Traitement de l'eau - procédé de filtration au charbon actif

1. Qu'est-ce que la filtration au charbon actif ?

L'unité de filtration au charbon actif pharmaceutique est généralement intégrée au processus de prétraitement, après l'adoucissement, avant que l'eau n'entre dans l'unité de traitement d'eau par osmose inverse, par distillation multi-effets ou par compression de vapeur. Le filtre est généralement en acier inoxydable. Le média filtrant est constitué de particules de charbon actif de différentes tailles, de 10 à 50 mesh. Ces particules sont fabriquées à partir de coques de noix de coco, généralement sous atmosphère d'azote ou d'autres gaz inertes, et brûlées en l'absence d'oxygène. Le charbon ainsi obtenu est ensuite activé par la vapeur ou par voie chimique. L'activation à la vapeur consiste à chauffer le charbon entre 750 et 950 °C en présence de vapeur. Le charbon activé à la vapeur présente des pores très fins, idéaux pour l'adsorption des composants présents dans l'eau. L'activation chimique consiste à mélanger le charbon avec une pâte de chlorure de zinc et à le chauffer entre 600 et 800 °C. Le charbon activé chimiquement possède des pores plus larges, ce qui le rend idéal pour l'adsorption de molécules plus grosses dans l'eau.

2. Pourquoi installer un système de filtration au charbon actif ?

Cela commence par l'élimination du chlore et des chloramines. Les bactéries et les micro-organismes sont des facteurs clés à prendre en compte dans le processus de traitement de l'eau pharmaceutique, et l'unité de prétraitement du système d'eau ne fait pas exception. Cependant, le chlore inhibe les micro-organismes et présente deux risques majeurs pour les équipements des unités de traitement en aval :

1. Érosion des membranes d'osmose inverse (OI). L'unité de traitement des eaux de la Pharmacopée utilise des membranes d'OI, matériaux semi-perméables très fins servant de filtres. Ces membranes sont sensibles au chlore. Avec le temps, le chlore peut les dégrader, compromettant ainsi leur capacité de filtration.

2. Dangereux pour le traitement d'hémodialyse. Le chlore oxyde les globules rouges, tout comme il le fait avec les molécules bactériennes. L'oxydation des cellules libère du potassium, qui donne au sang sa couleur rougeâtre. Ce potassium est d'ailleurs utilisé dans les injections létales pour provoquer un arrêt cardiaque. C'est pourquoi l'eau doit être filtrée pour l'hémodialyse ; l'eau de production finale, présentant une concentration excessive de chlore, constitue donc un risque pour la sécurité des patients.

Il est évident que le chlore ou les chloramines doivent être éliminés de l'eau, et cette élimination vise à prévenir la dégradation de la membrane ou la fissuration par corrosion sous contrainte du chlore dans le système d'osmose inverse, ce qui assure la stabilité continue de l'unité de filtration membranaire de traitement final et répond en même temps aux exigences de la pharmacopée pour l'utilisation finale de l'eau, y compris le chlore.

3. Le rôle de la filtration au charbon actif

1. Déchloration

Les filtres à eau à charbon actif granulaire sont efficaces pour éliminer le chlore libre. Les particules de charbon réduisent l'acide hypochloreux (HOCl) en ions chlorure. Au fil du temps, la réaction des ions chlorure entraîne la dégradation de nouveaux ions carbonyle (chloramines), et la production résiduelle de chlore dans l'eau filtrée est ainsi maintenue à 0,1 ppm maximum.

2. Éliminer la chloramine

La monochloramine, en particulier, est mal absorbée par l'organisme. Les réactions avec le charbon actif sont difficiles à obtenir. Le charbon actif catalytique permet une vitesse de réaction plus rapide que le charbon traditionnel.

3. Adsorption physique

Le charbon actif possède également une fonction d'adsorption physique, qui lui permet d'adsorber la matière organique, les odeurs de l'eau, les colloïdes et les pigments.

4. Quels facteurs affectent l'efficacité de la filtration au charbon actif ?

Des facteurs tels que le temps de contact entre l'eau et le lit de charbon actif, la concentration des polluants, la température et le pH de l'eau influent sur l'efficacité de filtration du filtre à charbon. À haute température, les filtres à charbon actif sont moins efficaces qu'à basse température. Le pH de l'eau influe également sur l'adsorption des polluants. Une augmentation du pH d'une unité à partir de 7 nécessite une augmentation de 20 % de la surface du charbon actif.

5. Méthode de désinfection

Le filtre à charbon actif est également une source potentielle de contamination microbienne, ce qui peut être lié à la présence possible de « charbon actif de coque de noix de coco régénéré » dans le matériau filtrant. Un matériau filtrant de faible qualité est plus susceptible de provoquer une infection bactérienne à grande échelle après adsorption et saturation. Par conséquent, le filtre à charbon actif devrait être conçu avec une fonction de désinfection à la vapeur, et la désinfection du lit de charbon par de la vapeur cyclique peut éviter que les micro-organismes ne dépassent la norme du filtre à charbon dans cette province.

6. Remplacement du matériau filtrant

Le remplacement préventif des médias filtrants est essentiel au maintien de la stabilité de la qualité de l'eau prétraitée. Dans le secteur, l'indice d'adsorption d'iode est un paramètre important pour évaluer la capacité d'adsorption du charbon actif. Un indice élevé contribue à prolonger la durée de vie du charbon actif de coque de noix de coco. En conditions normales, l'indice d'adsorption d'iode d'un charbon actif de coque de noix de coco neuf ne doit pas être inférieur à 1 000 mg/g et doit toujours être supérieur à 500 mg/g pendant sa durée de vie. Le remplacement régulier des médias filtrants à charbon actif, basé sur les données de qualité de l'eau, est une mesure importante pour préserver cette qualité. Les entreprises qualifiées peuvent déterminer la capacité d'adsorption du charbon actif de coque de noix de coco en mesurant régulièrement son indice d'adsorption d'iode, et ainsi déterminer le moment opportun pour son remplacement.