Entartrage et antitartre

L'entartrage signifie le dépôt de particules sur la membrane, causant un bouchage. Sans certains moyens d'inhibition de tartre, les membranes d'osmose inverse (RO) s'entarteront à cause de la précipitation de certains sels, tels que le carbonate de calcium, le sulfate de calcium, le sulfate de baryum et du sulfate de strontium. La plupart des eaux naturelles contiennent une concentration relativement élevée en ions calcium, sulfate et bicarbonate.

Dans les opérations de dessalement par membrane à forts taux de recouvrement, les limites de solubilité de gypse et de calcite excèdent les niveaux de saturation menant à la cristallisation à la surface des membranes. Le blocage dû au tartre a pour conséquent le déclin perméable de flux, la réduction de l'efficacité du procédé et l'augmentation des coûts de fonctionnement.
Les effets du tartre sur le taux de perméation des systèmes par RO sont illustrés sur la figure suivante. Après une période d'induction, le débit diminue rapidement. La durée de ces périodes varie avec le type de tartre et le degré de super saturation des sels solubles.

Comme il est montré sur le graphe, la période d'induction pour le carbonate de calcium est plus courte que celle pour les tartres de sulfate, tel que le sulfate de calcium. Il est économiquement préférable d'empêcher la formation de tartre, même s'il existe des nettoyants efficaces. Le tartre provoque souvent un colmatage des éléments d'un système d'osmose inverse, rendant le nettoyage difficile et très long. Il y a également un risque que l'entartrage endommage la surface des membranes.

Il y a trois méthodes couramment employées pour contrôler le tartre::

• l'acidification
• l'adoucissement par échange d'ions
• l'addition d'antitartre.

Acidification: l'addition d'acide détruit les ions carbonate, éliminant un des réactifs nécessaire pour la précipitation du carbonate de calcium. Ceci est très efficace pour empêcher la précipitation du carbonate de calcium, mais inefficace pour empêcher les autres types de tartres. De plus, d'autres désavantages incluent la corrosivité de l'acide, le coût des réservoir et des équipements de surveillance et le fait que l'acide abaisse le pH du perméat d'osmose inverse.

Adoucissement par échange d'ion: cette méthode utilise le sodium qui est mis à la place des ions magnésium et calcium, concentrés dans l'eau d'alimentation du RO. Les équations chimiques de cette échange sont:

Ca²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + CaZ₂
Mg²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + MgZ₂

(NaZ représente la résine d'échange de sodium).
Lorsque tous les ions sodium ont été remplacés par des ions calcium et magnésium, la résine doit être régénérée avec une solution saumure. L'adoucissement par échange d'ions évite le besoin continu d'acide et d'antitartre dans l'alimentation.

Antitartres: ce sont des matériaux de tensio-actif qui interfèrent avec les réactions de précipitation selon trois voies principales:

• Inhibition d'effet de seuil: c'est la capacité d'un antitartre de maintenir la solubilité d'une substance au-delà de ses limites normales.
• Modification cristalline: c'est la propriété des antitartres de tordre les formes cristallines, ayant pour résultant la formation de tartre non-adhérent. Pendant que le cristal commence à se former au niveau ultramicroscopique, des groupes négatifs localisés sur la molécule d'antitartre attaquent les charges positives des noyaux interrompant ainsi l'équilibre électronique nécessaire au développement du cristal. Lorsqu'ils sont traités avec des modificateurs de cristal, les cristaux de tartre semblent distordus, généralement de forme ovale, et moins compacts.
• Dispersion: la dispersion est la capacité de certains antitartres à absorber les cristaux ou les particules colloïdales et de donner une charge anionique élevée, qui tend à maintenir les cristaux séparés. La charge anionique élevée sépare aussi les particules des charges anioniques fixées présents sur la surface des membranes.

Mécanisme d'effet de seuil

Dispersion

Des procédures de calcul existent pour prévoir la probabilité d'entartrage. L'utilisation de ces indicateurs dépend de l'analyse de l'eau et de la connaissance des paramètres de conception du système. Les ions contenus dans l'eau d'alimentation se concentrent dans le système RO, le point de maximum potentiel d'entartrage est la vapeur concentrée. Le type et la dose d'antitartre est ainsi basée sur une analyse minérale à ce point.
Il est important de trouver l'optimisation du traitement par antitartre en respectant le type et le dosage, en identifiant l'antitartre adéquat à utiliser et le type de dosage en relation avec le niveau de super saturation.

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Analyse économique

L'addition d'acide n'est pas très rentable en raison du coût d'acide, de réservoirs et d'équipements de surveillance. A moins de l'éliminer par dégazéification, l'excès de dioxyde de carbone contenu dans le perméat des systèmes d'alimentation d'acide augmente le coût de la régénération de l'échangeur d'ions.
Les antitartres sont des produits relativement peu couteux et n'ont pas de coûts additionnels.
En le comparant aux traitements par acide ou par antitartre, le principal désavantage de l'adoucissement sont les frais dépensés dans l'équipement. A travers différentes analyses, il n'y a pas de niveau de dureté pour lequel l'adoucissement est plus économique que l'addition d'antitartres.
Le tableau suivant donne un comparatif des coûts entre un adoucisseur et les options de traitement antitartre pour différents niveaux de dureté, sur la base d'un adoucisseur de RO conçu pour produire 17 m³/h (75 gpm) de perméat à un taux de recouvrement de 75%.

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