Bien que le prétraitement joue un rôle essentiel dans l’efficacité du système d’osmose inverse (OI), la chimie et les constituants présents dans l’eau d’appoint sont tout aussi importants pour la santé globale du système.
Cet article traite des caractéristiques des différentes sources de maquillage et décrit les processus d’analyse de l’eau d’appoint OI.
Poursuivez votre lecture pour :
- Examinez les différents types de sources d’eau d’appoint.
- Explorez l’impact des minéraux, des matières organiques, de la croissance microbiologique et d’autres constituants sur les systèmes d’osmose inverse.
- Découvrez quelques pratiques exemplaires pour maintenir l’efficacité du système OI.
Sources d’eau d’appoint : D’où vient l’eau?
Pour comprendre les vulnérabilités potentielles d’un système OI, il est important de connaître sa source d’eau d’appoint.
Les fabricants d’OI suggèrent généralement des systèmes de nettoyage tous les 3 à 4 mois; pourtant, dans de nombreux cas, les systèmes d’OI nécessitent des nettoyages plus fréquents. C’est, en partie, en raison des différences dans l’eau provenant de diverses sources d’appoint et, plus important encore, de la performance de l’équipement de filtration en amont. Le prétraitement est un élément clé d’une OI fiable et efficace.
La qualité de l’eau d’appoint est très importante. Toute imperfection dans l’eau peut entraîner de l’encrassement, de l’entartrage et de la corrosion si elle n’est pas traitée correctement.
Eau de surface
L’eau de surface provient de sources telles que :
- Rivières
- Lacs
- Réservoirs
- Canaux
Généralement, toutes les eaux de surface contiennent des niveaux fluctuants de particules en suspension et colloïdales, de matières organiques, d’activité microbiologique et de turbidité. Si la source d’appoint est une rivière, par exemple, la clarté ou la turbidité changera en fonction de la pluie et du ruissellement terrestre.
L’eau de surface contient des particules en suspension et colloïdales, qui passeront à travers un filtre à cartouche de 5 microns dans l’OI, augmentant ainsi les changements de pression (ΔP). Cela peut entraîner l’encrassement de l’OI pendant la première étape. Il est recommandé à ce stade de procéder à une analyse de la taille des particules de l’eau d’appoint et de la sortie du boîtier du filtre à cartouche.
Eau de puits
Une autre source de maquillage est l’eau de puits.
- Les puits peu profonds sont généralement situés entre 40 et 150 pieds sous la surface.
- Les puits profonds peuvent être trouvés à une distance de 600 à 1 000 pieds sous la surface.
En général, plus le puits est profond, plus l’eau est propre. Les puits profonds ont des températures plus constantes, et l’eau extraite de ces puits contient souvent des niveaux plus faibles de bactéries, colloïdaux, organiques et particules en suspension.
Eau grise
L’eau grise fait généralement référence aux eaux usées tertiaires destinées à une réutilisation municipale et industrielle.
Au cours des dernières années, la pénurie d’eau a fait de l’eau grise une source plus populaire de maquillage. Au lieu d’utiliser l’eau de surface, de nombreuses municipalités utilisent maintenant l’eau grise des centrales électriques, des usines chimiques et des raffineries pour leurs processus.
Bien que l’utilisation des eaux grises ait gagné en popularité, elle comporte des défis de traitement uniques. L’eau grise a généralement une grande quantité de charge organique, d’ammoniac et de phosphates, tandis que son faible résidu de chlore est rarement suffisant pour éliminer le microbio.
Comment maintenir l’efficacité de l’OI avec l’analyse de l’eau d’appoint
L’essai de l’indice de densité du limon (SDI) est une pratique exemplaire pour l’analyse de la composition de l’osmose inverse, car il mesure la capacité d’encrassement de l’eau utilisée dans l’osmose inverse.
Les tests SDI sont effectués sur place avec une trousse SDI. Le test nécessite un flux d’appoint constant à 30 psi. Ce flux passe à travers un tampon filtrant de 0,45 micron à un volume connu pendant 15 minutes pour calculer le SDI.
Généralement, les fabricants d’OI recommandent un SDI de 5 ou moins, mais beaucoup indiquent maintenant qu’un minimum de 3 est nécessaire pour une bonne performance d’OI.
Dans la plupart des cas, plus le SDI est bas, mieux le système fonctionnera. C’est une bonne idée de conserver les blocs SDI pour référence historique.
Ajout de produits chimiques en amont à l’appoint d’eau de surface
L’utilisation de l’eau de surface comme source d’appoint nécessite que les établissements mettent en œuvre un processus de clarification pour éliminer la turbidité ou un processus d’adoucissement à la chaux froide pour réduire la dureté, l’alcalinité et la turbidité.
Quel que soit le processus mis en œuvre, le traitement comprendra des produits chimiques coagulants et/ou floculants.
Coagulants
Les coagulants ont l’une des trois bases suivantes :
- Aluminium
- Fer
- Biologique
La quantité de coagulant alimentée au système varie grandement en fonction de la source d’eau de surface.
Un bon exemple est la rivière Mississippi, qui coule du nord au sud. Au sommet de la rivière dans le Minnesota, le niveau de turbidité de l’eau est faible, donc l’alimentation en coagulant sera dans une plage de parties basses par million (ppm).
Alors qu’il se déplace vers le sud, le Mississippi rencontre les rivières du Missouri, de l’Illinois et de l’Ohio. Ces confluences mènent à la formation de turbidité, de sorte que les plantes de traitement de l’eau le long de la rivière alimentent leur système en quantités plus élevées de coagulant pour s’ajuster à une turbidité plus élevée.
Floculants
Les floculants jouent également un rôle important dans la réduction de la turbidité. Ils peuvent être cationiques, anioniques ou non ioniques. Les floculants sont généralement dosés à moins de 2 ppm, il est donc important de surveiller la façon dont les floculants sont ajoutés à votre système.
Les défis du traitement coagulant et floculant
Bien que les coagulants et les floculants soient bénéfiques pour produire la qualité d’eau finie désirée, ils peuvent tout de même être préjudiciables à la santé globale de la membrane OI.
Contrairement aux membranes OI légèrement chargées négativement, les coagulants sont chargés cationiquement, ce qui peut provoquer des changements de pression. S’il y a un pic rapide de ΔP pendant la première étape, il est prudent de rechercher un problème de coagulant. Les niveaux de coagulant peuvent ne pas avoir été ajustés pour correspondre aux changements de turbidité, ce qui peut entraîner une suralimentation en coagulant.
Dans ces cas, le coagulant commence à reposer sur la membrane et à saisir les microbios, les particules et les colloïdaux. Lorsque les bactéries chargées négativement rencontrent le coagulant chargé positivement, le coagulant continue de saisir de plus en plus de microbios.
Dans certains cas, des niveaux extrêmes de polysaccharides dans le microbio peuvent causer un effet de « papier volant », ce qui entraîne la capture de matières microbiologiques solides en suspension et colloïdales de l’eau. Cela peut encrasser la membrane.
Si la membrane OI n’est pas nettoyée correctement, les problèmes de coagulant peuvent entraîner la formation d’espace.
Une fois que les écarts se forment à l’intérieur d’une membrane OI, ils sont très difficiles à enlever. Par conséquent, il est important de surveiller les niveaux de microbio dans l’eau d’appoint lorsqu’elle pénètre dans le système.
De plus, si une usine utilise l’eau de la ville pour l’appoint, il est recommandé que le personnel de l’installation communique avec la municipalité et demande quel type de coagulant a été utilisé en amont.
L’impact des minéraux sur l’eau d’appoint
Il est également important de connaître le contenu minéral de l’eau d’appoint.
Les minéraux peuvent être divisés en deux sous-groupes distincts : des cations et des anions.
Des exemples de chacun sont inclus ci-dessous :
| Cations | Anions |
|---|---|
| Calcium | Alcalinité totale |
| Magnésium | Chlorures |
| Sodium | Sulfates |
| Potassium | Nitrates |
| Baryum | Fluorure |
| Strontium | Orthophosphate |
| Aluminium | Silice |
| Fer | |
| Manganèse |
L’analyse de la teneur en minéraux de l’eau d’appoint est une étape essentielle pour déterminer le type d’antitartre OI à utiliser et le taux de récupération en pourcentage de l’OI.
Parmi les cations, le baryum, l’aluminium, le fer et le manganèse sont particulièrement importants à surveiller. Les niveaux de chacun ne doivent généralement pas dépasser 0,05 ppm (50 ppm).
L’aluminium peut être particulièrement problématique. Il est généralement alimenté en coagulant pour réduire la turbidité, mais un excès d’aluminium peut entraîner l’encrassement de l’OI, ce qui peut être difficile à traiter avec un antitartre.
Les anions suivants : l’alcalinité totale, l’orthophosphate, le fluorure et la silice peuvent également devoir être surveillés de près. L’eau grise est particulièrement sujette à l’excès de phosphates.
La fréquence de test recommandée pour les minéraux dans le maquillage est :
- Tous les deux mois pour les sources d’eau de surface
- Trimestriel pour l’eau de puits
- Mensuellement pour les eaux grises
En général, le phosphate de calcium, le sulfate de calcium et le sulfate de baryum peuvent tous être traités avec un antitartre, tandis que l’aluminium, le fer et le manganèse peuvent être un peu plus difficiles à traiter.
Autres paramètres de test importants
pH
Une fois le pH et l’alcalinité totale connus, la quantité de dioxyde de carbone libre (CO2) peut être calculée.
Puisqu’il s’agit d’un gaz, le CO2 passe à travers la membrane OI, ce qui peut entraîner une réduction du pH dans l’eau filtrée.
Comme le CO2 n’est pas détecté par un conductimètre, il peut s’écouler en aval du lit mélangé et entraîner une grande quantité de charge cachée. Cela pourrait nécessiter un remplacement plus fréquent du lit mixte.
Conductivité
Le calcul de la conductivité donne une idée du nombre d’ions présents dans l’eau. Par exemple, une conductivité élevée (300 à 500 μS) peut indiquer que les niveaux de dureté et d’alcalinité se situent dans la plage, mais il peut encore y avoir un nombre élevé de chlorures ou de sulfates dans l’eau. Une conductivité élevée peut également suggérer qu’une plus grande quantité de perméat se déplace en aval de l’adoucisseur ou d’une autre unité d’échange d’ions.
Carbone organique total (biologique)
Les eaux de surface sont reconnues pour avoir des niveaux élevés de matière organique, qui est mesurée comme carbone organique total (COT). Pour l’eau d’alimentation RO, la limite de TOC est de 3 ppm.
- Le COT peut être naturel ou synthétique :
- Biologiques naturels
- Tanin, lignine, humicide, etc.
- Généralement de couleur jaunâtre à brunâtre
- Excellente source de nutriments pour les bactéries
- Matières organiques synthétiques
- Provenant souvent de produits chimiques de ruissellement agricoles
- Peut avoir un effet d’encrassement plus important sur les membranes OI que sur les composés organiques naturels
- Biologiques naturels
Les matières organiques dont le poids moléculaire est de 150 à 200 ppm et plus sont rejetées par l’OI; cependant, un certain pourcentage de matières organiques en dessous de ce poids moléculaire passera à travers l’OI dans l’eau filtrée.
Température
La température affecte le débit de perméation. Des températures plus froides resserrent les pores de la membrane, diminuant ainsi le débit. L’eau plus chaude déloge les pores, ce qui permet à plus de solides dissous totaux (SDT) ou d’ions de passer.
Les orthophosphates dans l’eau grise ou le calcium dans les flux d’appoint industriels peuvent former du phosphate de calcium (un dépôt semblable à une boue) à la dernière étape de l’OI à mesure que l’eau se réchauffe.
La solubilité de la silice et le flux, d’autre part, diminuent à mesure que la température de l’eau diminue, et vice versa.
Chlore
Le chlore dégrade les membranes OI et doit être éliminé avec du bisulfite de sodium non catalysé ou un système de filtration au carbone actif. Si un métal transitoire, comme le fer, le manganèse ou le cobalt, est présent dans un système contenant du chlore, le taux de dégradation de la membrane est accéléré.
Souvent, les lits en carbone actifs sont jumelés à un programme de biocide. Les deux plus couramment utilisés dans l’industrie sont le DBNPA et l’isothiazoline. Ces biocides aident à atténuer l’activité microbiologique sur les surfaces de la membrane et l’entretoise d’eau d’alimentation, où les bactéries sont facilement fixées, réduisant ainsi le potentiel des bactéries entrant dans le système et se nourrissant des matières organiques.
Le chlore est généralement mesuré à l’aide d’un appareil de mesure en ligne ORP ou d’un analyseur de chlore avant d’entrer dans l’OI. C’est une bonne pratique de tester le chlore à l’eau en plus d’utiliser des instruments en ligne.
Turbidité
La turbidité inférieure à 0,5 Ntu est une bonne cible pour l’eau d’appoint, mais une faible turbidité n’indique pas nécessairement la réduction du potentiel d’encrassement; les tests SDI fournissent des informations plus fiables.
S’il est soupçonné que des particules colloïdales pénètrent dans l’osmose inverse, faites fonctionner un tampon SDI jusqu’à ce qu’il soit branché et envoyez-le au laboratoire pour une analyse au microscope électronique de balayage. Ce test indiquera les caractéristiques des éléments atomiques sur le tampon SDI, fournissant un aperçu de ce qui encrasse l’osmose inverse.
Demande chimique en oxygène (COD)
Le COD se trouve dans l’eau grise ou la réutilisation industrielle et peut être une source de nutriments majeure pour le microbio.
Une plage de DCO de 8 à 10 mg/L est une bonne indication que la source d’appoint aura un faible potentiel d’encrassement dû à la DCO.
Questions microbiologiques
Deux types de bactéries peuvent être présents dans les osmose inverse : aérobie et anaérobie.
Bactéries aérobies
Classé par deux types : planctonique et sessile
- Planctonique : natation gratuite
- Sessile : slime biologique mature
Les bactéries Sessiles se développent lorsque les bactéries aérobies sont autorisées à se multiplier et à commencer à adhérer aux surfaces de la tuyauterie et de la membrane. Cela se traduit par l’effet de « papier volant » susmentionné.
La meilleure pratique consiste à maintenir le microbio à 100 Cfu/ml dans l’eau d’alimentation et à 1 000 Cfu/ml dans le rejet de l’OI.
Bactéries anaérobies
- Généralement présent dans les OI utilisant du maquillage gris ou industriel.
- Les bactéries ferriprives, dénitrifiantes et sulfatantes sont des indications solides que le biofilm mature s’est complètement développé et que le contrôle microbiologique a été compromis.
Gaz
Sulfure d’hydrogène (H 2S)
Normalement, le H2S se trouve dans les puits et est remarquable pour sa forte odeur d’œuf pourri. S’il est oxydé ou exposé à l’air, le H2S peut former du soufre élémentaire dans la membrane de plomb, entraînant un blocage potentiel. Pour maintenir l’efficacité du système, le niveau maximal de H2S dans l’eau d’alimentation RO est < 0,1 ppm.
Le sulfure d’hydrogène doit être testé sur place.
Pour tester le H2S, remplissez une bouteille d’eau à mi-chemin avec de l’eau d’appoint, ajoutez quelques gouttes d’acide chlorhydrique dans la bouteille, secouez, retirez le bouchon et sentez. Si du sulfure d’hydrogène est présent dans l’eau, l’odeur sera apparente.
Dioxyde de carbone (CO 2)
Comme mentionné précédemment, plus l’alcalinité est faible, plus la teneur en CO2 est élevée. Heureusement, le CO2 ne joue pas un rôle actif dans l’entartrage ou l’encrassement de l’OI. Il passe directement dans l’eau filtrée.
Il est important de surveiller le pH et l’alcalinité, car ils fournissent une indication de la quantité de CO2 qui circule à travers la membrane OI. Des quantités élevées de CO2 peuvent placer une grande charge sur l’anion de base fort et le lit mixte.
Ammoniac (NH 3)
L’ammoniac se trouve généralement dans les flux de maquillage gris ou industriels.
À un pH inférieur à 8,5, 90 % ou plus de l’ammoniac est sous sa forme ionique de NH4– et sera rejeté dans l’OI comme un ion monovalent. Au-dessus du pH 9,5, l’ammoniac devient gazeux.
Lorsqu’elle est mélangée avec du COT ou des phosphates, l’ammoniac devient un aliment approprié pour les bactéries.
Pour vérifier la présence d’ammoniac, prélever un échantillon d’eau, ajouter quelques gouttes de produit caustique à 50 % et secouer l’échantillon. Si de l’ammoniac est présent dans l’eau, l’odeur forte sera apparente.
Un résumé des sources d’eau d’appoint OI et des techniques d’analyse
Eau de surface
Lors de l’utilisation d’eau de surface pour le maquillage, il est recommandé de tester le microbio, les matières organiques, les solides en suspension et les matières colloïdales. Les changements de saison et les changements de conditions météorologiques peuvent causer des fluctuations rapides des niveaux de ces composants, il est donc important de les tester fréquemment.
Eau de puits
Bien que la qualité de l’eau de puits soit généralement considérée comme constante, des tests semestriels sont recommandés, car elle peut avoir des niveaux élevés de minéraux et de sulfure d’hydrogène ainsi que certaines bactéries.
Eau grise
Divers encrassements dans les eaux grises peuvent causer des problèmes dans les systèmes d’OI, des tests fréquents sont donc recommandés. Il est important de tester la présence de bactéries et de laver régulièrement le boîtier du filtre à cartouche.
L’importance de tester l’eau d’appoint OI
Quelle que soit la source d’eau d’appoint, nous recommandons d’établir les tendances en matière de chimie de l’eau et d’autres constituants et de conserver les tendances au dossier. Ces données peuvent aider au dépannage en cas de problèmes d’OI.
Comme pour toute technologie, la diligence raisonnable est importante pour déterminer la faisabilité de l’utilisation des méthodes décrites ici. Consultez toujours les manuels de votre équipement et demandez conseil à votre représentant du traitement de l’eau pour répondre aux besoins spécifiques de l’usine.
