Les déminéralisants sont un composant souvent négligé du traitement de l’eau industrielle. Étant donné que le dysfonctionnement du déminéralisateur peut causer des problèmes avec les processus en aval, il est important d’identifier et de traiter les problèmes tôt pour réduire l’impact négatif sur vos opérations.
Qu’est-ce que la déminéralisation?
La déminéralisation est un processus de production d’eau de haute pureté utilisant l’échange d’ions. Il est couramment utilisé dans des industries telles que la fabrication de semi-conducteurs et les produits pharmaceutiques, ainsi que dans les applications d’eau d’alimentation de chaudière à haute pression. La déminéralisation est réalisée à l’aide de déminéralisants, qui sont des produits chimiques utilisés pour éliminer les minéraux de l’eau.
Aperçu du flux du processus de déminéralisation
Le schéma ci-dessous montre le flux de processus d’une unité de cation jusqu’à une polisseuse à lit mixte. (Un flux de déminéralisation de base ne comprend qu’une unité de cation et une unité d’anion.)
L’eau d’entrée est pleine d’ions : cations comme le calcium, le magnésium, le sodium et le potassium, et les anions comme le phosphate, l’alcalinité, le sulfate, le chlorure, le nitrate et la silice. Les systèmes de déminéralisation éliminent ces ions de l’eau destinée aux processus de haute pureté.
Les cations sont d’abord retirées de l’eau dans l’unité de cation. Les ions d’hydrogène sont échangés des billes de résine pour les cations dans l’eau entrante, réduisant ainsi le pH. Les anions restants se combinent avec les ions hydrogène pour former leurs acides correspondants et le sulfure d’hydrogène (H2S), le cas échéant.
L’eau passe ensuite à travers un dégazeur pour éliminer le dioxyde de carbone (CO2) de l’eau et l’expulser pour aider à réduire la charge anionique vers l’unité anionique.
Enfin, l’unité anionique élimine les anions de l’eau par échange d’ions, libérant des ions d’hydroxyde dans le flux d’anions. L’eau sortant de l’anion sera relativement pure, probablement sous une conductivité de 2 μS, et ne contiendra que de faibles niveaux de sodium et de silice. Certaines applications, en particulier les chaudières à haute pression, peuvent nécessiter de faire couler l’eau à travers une polisseuse à lit mixte pour un traitement supplémentaire.
Deux principaux problèmes liés au déminéralisant
1. Courtes courses
Un court cycle indique un débit faible. La qualité de l’eau produite peut être acceptable, mais la conductivité et/ou la percée de silice se produisent tôt, et le système produit moins de gallons d’eau de procédé entre les régénérations.
2. Fuite élevée
Une fuite élevée fait référence à une détérioration de la qualité de l’eau tout au long du cycle de service. Cela pourrait inclure des taux plus élevés de sodium ou de silice, selon la cause.
Déminéralisation Dépannage Pratiques exemplaires
L’importance de tenir des dossiers
La tenue des registres est un élément clé du dépannage des déminéralisateurs. Les mesures clés de tendance jettent les bases du diagnostic des problèmes du système.
Nous vous recommandons au minimum de faire le suivi des données suivantes :
- Longueur de course après chaque régénération : combien de gallons d’eau sont produits sur un train donné entre les régénérations.
- Durée du rinçage : combien de temps les unités d’anions ou les lits mixtes prennent pour rincer selon les spécifications.
- pH et conductivité de l’eau brute, de l’effluent de cation et de l’effluent d’anion.
- Analyse régulière de la silice de l’effluent anionique : investir dans des analyseurs de sodium ou de silice en ligne peut être un excellent moyen de résoudre les problèmes de système.
- Analyse annuelle de la résine : Envoyer les échantillons de base à un laboratoire d’analyse pour aider à déterminer ce qui peut contribuer à l’encrassement de la résine (p. ex., les matières organiques ou le limon).
- Échantillons trimestriels d’eau de source. Les eaux sources peuvent changer, en particulier les rivières et les eaux de surface. Nous recommandons donc de surveiller régulièrement les échantillons pour suivre tout changement dans la composition de l’eau.
- Inspection annuelle des navires pour s’assurer que l’intérieur des navires est en bon état, que les côtés et les écrans sont intacts, etc.
Dépannage des exécutions courtes
Changements dans la qualité de l’eau d’alimentation
La qualité de l’eau d’alimentation peut varier au cours de l’année. Un système de déminéralisation est conçu pour un nombre défini d’ions, et les changements de conductivité auront un impact sur le débit du système.
Par souci de simplicité, l’eau avec conductivité de 100 μS contient environ la moitié plus d’ions que l’eau avec conductivité de 200 μS. Par conséquent, une eau de traitement déminéralisante avec une conductivité de 200 μS aura environ la moitié du débit d’une eau de traitement du système avec une conductivité de 100 μS. Ce changement de débit peut être interprété par erreur comme un court-circuit, mais il n’indique pas un problème dans le système.
Une faible conductivité de l’eau de source peut souvent masquer une mauvaise performance de la résine parce que les débits sont plus longs. À mesure que la conductivité augmente, elle peut causer des problèmes de performance potentiels, il est donc important de s’assurer du bon fonctionnement du déminéralisateur pour maintenir la santé du système.
Perte de résine
La perte de résine entraîne une réduction de la production d’eau, ce qui entraîne de courts cycles. Il peut être déclenché par un lavage à contre-courant à un débit trop élevé, ce qui soulève la résine et les solides hors de l’unité.
Nous recommandons de vérifier les niveaux de résine à chaque ouverture du réservoir. Les niveaux de résine doivent être environ 6 pouces sous votre distributeur régénérant (vérifiez les schémas pour confirmer la position des côtés régénérants). Si la résine est perdue, elle doit aller quelque part : vérifier où le lavage à contre-courant se décharge pour déterminer si de la résine a été perdue.
Taux saisonniers de lavage à contre-courant
La densité de l’eau varie selon la température (l’eau froide est plus dense que l’eau tiède), de sorte que les taux de lavage à contre-courant peuvent devoir changer avec les saisons. Un seul débit de lavage à contre-courant réglé pourrait priver le déminéralisateur en été ou fournir un débit excessif en hiver. Selon l’emplacement de votre installation, le débit de lavage à contre-courant idéal pour les mois d’été peut être beaucoup plus élevé que ce qui est requis pour l’hiver. Le lavage à contre-courant idéal pour la plupart des résines est une expansion du lit de 50 %.
Encrassement
Lorsque le lavage à contre-courant ne se produit pas au besoin, les solides de l’eau d’alimentation s’accumulent dans la résine, causant l’encrassement de la boue ou du limon, également connu sous le nom d’encrassement total des solides en suspension (TSS). L’encrassement peut également être causé par des problèmes avec un clarificateur en amont. En général, l’eau d’affluence vers les unités de cation ne doit pas avoir plus de 5 Ntu de TSS.
L’encrassement dans la boue peut être traité par :
- Prolonger le lavage à contre-courant ou augmenter le débit du lavage à contre-courant pour élargir le lit autant que possible sans perdre de résine.
- Récurage à l’air ou utilisation d’une lance d’air pour déloger les amas de boue dans le lit avant le lavage à contre-courant.
- Appliquer des surfactants sur la résine propre (généralement lorsque l’équipement est hors ligne).
Canalisation
L’encrassement des solides et du limon peut entraîner le canalisation, le débit préférentiel à travers une partie du lit de résine. Lorsque la boue ou le limon et les solides encrassent un lit en résine, l’eau coule à travers le chemin de la moindre résistance, créant de grands canyons ou des fissures. Un lavage à contre-courant insuffisant est une cause majeure de canalisation.
Pour tester la canalisation, effectuer une régénération manuelle et laisser l’appareil se laver à contre-courant. Après le lavage à contre-courant, sautez toutes les autres étapes de régénération jusqu’au rinçage rapide. Si la qualité de votre eau revient, votre lit a été canalisé et la résine pourrait devoir être nettoyée.
Une note rapide sur les lits rangés
Les déminéralisateurs de caisses garnies produisent une eau d’excellente qualité avec une fuite inférieure à celle des unités régénérées en concomitance. Cependant, la résine est emballée entre deux plaques dans ces récipients, ne laissant pas de place pour qu’elle se dilate pendant le lavage à contre-courant pour éliminer les solides. Les lits emballés nécessitent des réservoirs externes de lavage à contre-courant où la résine peut être retirée du réservoir de service pour être évacuée et nettoyée des solides tous les 1 à 4 mois. Si votre système n’a pas de réservoir de lavage à contre-courant, assurez-vous que votre eau d’alimentation est de haute qualité, avec un indice de densité du limon (IDS) cible inférieur à 5.
Dégradation de la résine
Dommages chimiques : La résine peut se dégrader chimiquement, causant de courtes courses et des fuites plus élevées. Si un résidu de chlore libre est transporté de l’avant de l’usine par le clarificateur jusqu’au système de déminéralisation, la résine cationique devient sensible aux dommages causés par le chlore. La déchloration de l’eau avant qu’elle n’entre dans les unités de cation est la meilleure pratique pour atténuer ce problème.
Dommages causés par la température : La résine d'anion est susceptible d'être endommagée par des températures élevées. Les résines styrènes ont une limite de température de 140 °F (pour la résine de type I) ou de 95 à 105 °F (pour la résine de type II). Les résines acryliques ont une limite de température d’environ 90 à 95 °F. Soyez conscient de ces limites et surveillez la température ambiante de l’eau d’affluent lorsque la substance caustique est chauffée pour la régénération.
Dépannage des fuites accrues
Mauvaises régénérations
Une cause majeure de courts cycles et de fuites élevées est une mauvaise régénération. Les unités sont conçues pour une quantité déterminée d’acide et d’aliment caustique. Si l’acide ou le caustique est sous-alimenté pendant une régénération, cela peut entraîner de courtes courses et des fuites plus élevées. L’acide et le caustique doivent être alimentés aux bonnes doses et concentrations.
L’acide sulfurique est généralement alimenté à 4 à 10 lb d’acide par pied cube de résine, et le caustique est alimenté à 3 à 8 lb par pied cube de résine d’anion. Les concentrations recommandées sont de 1 à 5 % pour l’acide et d’environ 4 % pour l’acide caustique.
Dépannage avec études d’élution
Les études d’élution mesurent les concentrations régénérantes à l’intérieur et à l’extérieur du vaisseau avec un hydromètre pour déterminer la concentration. Les valeurs régénérantes qui sortent du vaisseau doivent s’approcher lentement de la concentration qui entre dans le vaisseau.
Remarque importante : Lors de la mesure de l’hydromètre, la température doit également être mesurée, car elle augmentera pendant la réaction exothermique de l’acide et de la substance caustique. La lecture de l’hydromètre devra être corrigée à l’aide d’un tableau de compensation de température.
La courbe ci-dessus fournit un exemple de résultats d’étude d’élution pour une unité de cation. La ligne grise représente le pourcentage d’acide dans l’unité de cation mesuré par un conductimètre à haute plage. La ligne orange représente le pourcentage d’acide mesuré par un hydromètre, et la ligne bleue indique le pourcentage d’acide sortant du vaisseau.
Cette régénération a nécessité une étape d’acide à 3 % et une étape d’acide à 6 %. La sonde de conductivité à grande portée a montré que les concentrations d’acide cibles étaient atteintes, mais l’échantillonnage manuel par hydromètre a indiqué que l’acide était sous-alimenté d’au moins 1 % à chaque étape. Après l’étalonnage du conductimètre, l’usine a atteint des niveaux de fonctionnement appropriés.
Encrassement de dureté dans la résine de cation
L’encrassement par la dureté se produit lorsque la dureté précipite sous forme de sulfate de calcium dans le lit de résine, causant des fuites élevées et des courts cycles. Lors de l’utilisation d’acide sulfurique, il est important de porter une attention particulière à la concentration d’acide dans le système. La régénération de l’acide sulfurique fait en sorte que le calcium et le baryum de la résine réagissent avec les sulfates pour former et précipiter le sulfate de calcium (gypse). L’ajout d’acide par étapes peut prévenir les précipitations de dureté.
En commençant par une concentration d’acide plus faible, nourrissez le lit avec 1 à 2 % d’acide sulfurique pour le régénérer, puis augmentez la concentration à 2 à 5 % pour obtenir une bonne régénération sans risque de précipitation de sulfate de calcium. Les concentrations d’acide appropriées pour l’ajout d’acide par étapes doivent toujours être calculées; consultez toujours votre fabricant de résine avant de changer les concentrations d’acide.
Dépannage
Les précipitations de sulfate de calcium apparaîtront sous forme de flocons blancs et enneigés dans l’échantillon de sortie d’acide. Cela indique l’une des deux choses suivantes :
1. Le débit de dilution est trop lent, ou
2. La première étape de l’injection d’acide est trop élevée (dureté potentielle encrassée dans le lit de résine)
Encrassement organique
L’encrassement organique est un problème courant pour les déminéralisants, en particulier dans les systèmes qui utilisent de l’eau de surface pour le maquillage. Il provoque de longs temps de rinçage des anions et des cycles plus courts.
Dépannage avec les études d'élution de l'anion
Si vous soupçonnez que votre système est encrassé de matières organiques, surveillez la couleur de la sortie pendant l’injection caustique. S’il s’assombrit en une couleur semblable à celle du thé, s’approchant de 8 à 12 sur l’échelle VCS, la résine d’anion est probablement encrassée organiquement.
Qu’est-ce qui cause l’encrassement organique?
Les eaux de surface sont chargées de tanins et de lignines, qui sont des molécules d’acide organique à longue chaîne. Charge négative, ces molécules se comportent comme des anions dans l’eau d’alimentation et se fixent à la résine d’anion. Une fois liées à des groupes fonctionnels chargés positivement sur la résine anionique, les molécules à longue chaîne sont enveloppées dans la résine et bloquent d’autres sites d’échange ionique.
Lorsque du caustique est ajouté pendant la régénération, les ions sodium se lient aux sites restants sur les molécules de chaîne organique chargées négativement. Ceux-ci s’élueront lentement pendant le rinçage rapide et prolongeront les temps de rinçage. Par conséquent, de longs temps de rinçage sont également un bon indicateur d’encrassement organique.
Remarque : L’élimination des matières organiques de la résine d’anion ne sera pas efficace à 100 %. Généralement, le pourcentage de matières organiques restantes dans la résine de type I est de 70 %. Au fil du temps, ces matières organiques s’accumulent et une pression de saumure caustique devra être effectuée pour les éliminer.
Traitement de l’encrassement organique : Comprimé de saumure caustique
Une compression de saumure caustique est une méthode préventive pour l’encrassement organique de résine d’anion.
Pour l’eau d’affluent avec des matières organiques élevées, comme l’eau de rivière, une pression de saumure caustique peut être nécessaire au moins 2 à 4 fois par an.
Procédure de compression de saumure caustique
(Il s’agit d’un bref aperçu de la procédure; consultez votre fournisseur de traitement de l’eau avant d’effectuer une compression de saumure caustique pour vous assurer que toutes les mesures nécessaires sont prises.)
1. Injecter de 2 à 3 % de caustique à 95 °F pendant 20 minutes, puis rincer le caustique de l’unité
2. Injecter avec 8 à 10 % de saumure ou de chlorure de sodium et faire tremper la résine pendant 40 minutes
3. Répétez ce processus jusqu’à ce que la couleur de la solution de nettoyage devienne une couleur semblable à celle du thé
Encrassement au fer
Le fer peut encrasser la résine cationique, ce qui entraîne de courtes courses. Des concentrations élevées de fer associées à l’utilisation d’eau de puits, de chlorure ferrique ou de sulfate ferrique peuvent entraîner des précipitations de fer dans le lit de résine. L’encrassement au fer est assez facile à détecter avec une évaluation d’échantillon de résine hors site. Les échantillons doivent être prélevés chaque fois qu’un vaisseau est ouvert et au moins une fois par an.
Les systèmes encrassés de fer peuvent être traités avec des nettoyants pour fer tels que le RL2016 de ChemTreat.
Encrassement coagulant
Les coagulants qui peuvent encrasser la résine cationique comprennent DADMAC ou des coagulants organiques comme la polyamine. Les coagulants organiques ont une charge positive élevée et un poids moléculaire élevé. La charge positive se fixera à la résine cationique et se liera, essentiellement de façon irréversible. La posologie de DADMAC doit être strictement contrôlée, car l’encrassement de DADMAC est également souvent irréversible et la suralimentation peut encrasser la résine cationique en aval.
L’encrassement DADMAC provoque un effet de sac en plastique, comme si un sac en plastique était coincé dans la résine, empêchant les ions plus gros de se déplacer à travers le lit et causant des fuites de dureté. Si l’encrassement du coagulant est soupçonné, le test de coloration au bleu de méthylène peut être effectué sur un échantillon envoyé hors site. L’analyse de laboratoire hors site évaluera si la résine absorbe le colorant, ce qui indiquerait l’encrassement du coagulant.
Inspections internes des navires
Il est recommandé d’inspecter l’intérieur des navires chaque année. Lors de ces inspections, un échantillon de résine de base doit être prélevé et les éléments suivants doivent être notés :
Doublure intérieure
- Est-il intact? Ou est-il fissuré ou ébouriffé?
- Y a-t-il de la boue ou de l’encrassement biologique?
- Y a-t-il un revêtement brun (fer) ou blanc (calcium) à l’intérieur?
Distributeurs
- Les représentants latéraux et les distributeurs sont-ils uniformes?
- Les orientations des orifices de pulvérisation sont-elles correctes?
- Les emballages de l’écran sont-ils intacts?
- La corrosion se produit-elle?
Le dessus du lit en résine
- Les solides sont-ils évidents et présents?
- Y a-t-il un canal dans le lit?
- Y a-t-il des substances huileuses sur le lit?
- Marquer la hauteur de la résine; la résine doit-elle être ajoutée?
La forme du lit a-t-elle un dessus plat et uniforme?
Problèmes de décarbonateur
Les décarbonateurs ont tendance à être négligés plus souvent que les déminéralisateurs. Ces systèmes éliminent le CO2 et le H2S et, s’ils fonctionnent mal, ils causent de courts cycles. Si un problème de décarbonateur est soupçonné, vérifier les concentrations de CO2 à l’intérieur et à l’extérieur de l’unité pour déterminer l’efficacité de l’élimination du CO2.
Les décarbonateurs agissent comme des épurateurs d’air géants. Si leurs filtres tombent en panne ou attirent de l’air sale, ils peuvent contribuer à l’encrassement de l’anion en aval. D'autres problèmes peuvent inclure une mauvaise distribution de pulvérisation, un débit d'air incorrect et un élément de presse-étoupe affaissé ou biologiquement encrassé.
Trois choses à rechercher lors du dépannage des problèmes de lit mixte
Les lits mélangés doivent être rincés à environ 0,1 ou 0,2 μS en une heure. Un temps de rinçage plus long indique un problème avec le système. Dans ces cas, il y a trois choses principales à vérifier.
1. Séparation incomplète de la résine cationique et anionique après lavage à contre-courant : Il doit y avoir une séparation claire et nette entre les deux résines. Si la séparation est mauvaise, une contamination croisée peut se produire pendant la régénération, ce qui prolonge le temps d’arrêt du rinçage.
2. Mauvaise étape de mélange : Le débit d'air pendant l'étape de mélange doit être violent et atteindre le débit d'air cible.
3. Échec du drainage : Le lit doit être vidangé avant le mélange au niveau approprié. Si la vidange est trop élevée ou trop basse, un bon mélange ne se produira pas.
Besoin d’aide pour le dépannage de vos déminéralisateurs?
ChemTreat est là pour vous aider à dépanner vos déminéralisateurs et les systèmes d’eau associés. Nous pouvons vous aider à analyser la résine, et nos experts techniques et notre équipe locale peuvent cerner les problèmes et créer un plan de traitement qui convient le mieux aux besoins de votre établissement.
Comme pour toutes les autres technologies, une diligence raisonnable est nécessaire pour déterminer la faisabilité de l’utilisation de ces méthodes. Il est toujours important de consulter les manuels et guides de votre équipement et de demander conseil à votre représentant local du traitement de l’eau pour répondre à vos besoins spécifiques.
