Les entreprises pharmaceutiques (ainsi que les fabricants de semi-conducteurs et les centrales électriques génératrices de vapeur haute pression) ont besoin d’une eau d’appoint de haute pureté pour leurs procédés. Les concentrations d’impuretés doivent être de l’ordre de très faibles parties par milliard (ppb) ou même inférieures. Une production fiable et efficace d’eau de haute pureté fait partie intégrante de ces efforts.
Au siècle dernier, le développement des résines échangeuses d’ions synthétiques a été un tremplin majeur pour la production d’eau de haute pureté. Les résines pour éliminer les cations dissous tels que le calcium, le magnésium, le sodium, etc., et les anions, le chlorure, le sulfate et même la silice faiblement ionisée sont devenues une bête de somme pour les systèmes de traitement. Cependant, il est devenu évident que, lorsqu’elles sont utilisées comme technique de purification primaire pour l’eau d’appoint, les résines échangeuses d’ions peuvent être rapidement épuisées en raison de la concentration substantielle d’ions dans l’alimentation d’appoint, même à partir de sources d’eau douce. Ces systèmes nécessitaient souvent des régénérations quotidiennes des résines d’échange avec un acide fort pour les résines cationiques et de la caustique pour les résines anioniques.
Le développement des technologies de membranes a considérablement modifié ce processus. Une configuration de base commune pour la préparation d’eau d’appoint de haute pureté dans l’industrie moderne est décrite ci-dessous.
Les membranes modernes d'osmose inverse (OI) peuvent éliminer plus de 99 % des solides dissous, ce qui nécessite de polir le perméat OI par échange d’ions ou électrodésionisation (EDI), ou parfois les deux en série, pour produire un appoint de haute pureté.
Le prétraitement est un aspect essentiel du fonctionnement fiable des unités d’osmose inverse, en particulier pour réduire au minimum l’entraînement des particules fines vers les membranes d’osmose inverse. De nombreux systèmes de traitement de l’eau du XXe siècle ont été conçus avec des clarificateurs, suivis de filtres multimédias, pour éliminer la plupart des solides en suspension du flux d’appoint de l’usine. Comme d’autres technologies, la clarification s’est considérablement améliorée au fil du temps, et les clarificateurs modernes peuvent maintenant fonctionner à des taux de montée 10 à 20 fois plus élevés que les grands clarificateurs circulaires conventionnels du passé. Cependant, des particules fines peuvent encore s’échapper avec l’effluent du clarificateur ou du filtre et des membranes d’osmose inverse encrassées, en particulier les éléments principaux. La microfiltration (MF) ou l’ultrafiltration (UF) est souvent recommandée pour les nouveaux systèmes d’eau d’appoint afin de fournir une alimentation en osmose inverse à faible teneur en solides en suspension. La microfiltration ou l’ultrafiltration peuvent être placées en aval d’un clarificateur ou peuvent parfois servir de dispositifs de filtration autonomes.
Contrairement aux éléments d’osmose inverse, qui utilisent des membranes enroulées en spirale (comme indiqué dans une partie 2 de cette série), les membranes de microfiltration et d'ultrafiltration ont généralement une configuration à fibres creuses, dans laquelle les membranes ressemblent à de longs brins ou fibres spaghettis, généralement appelés lumens. Les systèmes de type à pression sont courants.
Dans ce type d’unité MF, les fibres sont logées dans des récipients sous pression connectés en parallèle.
L’unité illustrée à la figure 2 a été choisie pour remplacer un clarificateur vieillissant, dont la fonction principale était d’éliminer les solides en suspension d’une source d’eau d’un lac. Les résultats de la transition ont été immédiats et, dans certains cas, facilement observables. Par exemple, la turbidité du courant d’entrée de l’unité d’osmose inverse a chuté d’une plage typique de 0,5 à 1,0 NTU (unités de turbidité néphélométrique) à moins de 0,05 NTU. Le temps entre les remplacements des filtres à cartouche d’osmose inverse est passé de semaines à des mois. De plus, la microfiltration ou l’ultrafiltration en amont améliore les performances de l’osmose inverse, réduit généralement la fréquence des nettoyages de membrane et prolonge la durée de vie de la membrane.
L’ultrafiltration est très courante aujourd’hui, offrant une filtration encore plus fine que la microfiltration. Le tableau 1 présente les tailles générales des pores pour les quatre principales technologies à membrane.
Tableau 1 – Tailles générales des pores de la membrane
| Règle de la taille des pores de la membrane |
| Microfiltration – 0,1 µm |
| Ultrafiltration – 0,01 µm |
| Nanofiltration – 0,001 µm |
| Osmose inverse – 0,0001 µm |
Un point important à retenir est que la microfiltration et l’ultrafiltration sont conçues uniquement pour l’élimination des particules, tandis que la nanofiltration et l’osmose inverse éliminent les ions dissous. Les fonctions ne peuvent pas être interchangées.
ChemTreat a de l’expérience pour aider les clients à relever leurs défis de traitement de l’eau d’appoint de haute pureté. Recherchez les futurs articles sur ce sujet et contactez-nous pour obtenir de l’aide dans la conception d’un programme de traitement personnalisé pour votre application.
Comme toutes les autres technologies, une diligence raisonnable est nécessaire pour déterminer la faisabilité de l’utilisation des méthodes. Consultez toujours les manuels et guides de votre équipement.
