Adoucisseur d’eau par électrolyse

Adoucisseur d'eau | 0 commentaires

Written by Groupe 2

11 novembre 2021
L'adoucisseur d'eau par électrolyse

Comment choisir un adoucisseur d’eau par électrolyse ?

Les propriétaires et les gestionnaires d’entreprise intelligents comprennent que l’innovation est essentielle à la longévité et à la prospérité de l’entreprise. Dans une entreprise de services de traitement de l’eau prospère, il est impératif de comprendre, de déployer et de maintenir des technologies de pointe pour aider à fournir aux clients une eau de meilleure qualité.

Alors que les tentatives malavisées d’interdiction des adoucisseurs d’eau se multiplient et que l’accent est mis sur la réduction de notre impact net sur l’environnement, la nécessité de technologies d’amélioration de la qualité de l’eau plus respectueuses de l’environnement devient évidente.

Les fabricants progressistes ont déployé des technologies telles que le saumurage fractionné, les technologies de capteurs à deux réservoirs et d’autres innovations qui réduisent considérablement la consommation de sel pour l’adoucissement de l’eau afin de répondre efficacement à ces préoccupations. Alors que notre industrie continue à documenter et à prouver que l’adoucissement par échange d’ions à base de sel a un impact positif sur l’environnement, nos clients réclament de plus en plus fort des solutions sans sel à leurs problèmes d’eau dure.

L’adoucissement sans sel a été le « Saint Graal » de l’industrie du traitement de l’eau pendant un certain nombre d’années. Les critères de performance des systèmes d’adoucissement sans sel sont doubles :

Le dispositif doit être capable de fournir un niveau de dureté de l’effluent <= 1gpg (17,4 ppm).

Le dispositif ne doit pas utiliser de sel (sodium ou potassium) dans le processus d’adoucissement de l’eau ou lors de son nettoyage/régénération.

Actuellement, les seules technologies d’adoucissement sans sel pratiques et efficaces sont les séparations par membrane et l’élimination électrolytique des ions de dureté. Le but de cet article est de présenter brièvement certaines technologies d’électrolyse et leur potentiel d’utilisation dans les applications résidentielles.

L’utilisation d’une technologie d’électrolyse par rapport à l’échange d’ions traditionnel présente de nombreux avantages :

Fonctionnement simple et constant

Pas de produits chimiques de régénération

Peu ou pas de pièces mobiles

Fonctionnement uniforme à des pressions d’eau et des compositions chimiques de l’eau variables.

L’électrodéionisation (EDI) est un concept tout simplement génial : L’eau contenant des impuretés ioniques passe dans une chambre de déionisation qui contient une résine anionique, une résine cationique et deux électrodes, chacune séparée par des membranes semi-perméables de polarité alternée.

Les électrodes attirent les ions de manière unidirectionnelle à travers les résines et hors du flux d’eau d’alimentation, qui devient alors purifié. Un flux concentré d’ions et d’eau éliminés est évacué en continu vers le drain. Comme les électrodes sont continuellement alimentées, l’électrolyse libère les ions hydrogène et hydroxyle de l’eau purifiée, donnant des ions régénérateurs aux résines et permettant au processus de continuer indéfiniment.

L’EDI est utilisée avec succès depuis de nombreuses années comme une alternative efficace à la déionisation acide/alcaline.  L’EDI est particulièrement sensible aux sédiments, à la silice, au chlore et à la dureté du carbonate de calcium, qui interfèrent tous avec la capacité du dispositif à nettoyer l’eau. La technologie traditionnelle de l’EDI n’est donc généralement pas adaptée à une utilisation comme dispositif d’adoucissement. L’EDI est le tremplin technologique qui a permis aux inventeurs de développer d’autres technologies plus appropriées pour l’adoucissement résidentiel sans sel.

La déionisation capacitive (CDI) utilise des électrodes séparées par le flux d’eau brute. Lorsque les électrodes sont chargées en courant continu, elles attirent les ions inorganiques de l’eau et les retiennent avec plus ou moins d’efficacité, en fonction de leur poids moléculaire et de leur charge ionique. 

Les électrodes finissent par atteindre leur capacité maximale et doivent alors être nettoyées en les déchargeant et en inversant la polarité électrique. L’inversion de la polarité fait que les électrodes repoussent activement les ions qui les attiraient auparavant. Cette régénération intermittente ou « par lots » permet d’économiser de l’eau et de l’énergie tout en réduisant les dépenses d’investissement en matériel et en réduisant l’empreinte de l’installation. Le CDI récupère généralement au moins 80 % de l’eau qu’il traite, contre 50 à 70 % pour la plupart des offres de séparation par membrane.

Le développement d’électrodes en aérogel de carbone a maintenant propulsé le CDI au premier plan de la viabilité résidentielle. La surface massive, proportionnellement à l’empreinte physique de l’aérogel de carbone, permet d’augmenter considérablement l’efficacité de l’élimination des ions de l’eau. Les récentes avancées dans le domaine des électrodes de carbone mésoporeux ouvrent désormais la voie au déploiement de l’IDC dans les eaux à TDS extrêmement élevé, ce qui permet d’améliorer les vitesses de traitement et la rentabilité tout en réduisant la taille des processeurs.

Les points suivants doivent être pris en compte lors du déploiement de la technologie CDI :

Bien qu’il ne soit généralement pas nécessaire de calculer les équivalents de conductivité de l’eau d’alimentation (FCE) pour les applications résidentielles, l’eau d’alimentation doit tout de même être testée pour la dureté, le fer, la silice, les sulfates, la conductivité et l’alcalinité. Les données de test doivent être comparées aux spécifications du fabricant pour assurer la compatibilité et le prétraitement approprié.

L’eau de sortie à faible TDS peut potentiellement créer des problèmes de corrosion, donc l’eau du produit doit être contrôlée TDS pour assurer une qualité d’eau de sortie qui est compatible avec les appareils ménagers, les robinets et les accessoires tout en étant douce ou à un niveau de dureté de calcium qui est acceptable pour l’utilisateur final.

Toute technologie qui utilise l’électrolyse produit des gaz comme sous-produit, notamment de l’oxygène, de l’hydrogène et du chlore. Ces gaz doivent être évacués ou neutralisés en toute sécurité.

Une alimentation électrique fiable et non commutée doit être située à un endroit pratique pour répondre aux exigences électriques de l’appareil. Contrairement à un adoucisseur de sel traditionnel, les systèmes CDI n’adoucissent pas pendant les pannes de courant, de sorte qu’une alimentation électrique ininterrompue (UPS) peut être envisagée dans les applications nécessitant une alimentation continue en eau adoucie.

Un drain conforme au code doit être prévu pour permettre l’évacuation de l’eau de drainage pendant un cycle de nettoyage du système.

Une analyse des besoins doit être effectuée pour comprendre la demande de débit dans la maison. En fonction de la demande de débit, le revendeur avisé peut déployer plusieurs processeurs ou même utiliser des réservoirs de rétention ou de mélange pour fournir la quantité d’eau requise.

Bien que le CDI soit une technologie prometteuse pour l’adoucissement de l’eau, il n’est pas encore économiquement viable pour remplacer les adoucisseurs traditionnels à base de sel. Au fur et à mesure que les grands fabricants adopteront cette technologie et que les procédés de fabrication s’amélioreront, les économies d’échelle feront baisser les prix.

La production d’énergie solaire et les technologies des piles à hydrogène devenant plus efficaces et rentables, il n’est pas inconcevable que les distributeurs d’eau installent des systèmes d’échange d’ions régénérés électriquement et alimentés par des énergies alternatives pour leurs clients dans les 10 prochaines années. Le concept d’un adoucisseur à impact environnemental nul est aujourd’hui beaucoup plus réaliste que jamais.

L’une des offres CDI les plus prometteuses que j’ai vues à ce jour est le système Hydronovation d’Anil Jha, qui exploite le CDI avec un réservoir de rétention/mélange pour rendre le système plus abordable.

WQA Aquatech est un salon qui met certainement l’accent sur la nécessité d’une gestion de la qualité de l’eau respectueuse de l’environnement. Lorsque vous assisterez au salon annuel de Las Vegas (Nevada) cette année, regardez attentivement les technologies innovantes qui peuvent soutenir votre activité et profitez de l’occasion pour apprendre de ceux qui les déploient déjà.

Le principe de fonctionnement du procédé d’adoucissement électrochimique a été étudié à l’échelle du laboratoire afin de mieux comprendre et d’optimiser la construction et l’efficacité des électrolyseurs industriels. Pour ce faire, des eaux de synthèse calco-carboniques pures à dureté bien définie ou des eaux de distribution de Paris ont été utilisées.

En utilisant un capteur de pH local, il a été montré que l’augmentation du pH au voisinage immédiat de la cathode induit la précipitation du carbonate de calcium sur la plaque, dans un premier temps sous l’effet de la réduction de l’oxygène, puis par la réduction de l’eau associée au dégagement d’hydrogène. Le pH local peut atteindre des valeurs supérieures à 10. La morphologie et la forme cristalline (calcite, vatérite et/ou aragonite) des dépôts ont été identifiées par microscopie électronique à balayage ou à transmission et par diffraction des rayons X.

Il a été montré que, au début de la période de formation, le carbonate de calcium était un élément essentiel de l’écosystème. Il a été montré qu’au début du traitement, les cristaux de vatérite et de calcite forment une couche compacte. Dans des conditions galvanostatiques, la diminution de la surface active par le dépôt de l’écaille isolante conduit à une augmentation de la densité de courant locale et ensuite, à la transition vers le régime de réduction électrolytique de l’eau. On observe une croissance adendritique du carbonate de calcium formant une couche poreuse à travers laquelle l’hydrogène diffuse facilement.

Une étude réalisée sur un électrolyseur à échelle réduite a montré l’influence de divers paramètres de fonctionnement tels que l’intensité du courant, le temps de traitement, etc. sur l’efficacité du dispositif. Ce procédé électrochimique est également capable d’éliminer partiellement diverses autres espèces comme le magnésium.

Glossaire :

Électrolyse – Utilisation d’un courant électrique continu (CC) pour entraîner une réaction chimique autrement non spontanée.

Carbone mésoporeux – Carbone contenant des pores dont le diamètre est compris entre 2 et 50 nm.

Ecrit par Groupe 2

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