Principe de la désalcalinisation (dealkalization)
La désalcalinisation de l’eau est généralement demandée dans les procédés de production d’eau pour les équipements de chauffage et de refroidissement (domaine du HAVC). Il s’agit du traitement de l’eau pour l’alimentation des tours de refroidissement, et surtout pour alimenter les chaudières.
Elle consiste à extraire l’alcalinité de l’eau, donc directement ou indirectement les carbonates et bicarbonates, pour réduire la corrosion par l’acide carbonique ou prévenir la précipitation des carbonates dans les équipements de chauffage ou de distribution d’eau chaude.
Procédé courant : désalcalinisation par résine cationique faible
Désalcalinisation signifie enlèvement de l’alcalinité. L’alcalinité de l’eau étant liée à la présence d’ions carbonate (CO32-), bicarbonate (HCO3–) et hydroxydes (OH–), ces ions étant tous négatifs, on ne s’attendait pas à ce que la désalcalinisation puisse être réalisée avec des résines cationiques. C’est pourtant très souvent le cas. La désalcalinisation est couramment réalisée avec des résines cationiques faibles. Ces résines se différentient des résines cationiques fortes du fait qu’elles captent seulement les cations associés à l’alcalinité. Ces cations sont le calcium et le magnésium (en l’occurence) qui assurent la dureté temporaire de l’eau. Les résines cationiques de désalcalinisation enlèvent la dureté temporaire de l’eau.
Voici comment ça se passe :
Dans l’eau les carbonates et bicarbonates sont en équilibre (ou liés à des ions calcium, magnésium, etc.). On a lors des espèces CaCO3 ou Ca(HCO3)2 pour ne prendre que cet exemple.
Les résines cationiques faibles sous leur forme acide vont capter le calcium suivant la réaction :
2 R-H + Ca++(HCO3–)2 —— R2-Ca + 2 H+ + 2 HCO3–
Les protons se lient au bicarbonate pour former de l’acide carbonique puis du CO2 suivant la réaction:
H+ + HCO3– ——- CO2 + H2O
Le CO2 dans l’eau doit être éliminé par une dégazification.
Cette méthode permet de diminuer la dureté temporaire et la salinité. La dureté temporaire étant la teneur de l’eau en carbonates et bicarbonates de Calcium et de magnésium.
Ce type de désalcalinisation peut être défini comme un procédé de traitement dans lequel les cations polyvalents liés au bicarbonate vont être retenus par les résines cationiques faibles.
Désalcalinisation par résine anionique forte
La désalcalinisation peut aussi se faire à l’aide de résines anioniques fortes, notamment celles de type II. Ce processus est appelé « salt splitting process ». Il s’agit d’une extraction directe des ions carbonates et bicarbonates par la résine. Ce type de désalcalinisation est efficace lorsqu’il y a un système d’adoucissement en amont qui aura enlevé les ions calcium et magnésium sinon, la désalcalinisation par une résine cationique faible devra être préférée.
La désalcalinisation par résine anionique forte se fait selon les réactions suivantes :
R+Cl– + NaHCO3 —- R+HCO3– + NaCl
2R+Cl– + Na2SO4 —– 2R+ SO42- + 2 NaCl
Le fait que l’eau soit adoucie auparavant, les carbonates et bicarbonates sont liés au sodium.
Les résines anioniques fortes utilisées pour la désalcalinisation sont généralement régénérées au chlorure de sodium. Pour augmenter la capacité de la résine (donc réduire la fuite d’alcalinité), on ajoute de l’hydroxyde de sodium lors de la régénération pour transformer une partie du bicarbonate en carbonate, mais là encore, cela pourrait entrainer une précipitation de carbonate de calcium ou d’hydroxyde de magnésium et entrainer une fuite d’alcalinité. Ce n’est pas le procédé de désalcalinisation le plus simple et le plus efficace.
Les résines anioniques fortes de type II comme Purolite A300, Aldex SB-II et Resintech SBG2-HP, pour ne citer que celles-là, sont souvent utilisées pour la désalcalinisation.
Références
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Dowex: http://msdssearch.dow.com/PublishedLiteratureDOWCOM/dh_0885/0901b80380885879.pdf?filepath=liquidseps/pdfs/noreg/177-01766.pdf&fromPage=GetDoc