Quel est le processus de purification d’un système d’eau ultrapure ?
En tant que fournisseur de systèmes d'eau Ultrapure, on me pose souvent des questions sur le processus de purification utilisé par ces systèmes. L'eau ultrapure, c'est-à-dire l'eau qui a été purifiée à des niveaux extrêmement élevés, est essentielle dans un large éventail d'industries, notamment les produits pharmaceutiques, la fabrication de produits électroniques et la recherche scientifique. Dans cet article de blog, je vais vous présenter le processus de purification étape par étape d'un système d'eau Ultrapure.
Prétraitement
Le parcours de purification de l’eau ultrapure commence par le prétraitement. L’objectif du prétraitement est d’éliminer les grosses particules, les matières en suspension et certaines substances dissoutes de la source d’eau brute. Cette étape est cruciale car elle protège les composants de purification les plus sensibles et les plus coûteux en aval.
L'une des méthodes de prétraitement courantes est la filtration des sédiments. Un filtre à sédiments, généralement constitué de matériaux comme le polypropylène, est utilisé pour piéger les grosses particules telles que le sable, le limon et la rouille. Ces filtres peuvent avoir différentes tailles de pores, allant généralement de 1 à 50 microns. Plus la taille des pores est grande, plus l’eau peut passer rapidement, mais elle piégera également moins de petites particules.
Une autre étape importante du prétraitement est la filtration sur charbon actif. Le charbon actif a une grande surface avec de nombreux petits pores qui peuvent adsorber les composés organiques, le chlore et certains métaux lourds. Le chlore est souvent ajouté aux réserves d'eau municipales comme désinfectant, mais il peut endommager les membranes d'osmose inverse utilisées lors des étapes de purification ultérieures. En éliminant le chlore grâce à une filtration sur charbon actif, nous pouvons prolonger la durée de vie de ces membranes.
Dans certains cas, l’eau peut également subir un prétraitement d’adoucissement. L'eau dure contient des niveaux élevés d'ions calcium et magnésium, qui peuvent provoquer la formation de tartre dans les canalisations et les équipements. Les adoucisseurs d'eau utilisent des résines échangeuses d'ions pour remplacer les ions calcium et magnésium par des ions sodium, réduisant ainsi la dureté de l'eau.
Osmose inverse (OI)
Après le prétraitement, l’eau entre dans l’étape d’osmose inverse. L'osmose inverse est un processus clé dans la purification de l'eau ultra pure. Il fonctionne en appliquant une pression sur l'eau d'un côté d'une membrane semi-perméable, forçant les molécules d'eau à traverser la membrane tout en laissant derrière elles la plupart des sels dissous, des composés organiques et des micro-organismes.
La membrane semi - perméable utilisée dans les systèmes RO possède de très petits pores qui ne laissent passer que les molécules d'eau et certaines très petites particules. Ce processus peut éliminer jusqu'à 95 à 99 % des solides dissous de l'eau. Il existe différents types de systèmes RO disponibles pour diverses applications. Par exemple,Systèmes d'osmose inverse conteneuriséssont pré-assemblés et modulaires, ce qui les rend faciles à transporter et à installer.Systèmes d'osmose inverse commerciauxsont conçus pour des applications commerciales à moyenne et grande échelle, tandis queSystème d'osmose inverse municipalsont utilisés pour traiter de grands volumes d’eau destinés aux approvisionnements en eau municipaux.
Cependant, les systèmes RO ne sont pas parfaits. Ils ne seront peut-être pas en mesure d’éliminer tous les contaminants, en particulier certaines très petites molécules organiques et ions. Par conséquent, d’autres étapes de purification sont généralement nécessaires.
Déionisation (DI)
La désionisation, également connue sous le nom d'échange d'ions, est utilisée pour éliminer les ions restants de l'eau après l'osmose inverse. Dans un système de déionisation, l'eau passe à travers des colonnes remplies de résines échangeuses d'ions. Ces résines sont constituées de minuscules billes dotées d’une charge spécifique.
Il existe deux types de résines échangeuses d'ions : les résines échangeuses de cations et les résines échangeuses d'anions. Les résines échangeuses de cations échangent des ions chargés positivement (tels que le sodium, le calcium et le magnésium) contre des ions hydrogène, tandis que les résines échangeuses d'anions échangent des ions chargés négativement (tels que le chlorure, le sulfate et le carbonate) contre des ions hydroxyde. Lorsque l’eau traverse ces résines, les ions présents dans l’eau sont remplacés par des ions hydrogène et hydroxyde, qui se combinent ensuite pour former des molécules d’eau.
La désionisation peut produire de l’eau avec des niveaux d’ions extrêmement faibles, mais les résines doivent être régénérées périodiquement. Cela se fait généralement en rinçant les résines avec une solution concentrée d'acide ou de base pour éliminer les ions accumulés et restaurer la capacité d'échange d'ions de la résine.
Ultrafiltration (UF) et Nanofiltration (NF)
L'ultrafiltration et la nanofiltration sont des étapes de purification supplémentaires qui peuvent être utilisées pour éliminer davantage les petites particules, les macromolécules et certains virus. Les membranes d'ultrafiltration ont des pores plus grands que les membranes de nanofiltration, généralement compris entre 0,01 et 0,1 microns. Ils peuvent éliminer des particules telles que des bactéries, des colloïdes et certains composés organiques de gros poids moléculaire.
Les membranes de nanofiltration ont des pores plus petits, généralement compris entre 0,001 et 0,01 microns. Ils peuvent éliminer la plupart des ions divalents (tels que le calcium et le magnésium) et certains ions monovalents, ainsi que les composés organiques de petit poids moléculaire. Ces processus sont souvent utilisés comme étape de polissage après l’osmose inverse et la déionisation pour garantir que l’eau répond aux exigences strictes de pureté.
Stérilisation UV
La stérilisation UV est utilisée pour tuer les bactéries, virus et autres micro-organismes présents dans l’eau. La lumière ultraviolette à une longueur d'onde spécifique (généralement autour de 254 nm) peut endommager l'ADN et l'ARN des micro-organismes, les empêchant de se reproduire et les rendant inoffensifs.
La stérilisation UV est une méthode de désinfection sans produits chimiques qui n'ajoute aucune substance supplémentaire à l'eau. Il s'agit d'un moyen fiable et efficace de garantir la pureté microbiologique de l'eau ultrapure, en particulier dans les applications où la présence de micro-organismes peut avoir un impact significatif, comme dans les industries pharmaceutique et alimentaire.
Polissage et filtration finale
La dernière étape du processus de purification de l’eau ultrapure est le polissage et la filtration finale. Cette étape est conçue pour éliminer toutes les traces de contaminants restants, tels que les particules et les composés organiques, afin d'atteindre le plus haut niveau de pureté de l'eau.
Les unités de polissage peuvent utiliser une combinaison de technologies, telles que des résines échangeuses d'ions à lit mixte et des filtres ultra-fins. Les résines échangeuses d'ions à lit mixte contiennent à la fois des résines échangeuses de cations et d'anions dans une seule colonne, permettant une élimination plus approfondie des ions. Des filtres ultra fins avec des pores aussi petits que 0,001 microns peuvent éliminer les plus petites particules et garantir que l'eau est exempte de toute impureté visible ou microscopique.
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Références
- AWWA (Association américaine des travaux d'eau). Qualité et traitement de l'eau : un manuel sur l'approvisionnement en eau communautaire. McGraw-Colline.
- Crittenden, JC, Trussell, RR, Hand, DW, Howe, KJ et Tchobanoglous, G. (2012). Traitement de l'eau : principes et conception. John Wiley et fils.
- Rautenbach, R. et Albrecht, R. (1989). Processus membranaires : principes et applications. Wiley-VCH.