Memotec n6
RVISION A
DATE : 01/01/2006
www.gls.fr Les procds dadoucissement en
traitement de leau potable PAGE 1
1F = 10 mg CaCO 3/l = 0,2 meq/l
NCESSIT DADOUCIR LEAU Les ions calcium (Ca2+) et magnsium (Mg2+)
dune eau dterminent sa duret. Le corps humain a besoin dapports
quotidiens en calcium et en magnsium, provenant de leau de boisson
et des aliments. Par contre, si leau est trop incrustante (voir
Memotec n17), cela peut entraner des inconvnients : dpts de
calcaire dans les rseaux de distribution, les chaudires et les
machines laver, dpenses supplmentaires en nergie, risque de
dveloppement bactrien, risque de dissolution du plomb des
canalisations, do la ncessit dadoucir leau pour enlever une partie
de sa duret, quand celle-ci est importante.
QUELQUES DFINITIONS PRALABLES Titre Hydrotimtrique (TH) :
caractrise la duret (concentration en ions alcalinoterreux dans
leau). On distingue le TH total, teneur en Ca2+ et Mg2+, du TH
calcique, teneur en Ca2+. Duret carbonate et non carbonate : la
duret carbonate correspond la partie de la duret totale
chimiquement quivalente la quantit des carbonates (CO32-) et des
bicarbonates (HCO3-). La duret non carbonate (dur permanente),
correspond la somme des ions calcium et magnsium lis aux sulfates,
aux chlorures et aux nitrates. Titre Alcalimtrique (TA) : dtermine
la teneur en hydroxydes (OH-) et la moiti de celle en carbonates.
Titre Alcalimtrique Complet (TAC) : dtermine la teneur en
carbonates, bicarbonates et hydroxydes. Lensemble de ces paramtres
sexprime en degr franais (F), en milliquivalent par litre (meq/l)
ou en mg CaCO3/l, avec les correspondances suivantes :
RGLEMENTATION La rglementation europenne, travers la directive
98/83/CE, et sa transposition en droit franais par dcret n2001-1220
du 20 dcembre 2001, codifi en 2003 dans le code de la sant publique
(voir Memotec n12), ne mentionnent aucune valeur guide pour la
duret de leau. Il est simplement stipul que les eaux ne doivent pas
tre agressives , ce qui implique que leau doit prsenter une
certaine minralisation. En pratique, on cherche diminuer le TAC
entre 10 et 20F, mais tout en limitant les risques de corrosion
(voir Memotec n17).
TECHNIQUES DADOUCISSEMENT Les techniques dadoucissement font
appel trois procds, savoir la dcarbonatation qui nlimine que les
ions calcium et magnsium lis aux bicarbonates, il sagit alors dun
adoucissement partiel, et ladoucissement total qui limine lensemble
des ions calcium et magnsium, mais sans modifier lalcalinit de
leau. Le troisime procd est reprsent par la nanofiltration qui
limine partiellement les ions calcium, magnsium et bicarbonates
(voir Memotec n1). Parmi les procds de dcarbonatation, on trouve :
o la dcarbonatation la chaux ; o la dcarbonatation la soude ; o la
dcarbonatation sur rsines changeuses dions du type carboxylique,
rgnre par un acide ; o llectro-dcarbonatation.
La technique dadoucissement utilise une rsine changeuse dions du
type cationique, rgnre par une solution de chlorure de sodium.
La prcipitation la chaux : une technique matrise Ce procd ne
permet dliminer que la duret carbone, et en particulier celle lie
au calcium. Elle na pas deffet sur la duret permanente (non
carbonate), comme lindique les ractions de base suivantes :
Lalcalinit rsiduelle est de lordre de 2 3F. tant donn cette
faible valeur, seule une partie du dbit est dcarbonate pour tre
mitige ensuite de leau brute pour obtenir un TAC favorable du point
de vue organoleptique, et de la minralisation (voir Memotec n17).
Pour acclrer la prcipitation du carbonate de calcium, leau traiter
est mise en contact avec des germes de cristallisation dj forms.
Pour cela lappareil de dcarbonatation doit comporter une zone o
seffectue le mlange des cristaux recirculs avec de leau traiter
additionne de chaux (figure 1). Lemploi dun coagulant (FeCl3) et/ou
dun floculant (polymre) permet damliorer la sparation des cristaux
et de leau.
Photo 1 - Dpts de tartre dans une canalisation
Ca (OH)2 + Ca (HCO3)2 2 CaCo3 + 2H2O (1)
Ca (OH)2 + Mg (HCO3)2 MgCO3 + CaCo3 + 2H2O (2)
M
Eau brute
CaCO3
Eau dcarbonate
Turbine de recirculation
Zone de mlange
Zone de clarification
Zone de croissance des cristaux
Concentrateur
Figure 1
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7,4 (TAC + C) g/m3
Ca2+ Adoucissement Ca + R
-
Na Na + RMg2+ Rgnration Mg
La dose thorique de chaux [Ca(OH)2 100 %] injecter pour obtenir
la prcipitation optimale du carbonate de calcium, est donne par la
relation ci-contre, avec C = teneur en CO2 libre, exprime en F (1F
= 4,4 mg CO2/l). La charge superficielle au miroir est de lordre de
5 m/h pour un dcarbonateur classique, et peut atteindre 15 m/h pour
un appareil lamellaire.Llimination du carbonate de magnsium (MgCO3
voir raction 2) peut sobtenir par un excs de chaux. Si on dsire
liminer galement la duret permanente, conjointement la dur
carbonate, il faut injecter du carbonate de sodium. tant donn le pH
atteint, la prcipitation du CaCO3 saccompagne galement de celle du
fer pouvant tre prsent dans leau traiter. La dcarbonatation
catalytique la soude : un procd dlicat mettre en oeuvre La
prcipitation du carbonate de calcium par la soude est rgie par la
raction suivante :
On constate la formation de carbonate de sodium qui ragira sur
la duret permanente, comme indiqu prcdemment. Lintroduction de
micro-sable (0,2 0,4 mm) dans leau traiter additionne de chaux,
permet dobtenir un effet catalytique, c'est--dire que le carbonate
de calcium prcipite en se cristallisant la surface des grains de
sable pour obtenir des billes de 1 2 mm, comparer celui des
cristaux de dcarbonatation la chaux qui nexcde pas 100 200 m. Grce
au lestage des billes et leur diamtre, on peut atteindre des
vitesse de lordre de 80 120 m/h dans la zone de clarification
(figure 2). Les billes, ds lobtention du diamtre optimum, sont
vacues en partie basse. Leur eau interstitielle est facilement
liminable par simple gouttage. Lapplication de ce
procd est limite par la prsence de composs ne cristallisant pas
(collodes, fer, magnsie) et ne doit concerner que la prcipitation
du CaCO3. Pour viter la prcipitation de la magnsie, le titre
hydromtrique magnsien doit tre faible. De plus ce procd ne convient
pas aux eaux prsentant une concentration leve en sodium, car il y
aurait alors des risques de dpassement de la rfrence de qualit (200
mg/l), fixe par le code de la sant publique (voir Memotec n12). La
dcarbonatation catalytique la soude ncessite des rglages fins pour
matriser la taille des billes, et donc des purges, le dosage de la
soude, lalimentation en micro-sable, ainsi que la vitesse de
fluidisation. Les rsines changeuses dions : le problme des luats
Lutilisation des rsines repose sur un change dions entre ceux
contenus dans leau traiter et ceux retenus dans la structure macro
poreuse de la rsine. Les rsines dadoucissement change les ions
sodium de la rsine contre les ions calcium et magnsium de leau.
Lorsque la rsine est sature, il faut la rgnrer laide dune solution
concentre de NaCl. Les rsines de dcarbonatation changent les ions
H+ de la rsine contre les ions Ca2+, Mg2+ et Na+. Les rsines sont
rgnres avec un acide fort (H2SO4 gnralement). Il est noter que ce
procd nest utilis que dans lindustrie. Bien que relativement facile
mettre en uvre, car totalement automatisable, lutilisation des
rsines comporte certains inconvnients, dont notamment : o la
ncessit de traiter une eau exempte de matires organiques, car
celles-ci peuvent entraver les changes ioniques ; o le risque de
prcipiter le fer et le manganse, ce qui conduit un empoisonnement
des rsines ; o le devenir des lutas de rgnration qui sont trs
concentrs.
Le procd lectrolytique : efficace mais limit conomiquement quant
la rduction de la duret Ce procd repose sur le principe de
llectro-germination du CaCO3. Leau traiter traverse de haut en bas
un champ lectrique produit par un ensemble dlectrodes, cathodes et
anodes, places en alternance. A la cathode il y a production
dhydroxydes (OH-) qui cre un environnement basique dplaant
lquilibre calco-carbonique, et provoquant ainsi la prcipitation du
carbonate de calcium. A lanode il est produit des ions H+ qui
ragissent avec les hydrogno-carbonates pour former du dioxyde de
carbone quil convient de stripper et/ou de neutraliser. Les boues
formes sont recueillies au fond du racteur, do elles sont
priodiquement extraites. Elles ont la particularit dtre dshydrates
et dtre formes de cristaux de CaCO3 pur pouvant tre rutiliss.La
consommation lectrique est de lordre de 0,5 1,5 kWh/m3, fonction du
taux dsir dabattement de la duret. CONCLUSION
Le choix de la technique dadoucissement la mieux adapte une eau
donne, se fait sur la base de nombreux critres, savoir : o prsence
ou non de matires en suspension, de fer ; o nature et composition
de la duret ; o cots des ractifs ; o possibilits dvacuer les luats
; o cot de la dshydratation ; o possibilits de dcharge en CET,
dpandage, de rejet en rseau dassainissement ou de rutilisation des
sous-produits ; o conditions dexploitation ; o
Ca(HCO3)2 + 2 NaOH CaCO3 + Na2CO3 + 2 H2O
Arrive eau brute
Injection de la soude Purge des billes Sortie eau dcarbonate
Introduction du micro-sable
Plancher
Zone de mlange Zone fluidise de raction
Zone de clarification
Figure 2
