 2.0 ppm < 40 C < 40 C ◦

Ac´ etate de cellulose

◦








































Il existe des modules pour p our hautes températures eratures avec des membranes membranes en polyamide polyamide : pourr la membrane pou membran e elle-mˆ e lle-même, eme, une température erat ure de l’eau jusqu’` jusqu ’` a 90 C ne pose po se pas p as réellem eel lement ent un probl` pro blème, eme , mais ma is par p ar contre cont re le prob p robl` lème eme est au niveau nive au de la colle c olle et des autres aut res él´ eléments eme nts en plastique (tubes, grilles, joints) employ´ es es pour p our la construction des modules. mo dules. ◦

5.2.3. Exemples d’unités es d’osmose d’ osmose inverse

Fig.

5.7.: Schéma ema d’un petit pet it osmoseu o smoseurr industriel. indust riel. Schéma ema : Osmonics Os monics

Le schéma ema de la figure figur e 5.7 est typique d’un petit osmoseur industriel. On remarque en particulier :

Le pr´ efilt efi ltre re : il prot` pr otège ege les membranes me mbranes des particules en suspension La pompe Les membranes : le concentrat sortant de 2 membranes alimente la 3e membrane. Le concentrat conce ntrat de cette cett e dernière ere est en partie parti e recycl´ recyc lé Vannes de r´ eglage eglage concentrat et recyclage : en ajustant ces deux vannes, l’on peut ajuster le taux de recouvrement de la machine










































Fig.

5.8.: Exemple d’unité d’osmose inverse pour laboratoire. laboratoire . Photo : Electrolux Elect rolux










































Fig.

5.10.: Osmoseur industriel de taille moyenne, muni de membranes 4”. Photo : Osmonics









































5.3. ULTRAFIL ULTRAFILTRA TRATION TION

5.3. Ultrafiltra Ultrafiltration tion Comme l’osmose inverse, l’ultrafiltration est une technique de filtration tangentielle. Contraireme Contra irement nt aux membranes d’osmose d’os mose inverse, les membranes membra nes d’ultrafiltr d’ultr afiltration ation n’enl` n’e nlèvent event aucun ion de l’eau. Les membranes d’ultrafiltration ont des pores : c’est incontestable, ils sont observables au microscope. il s’agit d’une technologie assez mˆ ure. ure. Il y a un grand choix de matériaux eriau x de membrane membran e : polysulph poly sulphone, one, polypropyl` pol ypropylène, ene, polyamide, pol yamide, acétate etat e de cellulose, cellulose, etc. L’utilisation principale de l’ultrafiltration est la filtration au point d’utilisation dans les systèmes emes de prod p roductio uction n d’eau ultrap u ltrapure, ure, surtout sur tout en e n pharmaceut pharm aceutique ique et en e n microélectroniqu elect ronique. e. depuis depu is quelques que lques années, ees, l’on voit aussi des machines m achines d’ultrafiltr d’ultr afiltration ation destin´ desti nées ees a` la potabilisation bilisa tion de d e l’eau. l’ea u. Les taux de d e recouvre rec ouvrement ment sont beaucoup bea ucoup plus élev´ elevés es en ultrafiltra ultra filtration tion que en osmose inverse : l’on parle de 80 a` 90% avec de l’eau de ville ou en potabilisation de l’eau, et plus de 95% en filtration de finition d’eau ultrapure.

Fig.

5.12.: Exemple d’unité d’ultrafiltration au point d’utilisation [20 20]]










































Fig.

5.13.: Schéma ema d’une unité d’ultr d ’ultrafiltr afiltration ation au point poi nt d’utilisat d’u tilisation ion [20 20]]









































5.4. NANOFILTRA NANOFILTRATION TION

5.4. Nanofiltra Nanofiltration tion La nanofiltrat nanofi ltration ion enlève eve 30 a` 50 % des ions monovalents et plus de 90% des ions divalents. valents. Cette caractéristique eristique fait de la nanofiltration une alternative int´ eressante eressante a` la démin´ em inéral er alisa isati tion on part pa rtie iell llee et e t a` l’adoucissement par échange echange d’ions. Il s’agit d’une technologie relativement jeune. je une. Les écarts ecarts de performances performance s entre membranes non négligeables. egligeables. Les membranes sont faites dans les mêmes emes matériaux eriaux que les membranes d’osmose inverse (polyamide et acétate etate de cellulose), et sont utilisées ees a` des pressions un peu plus basses que les membranes d’osmose inverse : des pressions de 8 à 10 bar sont typiques. En tout cas au début, ebut, certains fabricants fabricants proposaient comme membranes membranes de nanofiltration les écarts ecarts de d e production pro duction de membranes d’osmose inverse. Depuis, la nanofiltration s’est imposée ee comme méthode ethode de traitement de l’eau dans l’industrie, surtout comme alternative aux adoucisseurs pour des applications en agro-alimentaire, et des fabricants ont don doncc développ´ evel oppé des membran memb ranes es spécifiqu eci fiques es a` la nanofiltration. Jusqu’à présent, esent, les facteurs facte urs suivants ont limité le développement evelopp ement de la nanofiltrat nanofi ltration ion comme remplacement des adoucisseurs : • Le coˆ ut ut de d e l’eau l’ eau rejet´ reje tée ee (concentrat (conc entrat))2 • Les coˆ uts uts d’investissement, d’investiss ement, beaucou bea ucoup p plus élev´ elevés es a` l’heure actuelle que pour un

adoucisseur a` échange echa nge d’ions d’i ons La nanofiltration nan ofiltration n’est donc utilisée ee que dans les situations o` ou` le fait que elle enlève eve aussi a ussi des bactéries eries et des substances substances organiques et qu’il n’y a pas de saumure saumure a` élimin eli miner er est un avantage.











































6. La main mainte tena nanc nce e des des osmo osmose seur urss Notre expérience erience est que la maintenance des osmoseurs est trop souvent néglig´ egligée. ee. Il en résulte esu lte une produc pro ductio tion n d’ea d ’eau u de d e qual q ualit´ ité inf´ i nférieur eri euree a` celle que l’on pourrait obtenir, et une durée ee de vie réduite eduite des membranes. C’est C ’est pourquoi nous consacrons ici un chapitre séparé a` ce sujet. Bien que ce chapitre chapitr e se s e réf` efère ere spécifiquement ecifiqu ement aux osmoseurs, osmos eurs, tout ce qui y est e st dit est applicable aussi aux machines a` nanofiltration, et dans une certaine mesure aux machines a` ultrafiltration. ultrafiltration.

6.1. 6.1. Suivi Suivi des des performa performance ncess La maintenance maintenance d’un osmoseur est plus simple que celle d’un échangeur echangeur d’ion par exemple. L’essentiel du travail de maintenance, a` l’e l ’exc xcep epti tion on d’op´ d’o pérat er atio ions ns asse as sezz sp´ s pécia ec ialis´ lisées ee s mais peu fréquentes equentes comme le changement des membranes par exemple, peut être etre fait par le personnel de maintenance sans faire appel a` des d es fournisseur fourn isseurss ext´ e xtérieurs. erieu rs.

6.1. 6.1.1. 1. Param` etres etres ` a enreg enr egis istre trerr











































6.1. SUIVI DES DES PERFORMAN PERFORMANCES CES

Ces param` paramètres etres ne sont pas en eux-mˆ eux-mêmes emes une mesure directe des performance de l’osmoseur. l’osmoseur. Comme nous l’avons l’avons vu au paragraphe paragraphe 5.2.2 5.2.2,, le débit ebit varie en fonction fonct ion de la température erat ure par exemple exemp le et la qualité de l’eau produite pro duite varie en fonction fonct ion de la la l a qualit´ q ualité de l’eau d’alimentation : or ces paramètres etres varient au cours du temps dans pratiquement toutes les installations installations.. Il est donc essentiel essentiel de procéder eder a` quelques calculs a` partir des valeurs valeu rs enregi enr egistr´ strées. ees .

6.1.2. Param` Param` etres etres ` a calculer sur la base des enregistrements enregist rements Taux de recouvrement en % : En principe ce taux ne devrait pas varier. Il peut varier au cours co urs de d e l’ann´ l’an née ee si la temp´ te mpérature eratu re de l’eau d’alimentatio d’alim entation n varie. Il faudrait fau drait alors utiliser les vannes permettant d’ajuster d’ajust er les débits ebits de concentrat et de recyclage rec yclage Débit bi t de perm´ rm´ eat ea t ` a T= 25 C et P moy parlee souv souven entt de normalisamoy = P nominale nominale : on parl tion tio n du débit ebit . Comme Comme nous l’avo l’avons ns vu plus plus haut, haut, le débit ebit varie en fonction fonction de la température erature de l’eau et de la différence erence de pression a` travers la membrane. On ne peut peu t donc comparer compa rer directement direc tement les débits ebits mesurés. es. Si le débit ebit de perm´ pe rméat eat est resté constant const ant alors que la température eratu re de l’eau a augment´ augme nté de 8 C par exemple, alors les perform pe rformances ances se son dégrad´ egra dés es d’avantage que si a` temp´ te mpérat er atur uree égal eg alee et a` une différence eren ce de pression pres sion a` travers trave rs la membran memb ranee qui aurait aur ait lég` egèrement ere ment augment´ aug menté le débit ebit de perm´ per méat eat était etait resté constant. const ant. Il faut donc calculer, calcu ler, avec les équations equat ions du paragraphe 5.2.2 5.2.2,, de combien serait serai t le débit ebit de perm´ pe rméat eat si la température eratu re ◦

◦

Conduc Con ductiv tivit´ it´ e moyenne moyenn e : C moy moy = Taux de rejet : Rej = 1 −

Calim+C c

2

C p C moy moy

erence entre la pression Perte de charge, cˆ ot´ oté conc co ncen entr trat at,, ` a débit eb it cons co nsta tant nt : la différence en aval de la pompe haute pression et la sortie du concentrat des membranes











































CHAPITRE CHAPITRE 6. LA MAINTENAN MAINTENANCE CE DES OSMOSEURS OSMOSEURS

donc conseill´ conse illé de tracer trac er des graphiques grap hiques donnant donna nt le débit ebit de perm´ per méat eat a` 25 C (et P moy moy = P nominale ∆P norm nominale ) , le taux de rejet des membranes et ∆P norm . ◦

6.2. Nettoy Nettoyage des membrane membraness Il est inévitable evita ble que qu e après es un certain cert ain temps te mps les le s perfor p erformance mance d’un osmoseu o smoseurr diminuent. dim inuent. Il faut alors nettoyer nett oyer les membranes. de d e combien faut-il que les performances p erformances se dégradent egradent pour qu’un nettoyage soit justifié ? L’ensemble de la littérature erature et plusieurs fabricants1 conseillent de nettoyer lorsque lor sque les performances se sont dégrad´ egradées ees comme suit : 1. Le débit ebi t de perm´ pe rméat eat a` 25 C et P moy bai ssé de 10 a` 15% moy = P nominale nominale a baiss´ ◦

2. ∆P norm augme nté de 10 a` 15% norm a augment´ 3. Le taux de rejet a baissé de 1 a` 2 % Les produits a` employer employer pour p our le nettoyage nettoyage sont fonction fonction de la nature du dépˆ epˆ ot que l’on trouve sur la membrane. [4 [4] affirme qu’il faut procéder eder a` une analyse de la nature du tartre que l’on trouve sur la surface de la membrane avant de choisir le produit nettoyant. Cette méthode ethode implique que l’on extrait une membrane de la machine avant avant de proc´ pro céder eder au premier premi er nettoyage et qu’on la détruit etrui t pou pourr effectuer effect uer un prél` elèvement evement : elle n’est n ’est donc économiquem econo miquement ent défendable efen dable que si s i l’on utilise un osmoseur osm oseur avec un grand gr and 2 nombre de membranes , ce qui est rarement rar ement le cas des de s osmoseurs utilisés es dans dan s l’industrie. En pratiq pra tique, ue, il est don doncc gén´ enéralem era lement ent préf´ eférable era ble de proc´ pro céder ede r par essais ess ais succes suc cessif sifs. s. On trouve tro uve différents ere nts type typ e de dépˆ epˆ ots sur les membranes des osmoseurs : ots

D´ epots o ˆts inorganique : ils résultent esult ent de d e la concentratio conce ntration n des d es différents erents sels dissous dissou s dans d ans l’eau et du changement de l’équilib equi libre re calco-carboniqu calco-carbon iquee de l’eau. La meilleure fa¸con c on de











































6.2. NETTOY NETTOYAGE AGE DES MEMBRANES MEMBRANES

Diamètre etr e 4” 8” Tab.

Débit ebi t max. 40 l/min 120 l/min

Vol. solut so lution ion par pa r él´ elément eme nt 20 litres 80 litres

6.1.: Débits ebits et volumes de solution soluti on de nettoyage nett oyage recommand´ reco mmandés es

Sp´ ecification ecificati on des produits produit s de nettoyage Les fabricants fabr icants de membranes donnent des spécifications ecifications des produits pro duits a` employer pour les différents erents types de nettoyages (acide, croissance biologique, etc.). Ces spécifications ecifications font fo nt gén´ enéral er alem ement ent app ap p els el s a` des produits que l’on trouve facilement en droguerie dr oguerie ou auprès es d’un distributeur de produits chimiques, comme l’acide nitrique, l’EDTA, etc. Il arrive que des fournisseurs d’installations d’osmose inverse proposent des produits nettoyant prêts, généralem le ment a` des de s prix pr ix prohi pr ohibit bitifs ifs.. Notre Not re exp´ e xpérienc eri encee est es t que qu e en gén´ enéral era l il n’es n ’estt pas pa s économique economique de les utiliser. utiliser. Il existe aussi des cartouches cartouches que l’on place a` la place de la cartouche cartouche filtrante filtrante de l’osmoseur, l’osmoseur, et qui relarguent une solution solution nettoyante nettoyante lorsque l’eau les traverse. traverse. Cette solution solution est très es pratique pratique et économique economique pour les petits osmoseurs osmoseurs 3 (jusqu’à environ 3 m /h).

Quel Quel produit produit utiliser utiliser ? En pratique, dans environ 80% des cas, la baisse des performances est due essentiellement a` des de s dépˆ epots oˆts inorganiques. Il est donc préf´ eférable erable de commencer par un nettoyage acide. acide . Si S i les l es résultats esult ats sont insuffisants, insuffis ants, proc´ pro céder eder alors a` un nettoyage avec une solution e basique, puis à un 2 nettoyage acide, car si il y a un biofilm, il et probable que sous celui-ci celui -ci se trouve un dépˆ epôt ot de substances inorganiques.











































7. La d´ esinfection esinfection de l’eau Il existe actuellement 5 méthodes ethodes courantes pour la désinfection esinfection de l’eau dans l’industrie : 1. La chlorati chloration on de l’eau l’eau 2. La stérilisation erilisation par les rayons r ayons U.V. 3. L’ozonisation L’ozonisation 4. La microfiltrati microfiltration on 5. L’ultrafiltratio L’ultrafiltration n La distillation distillation n’est plus utilis´ utilisée ee que dans des cas exceptionnels, exceptionnels, comme l’industrie l’industrie pharmaceu phar maceutique tique.. Elle sera tout de même eme traitée ee sépar´ eparément, ement, dans le chapitre chapitr e 14 a` la page 112 112.. La chloration et la stérilisation erilisation par UVc sont des méthodes ethodes très es simples a` mettre en œuvre, alors que l’ozonisation est e st plus complexe, mais aussi plus int´ eressante. eressante. La microfiltration est int´ eressante eressante uniquement dans des cas très es particuliers en raison des ses coˆ uts uts élev´ ele vés es de foncti fon ctionn onneme ement. nt. L’ultrafiltration L’ultrafiltration est utilisée ee depuis depui s longte lo ngtemps mps en microélectronique electronique pour la stérilisation erilisation finale au point d’utilisation et est utilisée ee aussi en eau potab p otable. le. La destruction de struction des biofilms biofi lms est traitée ee dans da ns le chapitre 12 a` la page 102













































8. St´ eril erilis isat ation ion U.V. U.V. 8.1. Principe et limites de la d´ esinfection esinfection par ultraviolets 8.1.1. Principe Principe de fonctionnement fonctionnement Le principe princ ipe de la l a stérilisation erilis ation de l’eau l ’eau par ultraviolet ultravio let est très es simple s imple : on éclaire eclai re l’eau avec des rayons UVc, qui ont un effet germicide ge rmicide par destruction des molécules ecules d’ADN.











































´ CHAPIT CHAPITRE RE 8. ST ERILISATION U.V.

d’application d’applications, s, cela ne pose pas de probl` problèmes, emes, mais dans certains cas, comme en micro-électronique, electronique, par exemple, il faut combiner la stérilisation erilisation par ultraviolet avec la microfiltration ou l’ultrafiltration pour éliminer eliminer les particules que sont devenues les bactéries eries inactiv´ inact ivées ees par le stérilisateur erilisa teur U.V. de l’eau utilisée ee pou pourr laver les Wafers par exemple. bac téries eri es sont déj` ejà présentent esente nt en aval du stérilisateur erilis ateur Pas d’effet d’e ffet r´ emanent eman ent : si des bact´ UV, elles resterons actives. La stérilisation erilisation U.V. n’a donc absolument aucun effet sur les biofilms

8.1.3. Longueur Longueur d’onde d’onde Longueur d’onde utilisée ee pour stériliser eriliser l’eau est de : 254 nm. A 185 nm l’ultraviolet produit de l’ozone, l’ozone, dans l’eau et dans l’air : méthode ethode pour produire l’ozone, de moins en moins moi ns utilis´ uti lisée, ee, sauf sau f pour p our des très es petit pe titss gén´ enérateu era teurs rs d’ozon d’o zone. e. Par contre, cont re, a` 254 nm, le rayonnement rayonneme nt ultraviole ult raviolett détruit etrui t l’ozone l’ ozone : il s’agit de la seule s eule méthode etho de fiable pou pourr détruire etru ire l’ozone. l’ozo ne. Elle est décrite ecrit e en détail etail a` la page 87 87..

8.1.4. Les lampe lampe ultraviolet ultraviolet











































´ 8.2. DIMENSIONN DIMENSIONNEMEN EMENT T D’UN ST ERILISATEUR UV

Fig.

8.3.: Réduction educ tion du rayonnement rayonneme nt émis emis au bou boutt de d e 7 jours, j ours, en fonction fonct ion de la dureté [24 24]. ]. Ce graphique graphique confirme que l’entartrage l’entartrage du quartz est un désavantag esavantagee






















































































´ 8.3. DOSES DE RAYONNE RAYONNEMENT MENT UV POUR POUR DIFF ERENTES CLASSES DE MICRO-ORGANISMES

Tab.

Micro-organisme D10 en mJ/ mJ/cm2 Escherichia Coli 3.0 Pseudomonas Auroginosas 5.0 Staphylloco ccus Aureus 2.18 Moisissures 30 a` 300 Algues 300 a` 600 8.1.: Doses d’inactivation D10 pour quelques micro-organismes communs

La dose de rayonnement UVc nécessaire ecessaire est fonction fo nction du micro-organisme a` élimi el imine ner. r. L’on trouve trouve dans la litt´ littérature erature des tableaux donnant les Doses D10 pour divers microorganismes. Cette dose est définie efinie comme suit :

Dose D10 : dose de rayonnement UVc qui permet d’inactiver 90.0% des micro-organismes pr´ pr ése es ents nt s Une fois D10 connue, connue, l’on peut calculer calculer facilement facilement la dose nécessaire ecessaire pour inactiver inactiver des pou pourcenta rcentages ges plus élev´ elevés es de micro-orga micro -organismes nismes :














































Micro-organisme Bacillus anthracis B. enteritidis B. Megatherium sp. (vegatative) B. Megatherium sp. (spores) B. paratyphosus B. subtilis (vegatative) B. subtilis (sp ores) Clostridium tetani

Dose D1000 en mJ/ mJ/cm2 8,700 7,600 2,500 52,000 6,100 11,000 58,000 22 0 00












































Micro-organisme Asp ergillus flavus Asp ergillus glaucus Asp ergillus niger Mucor racemosus A Mucor racemosus B Oospora lactis Penicillium digitatum Penicillium expansum

Dose D1000 en mJ/ mJ/cm2 99,000 88,000 330,000 35,200 35,200 11,000 88,000 2 2 000












































Tab.

Micro-organisme Dose D1000 en mJ/ mJ/cm2 Virus : Baker’s yeast 8,800 Brewer’s yeast 6,600 Common yeast cake 13,200 Saccharomyces cerevisiae 13,200 Saccharomyces ellipsoideus 13,200 Saccharomyces sp. 17,600 8.6.: Doses de rayonnement UV pour l’inactivation de levures























































































Il est donc important lors des comparaison d’offres de plusieurs fournisseurs de savoir comment com ment chaque chaq ue stérilis eri lisate ateur ur propo pro pos´ sé est calcul´ cal culé. e. Les stérilisa eri lisateu teurs rs calcul´ cal culés es par biodobio dosimétrie etrie seront sero nt toujours tou jours plus chers a` p perfor erformance mancess égales, egale s, puisque puis que le coˆ ut ut de cette mesure très couteuse uˆteuse doit être etre amorti par la vente des appareils.

































































































































10.1. 10.1. PRINCIPE PRINCIPE











































CHAPITRE CHAPITRE 10. 10. OZONISA OZONISATION











































10.1. 10.1. PRINCIPE PRINCIPE









































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































13. 13. L’ea L’eau u ozon´ ozon´ ee ee 13.1. Pourquoi l’eau l ’eau ozon´ ee ee ? L’eau ozonée ee est un désinfectant esinfectant trop peu connu, mais qui gagne en popularité dans l’industrie depuis quelques années. ees. Les motifs de ces gains en popularité sont essentiele ssentiellement :

La p ossi os sibi bililit´ t´ e tech te chni nique que donn´ do nnée ee par les le s g´ en´ enérat er ateu eurs rs ` a haute hau te conc co ncen entra trati tion on La recherche de substituts du chlore , le chlore restant un produit dangereux a` stocker et a` manipuler

Avantages : Les avantage avantagess de l’ozone l’ozon e comme substitut subst itut du chlore ont ét´ etés es discut´ discu tés es au chapitre chapitr e 10 10.. • Désinfe esi nfecta ctant nt puissa pui ssant nt • Ne laisse pas de r´ esidus esidu s • Pas de stockage

Lorsque l’on parle d’eau d’eau ozon´ oz onée, ee, l’on parle de concentrations d’ozone beaucoup plus élev´ elevées ees que lors d’applicat d’app lications ions de désinfection esinfe ction de l’eau : alors que pour po ur la désinfection esinfe ction 3 de l’eau on emploie des dosages pouvant atteindre dosage 2 a` 3 g/m , on parle d’eau ozonée ee pour p our des concentrations d’ozone d’oz one de l’ordre de 10 a` 15 g/ g/m3 , voire 20 g/ g/m3 . L’eau ozonée ee est un désinfectant esinf ectant puissant, puiss ant, produit pro duit sur place a` coˆ ut ut rédui ed uit, t, et, et , étan et antt donn do nn´é que qu e l’ozone l’ozo ne est instable, instab le, elle ne pose pos e pas p as de problèmes emes pou pourr son s on élimination elimina tion après es utilisat u tilisation. ion. Elle est donc la solution pour toutes les situations o` u l’on veut désinfecte esi nfecterr sans s ans laisse lai sser r de traces. traces.

13.2. Applicatio Applications ns Ozonisation de l’eau Flux partiel : on utilise une partie de l’eau pour produire un désinfectant esinf ectant qu’on mélange elang e avec le reste de l’eau Lavage Lav age de pièces ec es m´ etall eta lliq ique uess m icroélectroniq elect ronique ue : important impo rtant car une bactérie erie est une particule parti cule Lavage de Wafers : en micro´

Lavage de r´

irs, condui

contrˆ ole des biofilms (voir page 102 ole 102))







































´ ´ LORS DE L’EMPLOI D’EAU OZON EE ´ 13.3 13.3.. S ECURIT E

Lavage de bouteilles, fˆ uts, murs et sols de caves : ces applications gagnent de l’imuts, portance dans l’industrie l’industr ie du vin, qui a pouratnt p ouratnt une réputation eputation de conservatisme. con servatisme. Ceux qui visitent les caveaux à Napa, en Californie, Califo rnie, sont gén´ enéralement erale ment surpris surpr is ne ne pas voir de champignons sur les murs des caves, caves où l’on ne sent pas du tout l’odeur caractétistiques etistiques de ces pièces eces humides en sous-sol : le motif mot if en est que a` Napa l’utilisatio l’utili sation n de l’eau ozonée ee pou pourr le nettoyage nett oyage des caves s’est gén´ enéralis´ eralisé déja` a` la fin des ann´ eess eess 1990. Les résultats esultats sont des caves caves plus propres, et des économies economies importantes, en particulier au niveau des fˆ uts : avant l’introduction de uts l’eau ozonée, ee, l’on jetait 14 a` 13 des fˆ uts uts chaque annéee eee : on peut désormais esormais en sauver le 100% grˆ ace ace au lavage avec l’eau ozonée ee Lavage de l´ egumes, egumes , fruits, fruits , poissons pois sons Production Prod uction de glace ozonée ee employée ee pour p our la conser c onservation vation d’alime d ’aliments nts

Fig.

13.1.: Système eme portable por table de product pro duction ion d’eau ozonée ee [23 23]]

13.3 13.3.. S´ ecur ecurit´ ité lors lor s de l’em l’empl ploi oi d’ea d’eau u ozon´ ozonée ee 13.3 13.3.1 .1.. Probl` Pro blèmes eme s spécifiq ecifique uess ` a l’ut l’utililisa isati tion on d’eau d’eau ozon´ ozo n´ ee ee Par rapport a` une installation classique d’ozonisation de l’eau, une installation de producti pro duction on d’eau ozone pose pos e des d es probl` prob lèmes emes spécifiques ecifiqu es : evitablement evitablement des personnes a` proxi pr oximit mit´é de l’eau l’e au ozon´ oz onée ee • Il y a in´ • On utilise utilis e des concentrat conc entrations ions d’ozone d’ozo ne élev´ elevées ees Les effets e ffets de l’ozone sur l’organisme l’org anisme humain sont d´

dans la







































´ CHAPITRE CHAPITRE 13. 13. L’EAU L’EAU OZON EE

Fig.

13.2.: Système eme pour refroidissement a` l’eau (Hydrocooling (Hydrocooling )) de viande de poulet, avec eau ozonée. ee. Image : GDT Corporation C orporation [23 23]]

13.3.2 13.3.2.. Effets Effets de l’ozon l’ozone e L’ozo L’ozone ne est est moin moinss dan danger gereux eux que que le chlo chlore, re, puisque puisque on ne le stock stockee pas. pas. Il reste reste néanmoins eanmoins un gaz irritant et e t toxique, donc il faut fa ut être etre conscient des risques d’une exposition à l’ozone. Ceux-ci sont décrits ecrits dans le tableau 13.3.2 13.3.2..

13.3.3. 13.3.3 . Les mesures de pr´ ecaution ecaution Pour utiliser l’eau ozonée ee sans danger, il faut prendre des précautions ecautions : asp ect semble semb le évident, evid ent, mais mai s est souvent sou vent néglig´ egl igé. e. Mat´ Ma téria er iaux ux résis es ista tant ntss ` a l’oz l’ ozon one e : cet aspect 1 Il est critique surtout pour la phase gazeuse etecteurs sont aujourd’hui D´ etecte ete cteur ur d’ozone d’o zone contrˆ con trˆ olant olant l’air en continu : de tels détecteurs 2 b on marc ma rch´ hé 1 2

Voir page 77 pour une liste de matériaux eriaux résistants esistants à l’ozone







































´ ´ LORS DE L’EMPLOI D’EAU OZON EE ´ 13.3 13.3.. S ECURIT E Concentration

Effet

0.01 a` 0.04 ppm en-dessous de 0.05 ppm 0.1 ppm plus de 0.1 ppm, exposition e xposition prolong´ p rolongée ee

Odeur Aucun danger (consensus) Légères irritations Maux de tête, ete, fonction fonc tion pulmonaire pulmon aire affectée ee si activit´ act ivité physiqu phys iquee (réversib ever sible) le) Fonction pulmonaire affectée Toux sèche, douleurs dans la cage thoracique Faculté de discernement affectée Pneumonie grave, danger de mort, perte de conscience dès es env. 15 min.

< 0.6 ppm, 2 heures 1.5 ppm, 2 heures 9 ppm, intermittent dès 10 ppm

Tab.

13.1.: Effets de l’ozone sur la sant´ e humaine

Transfert de masse efficace : avec un système eme Venturi-R´ enturi- Réacteur-Cy eact eur-Cyclon, clon, l’on dissous disso us facilement plus de 95% d’ozone. Il ne faut donc pas accepter accep ter des systèmes emes avec des efficacités es de transfert de masse plus faible. l’on ne fait fait pas cette cette s´ eparatio eparation, n, l’on l’on S´ eparation eparation des phases avant utilisation : si l’on aura des bulles de gaz au niveau du bac ou de l’appareil de lavage. Cela posera des problèmes emes de sécurit´ ecur ité pou pourr le personne per sonnel. l. Bulles d’ozone d’ozo ne dans l’eau et humains sont tout simplement incompatibles. Dans les contacteurs municipaux, personne n’est a` côt´ oté du bassin, bassin, l’on peut p eut donc avoir avoir des bulles d’ozone dans l’eau. Lorsque l’on produit de l’eau ozonée ee pour le lavage, lavage, il est essentiel de d e prévoir evoir un cyclon pour l’extraction des bulles de gaz

Contrˆ ole de la phase gazeuse : le gaz contenant l’ozone résiduel ole esiduel doit être etre conduit a` travers un destructeur catalytique d’ozone résiduel esiduel Destruction de l’ozone r´ esiduel esiduel en phase liquide : impératif era tif,, sinon si non on détruit etr uit les condui con duites tes d’ea d’ eau u usée, ee , qui qu i en gén´ enéral er al ne sont so nt pas pa s résist es istant antes es a` l’ozone. Cette destruction peut se faire avec un simple filtre au charbon actif. Sortie Sorti e azote azot e du concen con centrat trateur eur d’oxyg` d’oxy g` ene ene dans la mˆ eme eme pièce ece : une erreur aussi classique que dangereuse consiste a` placer place r le concentrate conce ntrateur ur d’oxygène ene dans une pièce ece sépar ep ar´ée ee de cell ce llee ou` a lieu le lavage. lavage. Avec le temps, la concentration conc entration d’oxygène ene dans l’air augmente dans le local de lavage. Cela augmente le risque d’incendie, et peut causer des symptˆ omes omes semblables a` l’ivres l ’ivresse se chez les opérateurs erate urs Aérat er atio ion n appro ap propri pri´ ´ ee ee de la pi` pi` ece ec e : c’est a` dire avec une sortie en bas, puisque l’ozone est plus lourd que l’air. le fait fa it qu’une q u’une entreprise ou une u ne collectiv co llectivit´ ité préf` efère ere mettre m ettre en danger da nger la vie v ie de ces collab co llaborateurs orateurs qu’investir une somme de l’ordre du millier de francs suisses pour p our les prot´ eger eger est d’autant plus difficile à comprendre comprend re que le prix pri x de tels détecteurs etecteu rs ne représente esente qu’un qu ’un pourcentage p ourcentage faible de l’investissement l’i nvestissement







































14. 14. La disti distill llat atio ion n 14.1. Applicatio Applications ns La distillation de l’eau est une très es vieille méthode ethode de traitement de l’eau, qui remonte a` l’antiquité. e. De nos jours, elle est de moins en moins utilisée, ee, essentiellement pour p our pour des raisons de coˆ ut. ut. La consom con sommat mation ion électr ele ctrique ique est élev´ ele vée, ee, ce qui signifi sig nifiee que qu e les le s coˆ couts ˆ de fonctionne fonct ionnement ment sont très es élev´ elevés. es. Et l’investissement l’investiss ement est important impo rtant pou pourr les installation instal lationss de taille significative. Aujourd’hui, cette méthode ethode n’est plus utilisée ee que dans l’industrie pharmaceutique et les laboratoires. La distillation reste la méthode etho de pou pourr la l a prod p roductio uction n des injectables injectables : les normes europ´ européennes eennes exigent que lors de la production d’eau pour injectables la dernière ere étape etape de traitement soit la distillation. Hors industrie pharmaceutique, l’on trouve des distillateurs dans les laboratoires : un petit pet it distillateur distill ateur alimenté en eau potable pot able représente esente un investissement investisse ment limité — moins de 5’000.00 Francs suisses en gén´ enéral eral . La maintenance de ces appareil est simple, ce c e qui fait qu’ils sont int´ eressants eressants si l’on consomme co nsomme peu d’eau.

14.2. Principe Principe de fonctionnemen fonctionnementt Le principe de fonctionnemen fonctionnementt de la distillation distillation est très es simple : l’on fait évaporer evaporer l’eau, l’e au, puis pui s on la conden con dense. se. L’eau L’e au est en même eme temps tem ps démin´ emi néralis´ era lisée ee et désinfe esi nfect´ ctée. ee. Gén´ enéralement erale ment les distillateu distil lateurs rs sont des appareils appar eils assez fragiles, frag iles, employés es pratiqueme prat iquement nt uniquement en laboratoire et dans l’industrie pharmaceutique.

14.3. 14.3. Quali Qualit´ t´ e de l’eau l’eau disti distill´ llée ee Souvent l’on imagine imagin e que l’eau distill´ distil lée ee représente esente le nec plus ultra de l’eau l’e au purifi´ pur ifiée. ee. Cela n’est pas le cas. c as. Une série erie de facteurs facte urs influencent influe ncent la qualit´ q ualité de d e l’eau l’ eau distill´ distil lée ee :

Chicane Chi canes, s, ´ el´ el´ ements eme nts de coalesc coal escenc ence e : ces ce s él´ elément em entss p erme er mett ttent ent de réduir ed uiree la quant qu antit´ ité de gouttelettes entraˆ entraˆınées ees avec la vapeur. Les distillateurs ne donnent pas tous la même em e qual qu alit it´é d’ea d’ eau. u. eter minante pou pourr la qualité de d e l’eau l ’eau produite pro duite : La vitesse verticale de la vapeur est déterminante une vitesse vites se basse réduit eduit la quantité de particules part icules et autres autr es impuret´ impur etés es entraˆın´ ınées ees la ermet d’obtenir de l’eau de meill qualit´ qualit´









































´ DE L’EAU DISTILL EE ´ 14.3. 14.3. QUALIT QUALIT E

Fig.

14.1.: Schéma ema de principe d’un distillateur [9]

Mat´ eriaux eriaux de construction constr uction : les verre est employé pour p our les distillateur en laboratoire laboratoire. laboratoire. La production d’eau pour injectables injectables présuppose esuppose l’emploi l’emploi d’acier inoxydable. La distillation est populaire dans l’industrie pharmaceutique car elle reste le meilleur moyen moye n d’´ d ’élimi el imine nerr les l es pyrog` pyr ogènes en es..









































CHAPITRE CHAPITRE 14. LA DISTILLA DISTILLATION TION

Les distillateurs à basse vitesse permettent d’obtenir l’eau disti is till lée ee sans sa ns démin em in´érali ra lise serr avant. Les qualités es d’eau d’ea u produite pro duitess restent reste nt assez loin lo in de l’eau l’e au a` 18 MΩ/ MΩ/cm (ma ( max x théori eo riqu quee 18. 18.3 MΩ/ MΩ/cm) requise par l’industrie microélectronique. electronique.

14.4. 14.4. Solutio Solutions ns pour pour r´ eduire edui re la consomma consommation tion d’´ energie energie Il y a deux technologies pour réduire eduire la consommation d’énergie energie des distillateurs : • La thermocompression thermocompression • L’utilisation d’effets multiples

14.4.1. 14.4.1. Effets multip multiples les L’énerge energe consommée ee par un distillateur diminue lorsque le nombre d’effets augmente selon l’équation equat ion suivante : Energie =

K N

(14.1)

Dans laquelle : • L’Energie L’Energie : souvent donn´ do nnée ee en kg de vapeur par kg de condensat c ondensat • K est une constante constante qui dépend epend du distillateur, distillateur, dont la valeur est de l’ordre de 1.1 a` 1.2. • N est nombre d’effets du distillateur

Economi Eco nomie e d’énergi ene rgie e: Nombre Nombre d’effets d’effets 1 2 3 4

14.4.2. 14.4.2. Thermocomp Thermocompress ression ion

Energie Energie 1 0 0% 5 5% 3 9% 3 2%









































14.5. 14.5. LIMITES LIMITES DE LA DISTILLA DISTILLATION

Fig.

14.2.: Principe de la thermocompression [2 [2]

pharmaceutique, pharmaceutique, o` ou` le souci primordial primord ial est la croissance croissanc e des bactéries, eries, l’on emploie l’acier inoxydable. inoxydab le. La nécessit´ ecess ité d’employer d’empl oyer du d u métal etal limite l’emploi l’empl oi de la distillation distil lation.. En effet, il est impossible de produire de l’eau destin´ d estinée ee a` l’industr l’in dustrie ie micro´ mic roélectroniqu elect roniquee en utilisant utilisa nt des appareils appareils en métal. etal. Il faudrait utiliser utiliser du plastique plastique inerte come le Téflon, eflon, ce qui en pratique n’est pas possible. Cela explique que l’on n’utilise pas la distillation en micro´ mic roélectr ele ctroni onique que..









































15. Proc´ ed´ es par ´ echange d’ions

15.1. 15.1. Intro Int roduc ducti tion on ` a l’échan echange ge d’ion d’i on Le terme écha ec hang ngee d’io d’ ions ns regroupe un ensemble de technologie assez diverses, qui ont pour point commun d’utiliser des résines ne s qui ont la propri´ propr iét´ eté d’avoir des adh dh´ésio es ions ns préféren rentiel ti ellles connues : un ion adhère ere plus ou moins a` la résin es inee : cett ce ttee prop pr opri´ riét´ eté p erme er mett de construire const ruire des systèmes emes o` u l’on l ’on échange echa nge des ions ion s contr c ontree d’au d ’autre tress de d e mani` m anière ere cibl´ cib lée ee afin de changer change r la la p propr ropri´ iét´ eté de d e l’eau. l ’eau. Les ions que l’on veut relarguer relar guer dans l’eau sont app apport´ ortés es a` la résine esi ne lors lor s de la rég´ egén´ enératio era tion n de cellecel le-ci. ci. Selon Sel on la résine et le produit régénérant choisi, choi si, l’on l’o n obtient obt ient des syst` sys tèmes eme s aux propri´ pro priét´ etés es différentes ere ntes : ma gnésium esium de l’eau Les adoucisseurs adoucisseurs permettent d’enlever le calcium et le magn´ permette nt de remplacer les ions présent esent dans Les ´ echangeurs echang eurs d’ions proprement dits permettent + l’eau avec des ions H et OH , ce qui permet de déminéral ra liser l’eau. −

Adh´ Ad hésion si on préf´ ef ´ erent re ntie iellle ` a la résin es ine e´ echa ec hang ngeu euse se d’i d’ ions on s : Cations Fer Alum Alumin iniu ium m Calcium Magnésium esium

Anions Fe Phosphate PO34 Al3+ Sulfate SO24 Ca2+ Nitrate NO3 2+ Mg Nitrite NO2 3+

−

−

−

−









































15.2. 15.2. ADOUCISSEUR ADOUCISSEURS S D’EAU D’EAU

15.2. Adoucisseu Adoucisseurs rs d’eau d’eau Equations fondamentales Adoucissement 2RNa + MgSO4 → R2Mg + Na2 SO4

(15.1)

2RNa + Ca(HCO3 )2 → R2 Ca + 2NaHCO3

(15.2)

R´ eg´ en´ eration De l’eau salée ee (saumure) (saumur e) est amenée ee au contact contac t de la résine esine échangeuse echang euse d’ions d’ion s : R2Ca + 2NaCl → 2RNa + CaCl2

(15.3)

C’est la vanne multivoies (ou tête ) de l’adoucisse l’ado ucisseur ur qui se charge des rég´ egén´ enérations erat ions périodiques erio diques de la résine esine en aspirant aspira nt de la saumure. saumure .

15.3 15 .3.. D´ emi emin´ eral eralis isat atiion par ´ echa ec hang nge e d’io d’ions ns 15.3.1. 15.3.1. Equations Equations fondamental fondamentales es Pour démin´ emi néralise era liserr l’eau, l’ea u, les échange echa ngeurs urs d’ions d’io ns emploie emp loient nt 2 types typ es de résine esi ne : anionique et cationique. cationique .

Cations ne utra ralilit´ té élect el ectrrique iq ue doit doi t être etr e resp r espect´ ectée ee : les l es cation cat ionss (+ ) sont remDémin´ mi néral er alis isat atio ion n : la neut placés es par des ions hydrogène, ene, alors que les anions anion s ( ) rempla r emplac´ cés es par des ions hydroxyde. Les ions hydrogène ene et hydroxyde réagissent eagis sent et donnent donne nt de l’eau. l’eau . Danss la premi` Dan pre mière ere étape eta pe de la démin´ emi néralisa era lisatio tion, n, les cation cat ionss sont rempla rem plac´ cés es par des ions ion s hydrogène ene : le ph de l’eau baisse. −











































´ ES ´ PAR ECHANGE ´ CHAPIT CHAPITRE RE 15. 15. PROC PROC ED D’IONS











































´ ´ ´ 15.3 15.3.. DEMIN ERALISATION PAR ECHANGE D’IONS

15.3 15 .3.2 .2.. R´ eg´ eg´ en´ en´ erat er atio ion n des de s ´ echa ec hang ngeu eurs rs d’io d’ ions ns ` a 2 lits li ts La rég´ egén´ enératio era tion n peut pe ut se faire fai re a` co-courant ou a` contre-courant . La rég´ eg én´ en érat ra tion io n a` contre-courant donne une meilleure qualité d’eau et permet d’économiser economiser jusqu’` a 10% de régénérant (a` dosa do sage ge élev´ le vé). e) .

15.3 15 .3.3 .3.. Echa Ec hang ngeu eurr d’io d’ ions ns ` a lit lit m´ elan el ang´ g´ e Dans un échanger echanger d’ions a` lit mélangé, les 2 résines esine s sont mélang´ elangées ees dans une seule colo co lonn nne. e. Le syst` sy stème em e de d e rég´ egén´ enérat er atio ion n de d e la l a r´ r ésin es inee est e st plus pl us comp co mple lexe xe.. Par Pa r cont c ontre re,, la l a qua q ualit lit´é de l’eau obtenue est meilleure.

15.3.4 15. 3.4.. Pourquoi Pourqu oi l’eau l’ea u est-elle est- elle meilleur meil leure e apr` es es un lit m´ elang´ elan g´ e qu’apr` es es un deux-lits deux-li ts ? Les Le s réact ea ctio ions ns d’´ d ’échan ech ange ge d’io d ’ions ns sont s ont des de s réact ea ctio ions ns a` équilib equ ilibre. re. Les L es subst su bstanc ances es ne réagisse eag issent nt pas complètement, eteme nt, mais m ais seulement seulem ent jusqu’au jusqu’ au point poi nt d’´ d ’équilibre equili bre entre la déionisatio eioni sation n et e t la rég´ egén´ enératio era tion. n. Durant Dur ant la déionis eio nisati ation, on, la résine esi ne échange echa ngeuse use de cation cat ionss libère ere de l’acide l’ac ide.. Dans un échangeur echange ur a` 2 lits, cet acide est à disposition pour la réaction eaction en sens inverse inverse (r´ (r ég´ eg én´ enérat er atio ion) n).. Da Dans ns un lit li t mélan el ang´ gé, e, l’ac l’ acid idee lib´ li bér´ er ée ee est es t tout to ut de suit su itee neut ne utra ralilis´ sé et enle en lev´ vé par une bou boule le de résine esine échangeuse echang euse d’anions d’ani ons a` proximité. e. De même, eme, la soude produite pro duite par la résine esine anionique anion ique est tout de suite neutralis´ neutr alisée ee et enlevée ee par une boule bo ule de résine esine cationique a` proximit´ prox imité. e. Don Donc, c, dan danss un u n lit mélang´ ela ngé, e, la contrecont re-r´ réactio eac tion n ne n e se produi pro duitt pas, pas , a` défaut efa ut de réactant eac tants. s. L’équilib equ ilibre re n’est n’e st pas atteint att eint avant la déionis eio nisati ation on presqu pre squee compl` com plète ete de l’eau. l’eau . Du point poi nt de vue conceptue conce ptuel, l, un lit mélang´ elangé peut peu t aussi être etre décrit ecrit comme une série er ie infin in finie ie d’échan ech ange geur urss a` deux lits.











































´ ES ´ PAR ECHANGE ´ CHAPIT CHAPITRE RE 15. 15. PROC PROC ED D’IONS

5. Lavage, Lavage, avec avec sortie a` mi hauteur, a` la limite entre les deux résines esines 6. Mélange ela nge de la résine esi ne avec de l’air l’ai r compri com prim´ mé 7. Lavage Lavage co-courant pour stabiliser la résine esine 8. Remise Remise en service service Certains fabricants proposent des variantes de ce cycle.

15.4. Calcul des ´ echangeurs echangeurs d’ions 15.4 15 .4.1 .1.. Prin Princi cip p es g´ en´ enérau erauxx Le calcul d’un échangeur echangeur d’ions se base sur 2 paramètres etres : • Le débit ebi t maximum max imum • La capa ca paci cit´ té néces ec essa sair iree entr entree deux de ux rég´ egén´ en érat er atio ions ns

Le débit ebi t détermi ete rmine ne une sectio sec tion n ou o u un u n volum vo lumee minimu m inimum m de d e résine, esi ne, alors alo rs que la capaci cap acit´ té détermine eter mine le volume minimum de la résine. esine . La capacit´ capac ité de la résine esine et les débits ebits surfaciques maximum admissibles sont donnés es par fabricants de résine. esine. Il est raisonnable de demander demander aux fournisseurs fournisseurs la fiche de sp´ ecification ecification du fabricant fabricant de la résine, esine, et de vérifi er ifier er que qu e l’échan ech ange geur ur d’io d’ ions ns a ét´ eté dime di mens nsion ionn´ né en conf co nfor ormi mit´ té avec les le s spécifi ec ifica cati tion onss du fournisseur fourn isseur de résine. esine.

15.4.2. 15.4.2 . Qualité de l’eau obtenue par ´ echange echange d’ions La qualité de l’eau que l’on peut obtenir en aval aval d’un échangeur echangeur d’ions dépend epend du type typ e d’échange echa ngeur ur :











































16. 16. Les Les anti antitar tartr tres es ´ elec electr trom omag agn´ n´ etiq etique uess 16.1. Passions et polémique emique Il est impossible de mentionner les antitartres électromagn´ electromagnétiques etiques a` un praticien du traitement de l’eau sans déclencher eclencher les passions les plus vives. Alors que certains cert ains lancent des regards regar ds incrédules edule s a` celui qui explique qu’il utilise un adoucisseur — Vous utilisez encor encoree les adoucisseurs adoucisseurs ? m’a lanc´ lancé une fois un entousiaste entousiaste des antitartres antitartres alors que nous discutions de l’alimentation d’une chaudière ere a` vapeur — alors que les détracteurs etracteurs de ces appareils appareils aiment aiment se lancer dans de longues diatribes sur l’impossibili l’impossibilit´ té physique physique du fonctionnemen fonctionnementt des antitartres. antitartres. Le nombre nombre d’´ etudes etudes publi´ publiées ees sur ces appareils appareils est beaucoup moins important imp ortant que pour d’autres technologies de traitement traiteme nt de l’eau. D’après es [17 17], ], cela peut s’expliquer en partie par le fait que cette technologie fut initialement dévvelopp´ evvelopp´ ee ee surtout en Russie, et en Occident l’on tend a` être etre sceptique concernant toute tout e technologie techno logie provenant de l’Est. Pourtant Pourta nt plusieurs plusie urs études etude s ont montré l’efficacit´ l’effica cité de ces appareils appareils depuis les ann´ ees ees 1950 [31 31]] [32 32]. ]. Plus Pl usie ieur urss étud et udes es ont ét´ etés es pu publ bli´ iées ee s au cours des années ees 1990 concernant l’utilisation des antitratres électromagn´ electromagnétiques etiques pour les eaux eau x usées ees [17 17]] [30 30]. ]. D’autre D’autr e part il y a aussi des études etude s réalis´ ealisées ees sur des bancs d’essai d’essa i qui ont montr´ montr´ les antitartres antitartres test´ n’avaien n’avaientt effet l’eau,











































´ ´ CHAPITRE CHAPITRE 16. LES ANTITAR ANTITARTRES TRES ELECTROMAGN ETIQUES

durant durant leur séjour ejour dans les canalisations canalisations.. Ils n’ont n’ont aucune tendance a` s’incruster ni dans les canalisations, canalisations, ni dans les installations installations ni dans les appareils a` prot´ pr otéger eg er.. 1. Une fois l’eau l’e au trait´ trai tée, ee, les ions io ns Ca++ et HCO3 se fixent fix ent préf´ eférent er entie ielle lleme ment nt sur les germes de CaCO3 gén´ enér´ erés es par l’appar l’ap pareil, eil, au lieu de former for mer de nouveaux cristaux sur les parois des canalisations (o` u des phénom en om`ènes en es électro elect rochimique chimiquess peuvent p euvent conduir c onduiree a` une él´ elévation evati on local lo calee de pH de l’eau, l’e au, la rendant r endant ainsi très es fortement entartrante). Les Le s installations inst allations sont donc prot´ pr otég´ egées ee s contr co ntree de nouve no uveau aux x dépˆ epots oˆts de calcaire incrustant, et les microcri cro crista staux ux seront ser ont véhicul´ ehi culés es a` travers l’installation jusqu’à leur sortie lors de soutirages −

2. Un détartr eta rtrage age gén´ enéral era l de toutes tou tes les parois par ois métalliq eta lliques ues est induit ind uit par ces appareils qui détachent etachent le calcaire incrusté sur les vieilles installations n’ayant pas ét´ eté protég´ egées. ees. Cette Cett e action actio n est progressive progr essive ; il demeure demeu re cependant un fin voile blanchâtre atre protec p rotecteur teur constit c onstitu´ ué d’ions positif p ositifss naturellement relle ment attirés es par les parois paro is métalliques etall iques (` a cara ca ract ct`ère er e élec el ectr tron on´égat eg atif if ). Ce voile isole et rend électropositive electropositive la paroi par oi en contact avec l’eau. Ceci contribue a` la longévit´ evité de l’installation en limitant les effets de la corrosion.

Description Une série erie de bobinages moulés es autour de la chambre de traitement dans laquelle circule l’eau a` traiter re¸coit coit en permanence des impulsions électriques electriques déliv el ivr´ rées ee s par pa r le gén´ enérat er ateu eurr élec el ectr tron oniq ique ue,, a` une tension et une fréquence equence détermin´ eterminées. ees. Un champ impulsionnel se trouve ainsi transmis par induction













































16.3. LIMITA LIMITATIONS D’EMPLOI D’EMPLOI











































17. Elec Electro trod´ d´ eioni eionisa sati tion on 17.1. 17.1. Princi Principe pe L’électrod´ electrodéionisation eionisation est pratiquement l’inverse l’inverse de l’osmose inverse. Des électrodes electrode s attirent les ions à travers des membranes. Il y aussi un concentrat , comme pour l’osmose inverse, inverse, mais peu p eu (5-10%). La qualit´ qualité d’eau obtenue obtenue est excellente excellente : meilleure meilleure que celle obtenue obte nue avec un échangeur echang eur a` deux lits, mais pas tout à fait aussi bonne que avec un lit mélangé.











































´ 17.2. AVANTAGES ANTAGES ET D ESAVANTAGES

3. Les ions hydrogène ene et hydroxyle sont amenés es par force électrostatique electrostatique dans la chambre ”C”. La product pro duction ion continuelle continue lle de ces ions rég´ egén` enère ere en continu les lits de résin es inee écha ec hang ngeeuse us e 4. Les ions i ons pr´ p résents ese nts dans da ns l’eau l’ eau sont abso a bsorb´ rbés es par pa r la résine esi ne échange echa ngeuse use d’ions d’io ns et e t migrent mig rent dans la chambre ”C”. 5. Dans la chambre chambre ”C”, les ions hydrog` ene ene et hydroxyle hydroxyle se combinent combinent pour p our former de l’eau 6. 90% a` 95% de l’eau entrant dans la cellule sort de la cellule à travers la chambre ”D”” sous ”D so us form fo rmee d’ea d’ eau u démin´ em inéral er alis´ isée ee 7. Le concentrat conc entrat est recirculé, e, comme souvent dans les osmoseurs 8. le concent con centrat rat peut pe ut être etr e réinjec ein ject´ té en début ebu t de chaˆ chaˆıne de traite tra itement ment











































´ CHAPITRE CHAPITRE 17. 17. ELECTROD ELECTRODEIONISATION

Fig.

17.3.: Exemple Exemp le d’élecrod´ elecr odéionisateu eionis ateurr pou pourr 6 m3 /h. Dimensions 117 × 134 × 214











































` ´ 17.3. 17.3. PROBL PROBLEMES RESULT ESUL TANTS D’ASPECTS COMMERCIAUX COMMERCIAUX

17.3. 17.3. Probl` Probl` emes emes r´ esultant esul tantss d’aspe d’as pects cts commerci comm erciaux aux L’électro elect rod´ déionisation eionis ation fut longtemps longt emps un brevet de la soci´ soc iét´ eté US-Filter US-Filt er (Aujourd’hui (Aujou rd’hui intégr´ egrée ee dans Vivendi Waters). ater s). Lorsque Lors que le brevet est tombé dans le domaine domai ne public au début eb ut des de s ann a nn´ées ee s 199 1 990, 0, plus pl usie ieur urss so s o ciét´ etés es ont ont com c omme menc nc´é a` produi pro duire re des électr ele ctrod´ odéionis eio nisate ateurs urs.. La technologie techno logie étant etant difficile a` maˆ maˆıtrise ıtr iser, r, une seule seu le soci´ so ciét´ eté a acquis acq uis une part par t de march´ mar ché importante : il s’agit de E-Cell, filiale de General Electrics. E-Cell produit essentiellement les cellules, laissant à des intégrateur egra teurss le soin so in de construire const ruire la machine mach ine compl` co mplète. ete. Pour pouvoir p ouvoir prop p roposer oser une machine m achine avec une cellule c ellule E-Cell, E-Cell , l’intégrateur egra teur doit d’abord acheter une licence E-Cell et suivre une formation assez coˆ uteuse. Les intégrateurs egra teurs avec licence licenc e E-Cell sont donc très es motivés es a` vendre un grande nombre d’électrod´ elect rodéionisateu eioni sateurs, rs, Cette situation situat ion cause aussi un autre autr e probl` p roblème, eme, que peu de clients remarquent rema rquent : l’életronique eletr onique de puissance puiss ance d’un électro elect rod´ déionisateu eionis ateurr est très es complexe comple xe : la plupart des clients d’E-Cell d ’E-Cell achètent etent donc leur électronique electronique de puissance aux USA, chez E-Cell. E-Cell . Cela Ce la peut peu t poser p oser un probl` p roblème eme en cas de pannes, panne s, puisque p uisque ces électrod´ elect rodéionisateur eionis ateurss sont équip´ equ ipés es de d e de compo com posant santss d’électr ele ctroni onique que de puis p uissan sance ce am´ a méricai eri cains ns aux a ux norm n ormes es NEMA N EMA,, que l’on ne trouve trouve pas ou difficilemen difficilementt en Europe : la panne peut donc être etre prolong´ prolongée ee de pi` de rechange.













































´ CHAPITRE CHAPITRE 17. 17. ELECTROD ELECTRODEIONISATION

de conduc con ductiv tivit´ ité déclench ecl enchant ant l’alarm l’al armee ”con ” conduc ductiv tivit´ ité” e” de l’alime l’a limentat ntation ion de la chaudi` chau dière ere de 1 µS/cm a` 3 µS/cm.

17.4.2 17. 4.2.. Cellule Cell ule myst´ my st´ erieuse erie use Une soci´ so ciét´ eté de micro´ mic roélectr ele ctroni onique que avait choisi choi si l’électr ele ctrod´ odéionis eio nisati ation on sur la base bas e du coˆ cout ˆ d’inves d’investisseme tissement. nt. Un fournisseur fournisseur de mat´ eriel eriel de traitement traitement d’eau proposait un nouvel élecrod´ elecr odéionisateu eioni sateur, r, avec des cellules cellu les d’électro elect rod´ déionisation eionis ation de fabricatio fabri cation n propre. propr e. Au bout de 6 mois de fonctionnement, les cellules d’électrod´ electrodéionisation eionisation se bloquèrent. erent. Au











































18. D´ egazage











































´ CHAPIT CHAPITRE RE 18. DEGAZAGE











































´ 18.3. 18.3. LES NOUVELLE NOUVELLES S TECHNOLOGIE TECHNOLOGIES S DE D EGAZAGE











































´ CHAPIT CHAPITRE RE 18. DEGAZAGE

































































































































´ 19.2 19.2.. DELAIS

19.2 19 .2 D´ elai el ai











































CHAPITRE CHAPITRE 19. 19. INTRODUCT INTRODUCTION ION

19.3. Caract´ eristique eristique de l’eau d’alimentation d’aliment ation











































´ D’EAU N ECESSAIRE ´ 19.4. 19.4. QUALIT QUALIT E



























































































































































































































































































































































































































































































Purification de l'Eau Dans l'Industrie

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