Traitement de l'eau - procédé d'adoucissement

Commençons par nous demander pourquoi un prétraitement nécessite un processus d'adoucissement. L'eau de la ville a-t-elle été traitée ?

L'équipement de traitement final du système d'eau pharmaceutique est soumis à des exigences plus strictes : le système de traitement final de l'eau destinée à la pharmacopée, en aval, est réalisé par filtration membranaire. L'unité de filtration membranaire et l'unité EDI doivent respecter des exigences de qualité concernant la dureté de l'eau à l'entrée, qui ne doit pas dépasser 3 ppm, ce qui correspond à une eau « douce ». Une dureté trop élevée conduit à une eau « dure », entraînant l'entartrage du système membranaire et, par conséquent, des arrêts de production imprévus. L'indice de dureté doit être maintenu stable grâce au processus d'adoucissement, qui permet d'adoucir l'eau du réseau. Les adoucisseurs, également appelés échangeurs d'ions sodium, sont principalement composés de résine, de réservoirs contenant la résine, de vannes et de systèmes de contrôle.

Qu'est-ce que l'échange d'ions ?

L'échange d'ions est un procédé chimique qui élimine les ions indésirables de l'eau en les remplaçant par des ions de charge similaire. Ce procédé utilise des billes de résine qui attirent et retiennent les ions, et est souvent employé pour l'adoucissement de l'eau. La fonction principale des adoucisseurs d'eau à usage pharmaceutique est d'échanger les ions calcium et magnésium présents dans l'eau de ville avec les ions sodium Na+ échangeables contenus dans la nano-résine, réduisant ainsi la dureté de l'eau. Le processus d'adoucissement comprend principalement deux étapes : l'adoucissement et la régénération.

1. Adoucissement

La résine échangeuse de cations à acide fort nano est généralement utilisée pour l'adoucissement de l'eau dans le traitement pharmaceutique, et constitue le milieu central du processus d'adoucissement.

La structure polymère des billes de résine échangeuse de cations à acide fort nanométrique contient un ion négatif fixe qui ne peut être éliminé. Autrement dit, les billes de résine possèdent une charge négative fixe. Chaque site d'échange chargé négativement peut accueillir un ion chargé positivement. Dans ce cas, le sodium (chargé positivement) se fixe au site d'échange (les charges négatives et positives s'attirent). Ainsi, les ions sodium mobiles se fixent à chaque charge négative fixe des billes de résine.

Le principe de la réaction chimique d'adoucissement est le suivant :

Les ions calcium et magnésium en suspension dans l'eau possèdent une charge positive plus forte que les ions sodium. Lorsque l'eau dure traverse les billes, la forte attraction des ions calcium et magnésium pour les billes chargées négativement « déplace » les ions sodium, permettant ainsi aux ions calcium et magnésium de prendre leur place (et de rester fixés aux billes). Les ions calcium-magnésium divalents, plus volumineux, nécessitent deux sites d'échange à la surface de la résine.

À terme, la dureté des billes de résine atteint sa saturation, principalement en calcium et en magnésium, et aucun autre point d'échange ne permet la production d'eau déminéralisée. Les billes de résine sont alors épuisées et doivent être régénérées.

2. Régénération

L'adoucissement est un procédé simple et largement répandu car la résine peut être régénérée à l'aide d'une simple solution de chlorure de sodium (généralement à 10 %). Après saturation de la résine dans l'adoucisseur, on utilise du chlorure de sodium pour sa régénération. La résine échangeuse d'ions est immergée dans une solution de chlorure de sodium (saumure), dans laquelle une grande quantité de saumure provoque la précipitation des ions calcium et magnésium contenus dans les billes de résine. Le sodium présent dans la solution saline se fixe sur les billes de résine. Après régénération, l'excédent de saumure est éliminé par rinçage et les billes de résine peuvent être réutilisées.

Le principe de régénération du système d'adoucissement est le suivant :

Lors de la régénération, l'augmentation de la concentration en ions sodium monovalents provoque la dissociation des charges des ions calcium et magnésium, ce qui a pour effet de faciliter leur échange au niveau du site d'échange. Grâce à cette forte concentration en ions sodium, l'échange des ions sodium monovalents contre les ions calcium et magnésium divalents est alors grandement facilité.