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Eau Dé-ionisée/Déminéralisée

L'eau distillée, dé-ionisée et déminéralisée et mesure de sa pureté

Il est assez difficile de trouver des définitions et des normes claires pour l'eau distillée, déminéralisée et dé-ionisée. Probablement, la façon la plus facile de se familiariser au sujet de la production d'eau (ultra) pure est de commencer par la méthode la plus vieille et la plus connue : la distillation.
L'eau distillée est de l'eau qui a été porté à ébullition et dont les vapeurs ont été recondensée dans une unité de refroidissement ("le condensateur") pour rendre l'eau à l'état liquide. La distillation est utilisée pour épurer de l'eau. Les polluants dissous comme des sels ne sont pas entraînés par la vapeur et restent dans le bouilleur. Ceci ne pourrait pas fonctionner si les polluants étaient volatils car de la même manière ils pourraient être portés à ébullition et être recondensé et ainsi repolluer l'eau sensée être pure. Certains évaporateurs sont capables de condenser de manière sélective l'eau, des autre substances volatiles, mais dans la plupart des processus de distillation, le transfert de quelques substances volatiles et d'un peu de matériel non volatile (porté dans le flot de vapeur d'eau) dans l'eau distillée est inévitable. La pureté de l'eau distillée est d'ordinaire de 1.0 MWcm; et puisqu'il n'y a aucune protection contre la dissolution dioxyde de carbone (CO2) dans le distillat, le pH est généralement entre 4.5 et 5.0. De plus, vous devez être prudents, en évitant de re-contaminer l'eau après la distillation de celle-ci.

Dé-ionisation: Procédé utilisant des résines échangeuses d'ions qui peuvent retenir les ions contenus dans l'eau. Peut théoriquement enlever 100 % des sels. La dé-ionisation n'élimine pas les composés organiques, ni les virus ou les bactéries sauf par une prise au piège "accidentelle" dans la résine et particulièrement avec les résines d'anioniques de base fortes qui élimineront des bactéries gram-négatives.[4]

Déminéralisation: concerne tous les procédés utilisés dans l'élimination des minéraux contenus dans une eau. Cependant, la dénomination est limité aux procédés d'échanges d'ions. [1]

Eau ultra pure : eau fortement traitée de haute résistivité et ne contenant aucun composés organiques; d'habitude utilisée dans les industries des semi-conducteurs et pharmaceutiques. [4]

La dé-ionisation permet l'élimination de substances dissoutes (ionisées) électriquement chargées en les liant aux sites positivement ou négativement chargés, d'une résine lorsque l'eau traverse une colonne remplie de cette résine. Ce processus est appelé échange d'ions et peut être utilisé de différentes façons pour produire l'eau dé-ionisée de qualités diverses.
  • Système à résines cationique (fortement acide) + anionique (fortement basique)
    Ces systèmes sont constitués de deux chambres - une contenant une résine cationique capable d'échanger les cations de l'eau par des ions H+ et l'autre contenant une résine anionique capable d'échanger les anions de l'eau par des ions OH- (voir ci-dessous). L'eau circule dans la colonne cationique, sur quoi tout les cations sont échangés par des ions hydrogènes. L'eau dé-cationisée s'écoule alors dans la colonne anionique. Cette fois, tout les ions chargés négativement sont échangés par des ions hydroxyde qui se combinent alors avec les ions hydrogènes pour former de l'eau (H2O). [2]
    Ces systèmes enlèvent tous les ions, y compris la silice. Dans la majorité des cas, il est recommandé de réduire le flux d'ions a passé dans l'échangeur anionique en installant une unité d'élimination CO2 entre les chambres. Cela réduit le contenu de CO2 à quelques mg/l et provoque une réduction à la fois du volume de résine anionique et des exigences sur les réactifs de régénération. En général, le système à résines cationiques et anioniques est le meilleur compromis. Ainsi, l'eau dé-ionisée obtenue, peut être utilisée dans une large variété d'applications. [3]

  • Système à résines cationique (fortement acide) + anionique (fortement basique et faiblement basique)
    Cette combinaison est une variation de la précédente. Elle fournit la même qualité d'eau dé-ionisée, en offrant des avantages économiques sur le traitement d'eau contenant de fortes charges d'anions (chlorures et sulfates). Le sous-titre montre que le système est équipé d'un échangeur anionique avec une résine faiblement basique supplémentaire avant l'autre échangeur anionique disposant d'une résine fortement basique. L'unité facultative d'élimination du CO2 peut être installée après l'échangeur de cations, ou entre les deux échangeurs d'anions (voir l'image ci-dessous). La régénération des échangeurs anioniques est réalisée à l'aide de soude caustique (NaOH), la solution passant d'abord par la résine de base forte et ensuite par la résine de base faible. Cette méthode exige moins de soude caustique que la méthode décrite auparavant. En effet, la solution de régénération restante après l'échangeur anionique de base forte est d'habitude suffisante pour complètement régénérer la résine de base faible. De plus, quand l'eau brute contient une haute proportion de matière organique, la résine de base faible protège la résine de base forte. [3]

  • Dé-ionisation sur lit mélangé
    Dans les systèmes à lit mélangé, les résines cationique et anionique sont intimement mélangées et contenues dans une seule chambre de contact. Les deux résines sont mélangées par agitation avec l'air comprimé, pour que le lit de trou puisse être le respect ??????comme un numéro(nombre) infini d'anion et des échangeurs cation en série. [2,3]

    Pour effectuer la régénération, les deux résines sont séparées hydrauliquement pendant la phase de séparation. Comme la résine d'anionique est plus légère que la résine cationique elle monte au sommet, tandis que la résine cation tombe au fond. Après l'étape de séparation la régénération est effectuée avec de la soude caustique et un acide fort. N'importe quel excès de régénérant est éliminé en rinçant chaque lit séparément.
    Les avantages de systèmes à lit mélangé sont les suivants

- L'eau obtenue est d'une très grande pureté et sa qualité reste constante tout au long du cycle,
- Le pH est presque neutre,
- Rincer des exigences(conditions) d'eau sont très bas.


Les inconvénients de ces systèmes à lit mélangé sont que la capacité d'échange est inférieure et que la procédure d'exploitation est plus compliquée, à cause des étapes de séparation et de mixage qui doivent être effectués. [3]

À côté des systèmes d'échange d'ion, l'eau dé-ionisée peut être produite par des unités d'osmose inverse. L'osmose inverse est la filtration la plus excellente connue. Ce processus permet l'élimination de particules aussi petites que les ions d'une solution. L'osmose inverse est utilisée pour purifier l'eau en éliminant les sels et autres impuretés pour améliorer la couleur, le goût ou les propriétés du liquide. L'osmose inverse est capable de rejeter des bactéries, des sels, des sucres, des protéines, des particules, des teintures et d'autres constituants qui ont un poids moléculaire de plus grands que 150-250 Daltons. L'osmose inverse peut permettre à l'eau d'atteindre la plupart des normes de qualité avec un système à passage simple et les normes les plus hautes avec un système à passage double. Ce processus réalise des rejets de plus de 99.9% pour les virus ou les bactéries. La pression dans une gamme de 50 à 1000 psig (3.4 à 69 bars) est la force agissante du processus de purification par osmose inverse. Ce procédé est beaucoup plus efficace énergétiquement en comparaison aux processus de changement de phase (la distillation) et encore plus efficace que les produits chimiques exigés pour la régénération dans les échangeurs ioniques. Les particules chargées facilitent la l'élimination des ions avec l'osmose inverse. Cela signifie que les ions dissous, qui portent une charge, comme des sels, sont plus facilement rejeté par la membrane que ceux qui ne sont pas chargés, comme les composés organiques. Plus la charge est importante et plus la particule est grosse, plus elle sera facilement rejeté.[4]

Mesure de la pureté

La pureté d'eau peut être mesurée de façons diverses. On peut essayer de déterminer le poids de tout matériel dissous ("les solutés"); ceci est plus facilement fait pour solides dissous, par opposition aux liquides ou gaz dissous. Une autre méthode consiste à évaluer les quantités d'impuretés par le degré auxquelles elles augmentent le point d'ébullition ou baissent le point de solidification de l'eau. L'indice de réfraction (mesure de la courbure des rayons lumineux traversant un milieu transparent) est aussi affecté par les solutés contenus dans l'eau. Alternativement, la pureté de l'eau peut être rapidement évaluée sur la base de la conductibilité ou la résistance électrique - l'eau pure est un très mauvais conducteur électrique, sa résistance est donc haute.

Qualité

Eau Ultra-Pure

Eau Pure

Eau Purifiée

Résistivité

10-18 MΩ.cm

1-10 MΩ.cm

1-0.02 MΩ.cm

Conductivité

0.1-0.0555 μS/cm

1.0-0.1 μS/cm

1-50 μS/cm

Acidité

L'eau pure est légèrement acide et l'eau distillée possède un pH d'environ5.8. La raison est que cette eau déminéralisée dissout le dioxyde de carbone de l'air. Il dissout le dioxyde de carbone jusqu'à ce qu'il soit en l'équilibre dynamique avec l'atmosphère. Cela signifie que la quantité de dioxyde de carbone dissoute s'équilibre avec la quantité sortant de la solution. La quantité totale dans l'eau est définie par la concentration dans l'atmosphère. Le dioxyde de carbone dissous réagit avec l'eau et forme au final finalement de l'acide carbonique.

2 H2O + CO2 --> H2O + H2CO3 (acide carbonique) --> (H30+) (eau acidifiée chargée) + (HCO3-) (ion bicarbonate chargée)

Seule l'eau déminéralisée venant juste d'être produite possède une acidité d'environ 7, mais affecté par la présence de dioxyde de carbone il atteindra une légère acide en deux heures environ.
De plus, il est important de mentionner que le pH d'une eau ultra-pure est difficile à mesurer. Non seulement l'eau de haute pureté récupère rapidement des polluants - comme le dioxyde de carbone (CO2) - qui affecte son pH, mais elle a aussi une conductibilité basse qui peut affecter l'exactitude des pH-mètres. Par exemple, l'absorption de quelques ppm de CO2 peut abaisser le pH à 4.5, bien que l'eau soit toujours d'essentiellement la haute qualité.

L'évaluation la plus précise du pH d'une eau ultra-pure est obtenue en mesurant sa résistance; pour une résistance donnée, le pH doit si trouvé entre certaines limites. Par exemple, si la résistance est 10.0 MW.cm, le pH doit se situé entre 6.6 et 7.6. Le rapport entre la résistance et pH d'une eau de haute pureté est montrée dans la figure ci-contre.[2]

Electrical resistivity versus pH of deionised water [2]


Comparé à d'autres boissons, l'eau déminéralisée possède une légère acidité.

Boissons pH
Lait 6.5
Eau distillée 5.8
Bière 4.0-5.0
Café 2.5-3.5
Jus d'Orange 3.5
Sodas 2.0-4.0
Cola 2.5
Win 2.3-3.8
(Acide Gastrique) 1.0-2.0
(Acide des batteries) 1.0
Selon le Manuel Merck, le corps humain utilise des "amortisseurs" pour équilibrer le pH. Si une personne consomme quelque chose d'acide, le sang produira plus de bicarbonate et moins de dioxyde de carbone pour neutraliser l'acidité. De même le sang produira plus de dioxyde de carbone et moins de bicarbonate si une substance alcaline est consommée. Ainsi boire de l'eau déminéralisée, ne mettra pas le corps humain dans un état acide.

Sources:
[1] F. N. Kemmer; The Nalco water handbook; 2. Edition; 1988
[2] www.purite.com
[3] Degremont; Water treatment handbook; sixth edition; 1991
[4] Osmonics Pure Water Handbook; 2. Edition; 1997

Pour la terminologie du domaine de l'eau, vérifier notre Glossaire de l'eau et notre FAQ sur l'eau

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