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Dans le traitement de l’eau industrielle, la déminéralisation fait référence à l’élimination des solides dissous de l’eau d’alimentation et des flux de processus. Si vous étudiez les options de traitement et de purification de l’eau, vous pourriez vous demander  » Qu’est-ce que la déminéralisation de l’eau et comment fonctionne-t-elle ? « 

L’article suivant offre une explication simple du fonctionnement de la déminéralisation, de ce que vous pouvez attendre d’un système de déminéralisation moyen et des contaminants généralement éliminés par les technologies de déminéralisation.

Qu’est-ce que la déminéralisation de l’eau ?

La déminéralisation est un type de purification de l’eau. Bien qu’il puisse désigner tout procédé de traitement qui élimine les minéraux de l’eau, le terme déminéralisation est généralement réservé spécifiquement aux procédés d’échange d’ions (IX) utilisés pour l’élimination quasi totale des contaminants minéraux ioniques. Souvent, les termes déminéralisation et déionisation sont utilisés de manière interchangeable.

La déminéralisation IX utilise à la fois des résines échangeuses de cations et d’anions, parfois même dans la même colonne ou le même lit. Après la déminéralisation, l’eau traitée aura un haut niveau de pureté comparable à celui de l’eau distillée, mais généralement à un coût beaucoup plus faible.

Qu’est-ce qui est inclus dans un système de déminéralisation de base ?

La conception et les composants spécifiques d’un système de déminéralisation IX peuvent varier d’une application à l’autre en fonction des conditions de traitement et de la composition du flux à traiter. Malgré tout, la plupart des systèmes de déminéralisation comprendront les composants suivants :

• Une ou plusieurs colonnes IX
• Système de dosage du régénérant
• Réservoirs de stockage de l’alimentation chimique
• PLC, vannes de contrôle et tuyauterie
• Résines IX

Il existe une certaine flexibilité dans la configuration d’un système de déminéralisation afin de répondre de manière optimale à diverses conditions de traitement et à divers objectifs de pureté. Lors de la conception d’un système de déminéralisation, il faut tenir compte de la variabilité de l’eau d’alimentation, du niveau de pureté nécessaire, de l’encombrement du système, de la tolérance aux fuites d’ions (en particulier le sodium et la silice) et des exigences en matière d’alimentation chimique, entre autres facteurs.

Comment fonctionne la déminéralisation ?

Comme nous l’avons dit, la déminéralisation fait généralement référence à l’élimination des solides minéraux dissous par un processus IX. Mais avant d’approfondir le fonctionnement de la déminéralisation, nous allons passer en revue les principes de base d’une réaction d’IX.

En présence d’eau, les minéraux et les sels se dissocient en leurs ions constitutifs. Ces solides dissous sont constitués d’ions chargés négativement, appelés anions, et d’ions chargés positivement, appelés cations, chacun étant attiré par des contre-ions (ou ions de charge opposée). La colonne IX contient une résine constituée de billes de plastique auxquelles un groupe fonctionnel ionique a été lié. Ces groupes fonctionnels retiennent de manière lâche les ions de charge opposée par attraction électrostatique mutuelle. Pendant un cycle actif du système IX, une eau contenant des ions dissous est introduite dans la résine. Les ions en solution vont échanger leurs places avec les ions sur les billes de résine, s’accrochant aux groupes fonctionnels de la résine même lorsque la solution résultante est évacuée. L’échange se produit lorsqu’un ion a une plus grande affinité pour le groupe fonctionnel que l’ion déjà présent. Les contaminants ioniques spécifiques présents détermineront si des types de résines anioniques et/ou cationiques sont nécessaires.

Dans une réaction typique d’IX, l’échange d’ions entraîne simplement le remplacement des ions contaminants par d’autres ions moins répréhensibles. Dans un système d’adoucissement au sodium IX, par exemple, l’objectif est d’éliminer les ions de dureté (par exemple Ca2+ ou Mg2+) de la solution en les remplaçant par des ions sodium (Na+). En conséquence, la solution traitée n’aura que peu ou pas de dureté, mais elle contiendra une plus grande concentration d’ions sodium.

Bien que cela soit acceptable pour de nombreuses applications, certains procédés exigent une élimination quasi totale des solides dissous. C’est là que la déminéralisation entre en jeu. Dans la déminéralisation, les cations de l’eau d’alimentation sont échangés contre des ions hydrogène (H+) et les cations sont échangés contre des ions hydroxyle (OH-). Le résultat est de l’eau : H+ + OH-OH → H2O. En général, les systèmes de déminéralisation IX sont disponibles dans des configurations à deux lits ou à lits mixtes, comme détaillé ci-dessous.

Echangeurs à deux lits

Les échangeurs à deux lits ou à double lit utilisent deux ou plusieurs lits ou colonnes de résine IX sont utilisés pour traiter un flux, chacun contenant un type spécifique de résine IX. Dans la déminéralisation à deux lits, un flux est d’abord traité avec une résine de cation acide fort (SAC) qui capture les cations dissous, et libère des ions hydrogène (H+) en échange. La solution acide minérale résultante est ensuite acheminée vers le lit de résine anionique à base forte (SAC). Cette deuxième étape séquestre les contaminants anioniques tout en libérant des ions hydroxyde (OH-), qui se combinent avec les ions hydrogène (H+) existants pour former de l’eau. Le flux résultant est faible en TDS et a un pH presque neutre. Bien que les échangeurs à deux lits soient efficaces pour la déminéralisation, les fuites de sodium peuvent affecter la qualité de leur sortie, en particulier pour les flux avec un TDS élevé et/ou un faible pH.

Les échangeurs à lit mixte IX

Les échangeurs à lit mixte offrent une qualité d’eau supérieure par rapport aux systèmes à deux lits. Les échangeurs d’ions à lit mixte contiennent un mélange de différentes résines IX logées dans une seule colonne IX. Lorsqu’un flux est introduit dans l’unité, les réactions d’échange de cations et d’anions ont lieu simultanément dans l’unité, ce qui a pour effet de résoudre les problèmes de fuite de sodium qui peuvent compromettre la qualité de l’eau produite par un système IX à deux lits. Si les échangeurs à lit mixte produisent une eau de meilleure qualité, ils nécessitent également un processus de régénération de la résine plus complexe. En outre, les unités à lit mixte sont plus sensibles à l’encrassement des résines et/ou à un fonctionnement inférieur du système en raison des fluctuations du contenu du flux, et sont donc généralement utilisées en aval d’autres mesures de traitement.

Quels contaminants la déminéralisation élimine-t-elle ?

La déminéralisation entraîne généralement l’élimination presque complète des minéraux, et est donc typiquement réservée aux applications nécessitant un niveau plus élevé de pureté de l’eau, comme l’eau d’alimentation ou d’appoint pour les chaudières à haute pression, l’eau de rinçage pour les industries alimentaires et des boissons, ou les flux de processus utilisés dans la fabrication de l’électronique, par exemple. Pour les applications d’eau douce, la déminéralisation peut être une bonne alternative à la distillation, car elle est capable de produire une eau de qualité similaire à l’eau distillée, mais par le biais d’un processus d’échange d’ions plus rentable.

Ci-après, nous avons souligné les contaminants les plus courants traités par les déminéralisateurs :

Cations

Les résines cationiques dans un système de déminéralisation vont échanger des cations, ou des contaminants ayant une charge positive. Les contaminants cationiques courants comprennent :

• Calcium (Ca2+)
• Fer (Fe3+)
• Magnésium (Mg2+)
• Manganèse (Mn2+)
• Potassium. (K+)
• Sodium (Na+)

Anions

Les résines anioniques dans un système de déminéralisation vont échanger des anions, ou des contaminants ayant une charge négative. Les contaminants anioniques courants comprennent :

• Alcalinité (CO32-, HCO3-)
• Chlorure (Cl-)
• Nitrate (NO3-)
• Sulfates (SO42-)
• Silice (SiO2)

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