Une qualité élevée de l'eau pour l'industrie

L’électrodéionisation est utilisée quand l’eau doit répondre à des exigences de pureté particulièrement strictes, dans le secteur pharmaceutique ou dans l’industrie des semi-conducteurs, p. ex.

L’électrodéionisation est un procédé électrochimique qui permet d’éliminer les ions et les substances ionisables présents dans l’eau. Nous recourons à l’électrodéionisation pour purifier encore davantage l’eau obtenue à la sortie d’une installation d’osmose inverse. C’est une étape essentielle dans la production d’eau ultra-pure (Aqua Purificata AP, mais aussi Water for Injection WFI).

Comment fonctionne l’électrodéionisation?
Dans la pile d’électrodéionisation, l’eau fournie par l’installation d’osmose inverse circule entre une anode (électrode positive) et une cathode (électrode négative). Elle passe par des chambres remplies de résine à lit mélangé (mélange d’une résine échangeuse d’anions et de cations). En outre, les chambres sont séparées, d’un côté, par une membrane échangeuse d’anions et, de l’autre, par une membrane échangeuse de cations.

Par la tension exercée, les ions sont attirés vers l’électrode concernée, les membranes semi-perméables ne laissant passer qu’une espèce précise. Les ions peuvent dès lors être évacués avec le concentrat.

Dans le même temps, la tension entraîne la désintégration (dissociation) de certaines molécules d’eau. Il en résulte des ions H⁺- et OH^-, qui régénèrent en permanence la résine à lit mélangé. La résine régénérée peut également ioniser des ions neutres ou seulement faiblement chargés, comme le CO₂ ou les silicates. Ces ions peuvent alors être également éliminés.

Qu’est-ce qui est éliminé ?
L’électrodéionisation est comparable à la déminéralisation à lit mélangé. Tous les ions et substances ionisables sont éliminés en grande partie par l’électrodéionisation. L’eau ultra-pure ainsi produite peut être comparée à de l’eau distillée. Dans le commerce de détail, cette eau est en vente comme eau désionisée.

Déroulement schématique de l’électrodéionisation
L’eau d’alimentation doit être prétraitée (déminéralisation par osmose inverse et dégazage par dégazage à membrane). L’eau d’alimentation est injectée dans la pile EDI dans la chambre de production et de concentration. Les ions passent de la chambre de production dans la chambre de concentré en traversant la membrane cationique et anionique semi-perméable (échangeuse d’ions). Les ions qui ont été captés sont éliminés avec le concentré. Le grand avantage réside dans le processus continu qu’autorise la tension continue maintenue entre l’anode et la cathode. Contrairement au procédé de la déminéralisation à lit mélangé, l’eau ultra-pure peut être produite sans interruption.

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Exemple de production d’eau ultra-pure par électrodéionisation
La première photo montre une pile EDI typique. Cinq piles connectées en parallèle y produisent jusqu’à 25 m³/h. Sur la seconde photo, on découvre une installation compacte pour la production d’eau ultra-pure par électrodéionisation. La pompe de production fournit la pression requise au dispositif d’osmose inverse (tuyau d’acier inoxydable). Après l’osmose inverse, l’eau est injectée dans la pile EDI (au centre dans le bas) par le biais d’un dégazage à membrane (blanc). D’un accès aisé, l’écoulement des vannes de prise d’échantillons est assuré par une gouttière (noir).

Vers la production d’eau ultra-pure

La déminéralisation par échange d’ions gagne en importance. Les raisons en sont les suivantes: une protection accrue de l’environnement et les exigences croissantes à l’égard de la qualité de l’eau pure. Grâce à la déminéralisation à lit mélangé, l’eau brute peut être débarrassée de matières comme le calcaire et les minéraux. Cela permet de mieux préserver le goût naturel des mets et des boissons. L’eau entièrement déminéralisée convient aussi particulièrement pour garantir une vaisselle étincelante après un lavage en machine.

Comment fonctionne la déminéralisation à lit mélangé ?
L’eau à traiter contient des ions dissous. Les métaux et l’hydrogène se présentent sous la forme de cations (+), les résidus acides et les ions hydroxydes, sous la forme d’anions (-). Des résines échangeuses de cations sont utilisées pour éliminer ces ions dissous.

Les filtres à lit mélangé sont un peu construits comme des cartouches d’adoucissement. Pourtant, si ces derniers ne contiennent qu’une résine échangeuse de cations, les filtres à lit mélangé sont pourvus d’une résine à lit mélangé constituée d’une résine échangeuse de cations et d’une autre échangeuse d’anions.

Les cartouches à lit mélangé de Burkhalter Techniques de l’eau se démarquent par une installation facile et rapide. Leur fonctionnement est économique, et grâce à notre propre service de régénération, elles sont également un bon exemple d’écologie. Quand une cartouche à lit mélangé est épuisée, nous la reprenons. La résine à lit mélangé est régénérée et la cartouche peut être réutilisée.

Qu’est-ce qui est éliminé ?
Regardez les constituants d’une bouteille d’eau minérale. Tous ces minéraux sont éliminés par une déminéralisation à lit mélangé : le magnésium, le calcium, le sodium, le potassium, le fluorure, le bicarbonate et le sulfate, mais aussi les acides carboniques. Tous ces constituants se présentent sous la forme d’ions positifs ou négatifs et sont retenus dans le lit mélangé.

Représentation schématique de la déminéralisation à lit mélangé
L’animation montre comment les ions sont retenus dans le lit mélangé. Le résultat est une eau entièrement déminéralisée (H₂O pure). Lorsque le lit de résine est saturé d’ions (le lit de résine est épuisé), il doit être régénéré. Ce processus de régénération ne peut pas être effectué sur place, si bien que la cartouche de lit mélangé doit être entièrement remplacée. La cartouche de lit mélangé est renvoyée au fabricant, qui la remplit de nouveau de résine régénérée et la remet ensuite à la disposition du client. La résine épuisée est collectée et régénérée dans un processus complexe.

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Exemple d’installation de déminéralisation à lit mélangé
L’illustration montre des cartouches typiques de lit mélangé. Un dispositif de mesure de la conductibilité à la sortie de la cartouche vérifie la qualité de l’eau et alerte l’utilisateur en cas d’épuisement du lit de résine. Les cartouches sont fabriquées dans un acier inoxydable solide et conviennent dès lors de façon optimale aux transports nécessaires pour la régénération.

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Chez Burkhalter Techniques de l’eau, nous utilisons principalement la désinfection à l’ozone dans les systèmes d’eau ultra-pure ainsi que pour le stockage frigorifique et la distribution d’AP et de WFI. Le grand avantage de l’ozone: contrairement à d’autres moyens de désinfection, l’ozone peut être éliminée aisément par rayonnement UV.

Comment fonctionne la désinfection à l’ozone ?
L’ozone (O₃) est un puissant oxydant. En raison de son importante action oxydante, le gaz est déjà instable à température ambiante. Conformément à l’équation suivante, l’ozone se décompose en oxygène (O₂) et en oxygène atomique (O), très réactif, lequel détruit les bactéries, les virus, etc.
O₃ –> O₂ + O

Comment produit-on l’ozone?
En raison de son instabilité, l’ozone ne peut pas être stockée sur une longue période. Elle doit donc être produite sur place. Dans la plupart des cas, l’ozone est produite dans un générateur d’ozone (ou ozonisateur) par décharge électrique par effet couronne. Pareille décharge est comparable à celle produite par un impact de foudre dans la nature. Pour ce faire, une tension est générée entre deux électrodes dont l’une est isolée par un diélectrique. Ce courant est tellement fort qu’il casse la liaison des molécules d’oxygène, produisant ainsi de l’ozone.

Déroulement schématique de l’ozonisation
L’eau est mélangée à l’ozone dans un réacteur. Un réservoir d’eau pure convient idéalement comme réacteur pour mélanger l’eau pure à l’ozone. Les microorganismes sont éliminés efficacement avec la concentration d’ozone requise et une durée de contact suffisante. L’eau qui sort du réservoir d’eau pure est donc exempte de germes. L’ozone excédentaire peut être détruit efficacement avec une installation UV si la présence de cet ozone n’est pas souhaitée dans la conduite de distribution.
 

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Exemple de désinfection par ozonisation
L’image montre une installation de production d’ozone intégrée dans un système de distribution d’eau pure. Le cœur de la production d’ozone est visible dans le cercle rouge: c’est la cellule d’ozone qui produit l’ozone. L’ozone produit est amené au réservoir d’eau pure et y détruit les microorganismes. L’installation UV (cercle bleu) élimine l’ozone excédentaire avant que l’eau pure n’atteigne le consommateur.

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Vers la production d’eau ultra-pure

Les installations UV permettent d’obtenir de l’eau potable exempte de germes avec un haut niveau de fiabilité, que ce soit pour le traitement de l’eau potable, dans l’industrie ou comme élément d’une installation de traitement pour la production d’eau ultra-pure. Le grand avantage réside dans le fait qu’aucun additif n’est ajouté dans l’eau et que les micro-organismes sont incapables de développer une résistance aux rayons UV.

Comment fonctionne la désinfection UV?
Le rayonnement ultraviolet (UV) est une plage de longueurs d’onde de la lumière invisible pour l'œil humain. Pour être plus précis, la désinfection UV est efficace à des longueurs d’onde comprise entre 200 et 300 nm.

Le rayonnement dit UVC est capable de détruire des micro-organismes tels que les virus, les bactéries, les levures et les champignons. Si ces organismes sont soumis au rayonnement UVC, le noyau cellulaire est modifié à un point tel que la reproduction devient impossible, ce qui désactive de facto les cellules. Les organismes peuvent donc être neutralisés en quelques secondes.

La dose et la puissance du rayonnement doivent être suffisamment fortes pour garantir une désinfection optimale. Cela signifie que la lampe doit être suffisamment puissante et la durée de contact, suffisamment longue. Par ailleurs, la turbidité de l’eau ne doit pas être trop élevée.

C’est pourquoi, pour chaque utilisation, il convient de sélectionner la lampe adéquate compte tenu du volume d’eau et des conditions extérieures.

Configuration d’une installation de désinfection UV
Les installations de désinfection UV de Burkhalter peuvent être aisément intégrées dans le système d’alimentation en eau existant. L’eau à désinfecter passe dans un circuit à circulation optimisée et passe ainsi devant une lampe UV assurant un traitement optimal.

Déroulement schématique du traitement UV
Les microorganismes sont dirigés vers un réacteur UV. La lampe UV qu’il contient élimine les microorganismes sous l’effet des rayons UV. L’eau qui sort du réacteur est donc exempte de germes. Si le flux d’eau est continu, la lampe UV n’est jamais éteinte et l’eau traverse en permanence le réacteur.

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Vous avez besoin d’une eau exempte de germes, non polluée et peu conductrice? L’osmose inverse permet de traiter l’eau destinée à des processus de production industriels complexes, aux appareils de laboratoire, à de nombreuses applications médicotechniques et même à la gastronomie ou à la technique du bâtiment (lave-vaisselle, humidificateurs d’air, etc.).

Comment fonctionne l’osmose inverse?
Comme le nom l’indique, l’osmose inverse est une inversion du processus naturel de l’osmose. L’osmose est un processus naturel qui revêt une importance particulière pour la régulation de l’équilibre hydrique des êtres vivants et de leurs cellules.

Qu’est-ce qui est éliminé?
La popularité de l’osmose inverse s’explique par le nombre de composants qui peuvent être éliminés dans l’eau. En fait, quasiment tous:

• Ions / sels (minéraux tels que le sodium, le nitrate, etc.)
• Bactéries, virus
• Métaux lourds (plomb, fer, cuivre, uranium, etc.)
• Pesticides (par ex. le chlorothalonil)
• Résidus de médicaments (par ex. les antibiotiques)
• Hormones
• Colorants
• Particules radioactives

Seuls les gaz (CO₂, O₂) qui se trouvent dans l’eau traversent la membrane. Le chlore détruit la membrane et le calcaire entraîne des blocages. C’est pourquoi ces deux substances sont généralement éliminées ou réduites avant l’osmose inverse.

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Déroulement schématique de l’osmose inverse
L’osmose inverse élimine 98 à 99,5 % des substances dissoutes dans l’eau. Plus la qualité et la transformation des membranes sont élevées, meilleur est le taux de retenue. 

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L’osmose dans la nature
L’éclatement des cerises mûres sous l’effet de la pluie est une illustration concrète de ce phénomène. Deux solutions aqueuses ont toujours tendance à se mélanger et à équilibrer ainsi leur concentration. L’eau de pluie sur la face extérieure de la cerise contient beaucoup moins de sucre et d’autres matières dissoutes que l’eau à l’intérieur de la cerise. De l’eau va donc pénétrer dans la cerise jusqu’à ce que la concentration s’équilibre entre l’intérieur et l’extérieur. Mais comme la peau ne laisse entrer que de l’eau et non du sucre, la chose est impossible et il se forme une pression osmotique, jusqu’à ce que la peau éclate.

Osmose inverse: une osmose à l’envers
Dans l’osmose inverse, le processus de l’osmose se fait à l’envers et la pression s’accroît cette fois du côté de la concentration la plus forte. Dans le cas d’une cerise, cela signifierait que l’eau serait pressée hors de la cerise jusqu’à ce qu’il ne reste que le jus hautement concentré dans la peau.

Dans la pratique, dans l’osmose inverse, l’eau à traiter est pressée à travers une membrane semi-perméable. Cela permet de conserver la quasi-totalité des matières dissoutes dans ce que l’on appelle le «concentrat» et de récolter le perméat pur.

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Dépôts de calcaire ennuyeux dans les appareils ménagers, canalisations bouchées, dégâts aux appareils, le calcaire est un sérieux problème à bien des égards. L’adoucissement de l’eau au moyen d’un adoucisseur offre une solution aussi efficace qu’éprouvée. Nous proposons des installations d’adoucissement qui vont de l’adoucisseur compact pour maison individuelle à de grandes installations pour l’industrie et la branche pharmaceutique.

Comment fonctionne un adoucisseur?
Quand nous parlons d’adoucissement de l’eau chez Burkhalter, nous parlons d’adoucisseurs basés sur le principe de l’échange d’ions. Dans le langage courant, on parle aussi de «décalcarisation» ou d’«installation de décalcarisation».

Dans l’échange d’ions, le calcaire (ions de calcium et de magnésium) est échangé contre des ions de sodium. Pour permettre cet échange, l’eau calcaire est conduite vers une résine «cationique» présente dans l’appareil et chargée d’ions de sodium. L’échange d’ions se déroule à la surface de cette résine cationique. Pour que cet échange d’ions puisse se dérouler sans problème, la résine cationique doit être régulièrement régénérée avec une solution de Sel de cuisine!

La dureté de l’eau
L’eau fournie par le réseau de distribution peut contenir des quantités variables de calcaire selon son origine et la nature des sols. La quantité précise est mesurée en degrés de dureté français (°fH), cette indication servant à classer l’eau dans différentes classes.

En Suisse, la loi fédérale sur les denrées alimentaires définit six classes de dureté. Ces classes sont exprimées en millimoles par litre (mmol/l) ou en degrés de dureté français.

Après le passage dans une installation d’adoucissement, la durée de l’eau est égale à 0°fH. Selon l’utilisation qui en sera faite, l’eau peut ensuite être réglée sur le degré de dureté requis au moyen d’une vanne de mélange.

Grâce à nos outils de conception, vous pouvez définir les dimensions de votre système d’adoucissement en une minute. Aller aux outils de conception

Vous trouverez ici de plus amples informations ainsi que les principaux avantages des installations d’adoucissement destinées aux ménages: Aller aux installations pour votre logement

Qu’est-ce qui est éliminé?
Le système élimine le calcium et le magnésium, deux agents de dureté présents dans l’eau qu’il échange contre des ions de sodium. Toutes les autres substances restent dans l’eau. Comme il s’agit d’un échange d’ions, la teneur totale en sel reste par ailleurs identique.

Représentation schématique adoucissement d’eau
L’animation illustre les différentes phases de l’adoucissement d’eau. Dans le processus, les agents de dureté sont échangés contre des ions de sodium. Lorsque le lit de résine (résine cationique) est saturé d’ions de calcium et de magnésium, celui-ci est régénéré avec une solution saline (ions de sodium). Tous les agents de dureté sont alors éliminés par la conduite d’évacuation.

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Exemple d’installation d’adoucissement
La photo illustre une installation d’adoucissement typique dans une maison individuelle ou un immeuble collectif. L’installation est compacte et le réservoir de sel enveloppe le réservoir de résine, qui est lui invisible.

La coupe montre le fonctionnement du système à l’intérieur de l’installation d’adoucissement. Dans le réservoir de résine, l’eau brute passe par la résine cationique et parvient au consommateur sous la forme d’eau douce. Le réservoir de sel contient la saumure requise pour assurer la régénération.

Vers les installations d’adoucissement

Ce qui est en permanence au contact de l’eau en ressort rarement indemne. Qu’elle soit destinée à des générateurs de vapeur, à des systèmes de refroidissement ouverts ou à des conduites d’eau vieillissantes, l’eau doit souvent être traitée si l’on veut qu’elle remplisse les exigences définies.

Qu’entend-on concrètement par «conditionnement de l’eau»?
Un traitement approprié de l’eau commence avec les installations appropriées (adoucissement ou osmose inverse, p. ex.) et se complète avec les bons produits anticorrosion, biocides, etc.

La composition et la quantité des additifs varient selon le type d’utilisation: eau potable, eau de refroidissement, de chauffage ou de chaudière à vapeur, etc. Grâce à nos longues années d’expérience dans le domaine du traitement de l’eau et à nos produits testés et agréés, nous vous offrons la solution de conditionnement appropriée à chaque système conducteur d’eau ou de vapeur. Cela comprend des stabilisateurs de dureté comme l’antitartre, première étape d’une osmose inverse, ainsi que des produits de désinfection efficaces au niveau microbiologique contre les germes et les légionelles dans les circuits de refroidissement, la technologie de climatisation et dans l’eau potable.

Notre objectif est toujours d’obtenir une efficacité maximale en utilisant les doses les plus faibles possibles. À cette fin, nous analysons avec soin chaque système et encadrons son utilisation en procédant à des analyses de l’eau.

La filtration (on parle aussi de filtrage) est un procédé de séparation mécanique qui permet d’éliminer les particules en suspension et autres matières non dissoutes présentes dans l’eau.

Comment fonctionne la filtration?
Le mélange à séparer passe par un filtre en tissu ou métallique ou un récipient où se trouve une masse filtrante.

À l’effet de tamisage (entendez la rétention de matières en fonction de la taille des pores) s’ajoute toute une série d’effets physiques. Chaque filtre doit être nettoyé ou remplacé au bout d’un certain temps, étant donné que les particules retenues doivent être enlevées.

Chez Burkhalter Techniques de l’eau, nous proposons les filtres adéquats pour la quasi-totalité des domaines d’utilisation, des filtres à sable aux filtres stériles. Nous pouvons vous aider ainsi à éliminer particules visibles, bactéries, virus et autres matières indésirables se trouvant dans l’eau.

Qu’est-ce qui est éliminé?

Il existe de nombreux types de filtres. Il est dès lors possible d’éliminer différentes matières présentes dans l’eau. Une microfiltration avec un taux de séparation de 0,2 m permet déjà d’éliminer les bactéries et les virus. Selon le taux de séparation, les matières suivantes peuvent être filtrées:

• particules non dissoutes et colloïdales (turbidités, particules, matières en suspension, impuretés visibles dans l’eau)
• bactéries, virus, parasites

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Déroulement schématique filtration

L’eau est injectée à travers le filtre. Les matières retenues restent sur le milieu filtrant. À partir d’un degré de contamination défini, le filtre doit être remplacé ou nettoyé par rétrolavage.

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Cas spécial filtre à charbon actif

Les filtres à charbon actif sont particulièrement appréciés en technique de traitement de l’eau. Contrairement aux filtres à tamis classique, les filtres à charbon actif peuvent aussi éliminer les microplastiques, les hormones, les bactéries, les germes, les pesticides (tel le chlorothalonil), les légionelles et les métaux lourds présents dans l’eau, mais aussi éliminer tout goût désagréable.

L’ultrafiltration a pour but d’éliminer des particules indésirables (particules en suspension, bactéries, etc.) de façon efficace et économique. Il est ainsi possible d'éliminer entièrement les micro-organismes. L’ultrafiltration peut être utilisée dans des installations industrielles complexes et dans la fabrication de produits alimentaires, mais aussi dans le traitement de l’eau de pluie. Dans l'industrie pharmaceutique, l'ultrafiltration remplace de plus en plus les procédés de distillation coûteux.

Comment fonctionne l’ultrafiltration?

Le principe technique est basé sur le fait que la membrane ne peut être traversée que par des matières dont la taille est inférieure à celle de ses pores. La taille des ports de la membrane utilisée joue donc un rôle déterminant pour l’ultrafiltration. La distinction entre microfiltration, ultrafiltration et nanofiltration repose sur le niveau de séparation. Dans le cas de l’ultrafiltration, la limite d’exclusion (ou «cut-off») se situe entre 2 et 100 nm.

Les systèmes d’ultrafiltration utilisent généralement des fibres creuses réunies en modules de filtration de manière à obtenir la surface requise. Pour que l’ultrafiltration fonctionne, une certaine différence de pression est nécessaire entre les deux côtés de la membrane. Plus les pores de la membrane sont fins, plus la pression doit être élevée.

Qu’est-ce qui est éliminé?

L'ultrafiltration se prête à une multitude d’utilisations. En fonction de la limite de séparation des membranes, les matières suivantes sont éliminées:

• particules non dissoutes et colloïdales (turbidités, particules, matières en suspension, impuretés visibles dans l’eau)
• bactéries, virus, parasites
• endotoxines
• légionelles

Ne sont pas éliminés les matières dissoutes et tous les minéraux, comme le calcium et le magnésium.

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Ultrafiltration dans la branche pharmaceutique

Comme, en Europe, la qualité d’eau WFI (Water for Injection) peut aussi être obtenue au moyen d'un procédé à membrane (auparavant, ce n’était possible que par distillation), l'ultrafiltration gagne ici aussi en importance. L'ultrafiltration est utilisée comme étape de traitement finale et sert de barrière pour les germes, les virus et les endotoxines. Contrairement aux modules d'osmose inverse, les modules d'ultrafiltration ne comportent aucun joint et offrent donc une plus grande sécurité en termes de taux de séparation.

Déroulement schématique ultrafiltration

Vu le large champ d'application (eaux usées, eau potable, denrées alimentaires, pharmacie), il existe une diversité de membranes d'ultrafiltration. Elles ont en commun le principe de fonctionnement du traitement. L’eau est injectée sous pression à travers une membrane et les matières à séparer y sont retenues. À partir d'un degré de contamination défini, les matières retenues doivent être éliminées par rétrolavage.

Ci-après un exemple animé des fonctions d'une ultrafiltration dans le domaine de l’eau potable. Les matières retenues sont représentées sous la forme de matières en suspension.

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Exemple installation d'ultrafiltration

L'ultrafiltration est directement intégrée dans une installation d’eau ultrapure en tant qu'étape de traitement distincte ou installée comme équipement autonome. Voici un exemple d'installation autonome. Les membranes à fibres creuses sont rassemblées en modules.

Vers les installations d'ultrafiltration