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Réalisé par : Demandé par : LAKHAL AYMANE Mr Lamhamdi Abdellatif ECHANGE D’IONS

Réalisé par : Demandé par : LAKHAL AYMANE Mr Lamhamdi Abdellatif ECHANGE D’IONS / OSMOSE Techniques de production de l’eau potable. Sommaire:  Généralités sur les eaux  Echange d’ions : - Introduction - Généralités et vocabulaire - Principaux types d’échangeurs d’ions  L’osmose : - Introduction - Les osmoseurs - Principe - Elements constitutifs d’une unité d’osmose inverse La technologie de séparation mixte osmose inverse et échange d’ions Généralité sur les eaux Comme tout le monde le sait, la planète Terre est également appelée planète bleue, ceci provient du fait que sa surface est recouverte à 72 % d’eau. L’eau existe en quantité immuable depuis des millénaires, dans le monde, nous pouvons en compter 1400 millions de km3. C’est une quantité phénoménale. Même si la consommation en eau connaissait un accroissement formidable, il serait impossible de la consommer entièrement. Mais ce n’est pas si simple. En effet, cette quantité d’eau colossale n’est pas 100% propre à la consommation. La plus grande partie, 97,2% voire 97,5% selon les sources, est de l’eau de mer et le reste, 2,5% à 2,8% est de l’eau douce. Echange d’ions Introduction Les échangeurs d’ions sont des substances granulaires insolubles, comportant dans leur structure molé culaire des radicaux acides ou basiques susceptibles de permuter, sans modification apparente de leur aspect physique, et sans altération ou solubilisation, les ions positifs ou négatifs, « fixés » sur ces radicaux, contre des ions de même signe se trouvant en solution dans le liquide à leur contact. Cette permutation appelée échange d’ions permet de modifier la composition ionique du liquide objet du traitement, sans modification du nombre total de charges existant dans ce liquide avant l’échange. Les échangeurs d’ions ont d’abord été des terres naturelles (zéolites), puis des composés synthétiques minéraux (silicoaluminates) puis organiques, ces derniers étant presque exclusivement employés actuelle ment sous le nom de résines. Elles se présentent soit sous forme de grains, soit, pour la majorité d’entre eux, sous forme de billes. Généralités et vocabulaire : Mécanisme de l’échange d’ions: mise en œuvre d’une réaction réversible du type adoucissement Comme tout équilibre chimique, il est réglé par la loi d’action de masse, la réaction inverse correspondant à la régénération de l’échangeur. Si le liquide à traiter est mis en contact statique avec l’échangeur, la réaction s’arrête lorsque l’équilibre est atteint entre le liquide et la résine, mais il subsiste pratiquement toujours une fuite ionique plus ou moins importante de l’ion que l’on souhaite fixer. mise en œuvre d’une réaction non réversible C’est le cas de la fixation d’un acide fort par un échangeur d’anions fortement basique (réaction de neutralisation) : La réaction inverse (hydrolyse) n’existe pratiquement pas, l’échange est total et peut être obtenu aussi bien en contact statique qu’en percolation. Dans ce cas, la fuite ionique peut être nulle, à condition que le temps de contact entre l’eau et la résine soit suffisant… la régénération de la résine sous forme chlorure n’est possible qu’en utilisant une base forte. On peut assimiler à cette catégorie d’échange les réactions d’équilibre qui donnent naissance à un com posé insoluble. Par exemple, si l’on traite de l’eau de mer avec un échangeur saturé d’ions argent. utilisation d’anion complexe préalablement fixé Cet ion complexe est susceptible de provoquer des réactions secondaires, par exemple des phénomènes d’oxydoréduction sur les ions de l’eau ou du liquide traité, sans entrer lui-même en solution dans le liquide. Exemple : fixation de l’oxygène dissous par oxydation d’une résine anionique sulfitée (R-NH3-S03H) en résine sulfatée (R-NH3-SO4H). Vocabulaire : Capacité (ou pouvoir d’échange) d’un échangeur : c’est la quantité d’ions susceptibles d’être fixés par unité de volume ou par unité de poids. La capacité est exprimée en équivalent ou en degrés français par unité de poids ou de volume de résine tassée. On distingue : •la capacité totale, qui est la quantité maximale d’ions échangeables et qui caractérise une résine donnée ; •la capacité utile, qui est la fraction utilisable de la capacité totale et qui dépend des conditions hydrau liques et chimiques de chaque cas d’application. Principaux types d’échangeurs d’ions : Echangeurs de cations: Ils peuvent se classer en deux groupes : Echangeurs fortement acides : Ils sont caractérisés par la présence de radicaux sulfoniques HSO3 – ayant des acidités voisines de celle de l’acide sulfurique. Actuellement ce sont des polystyrènes sulfonés obtenus par : •copolymérisation de styrène et de divinylbenzène effectuée sous forme d’émulsion de façon à obtenir des sphères parfaites à la solidification ; •sulfonation des billes ainsi obtenues. Echangeurs faiblement acides : Ce sont des résines polyacryliques caractérisées par la présence de radicaux carboxyliques HCO2, pouvant s’apparenter à certains acides organiques tels que l’acide formique ou acétique. Ils se différencient des échangeurs fortement acides sur deux points Echangeurs d’anions: Ils peuvent se classer en deux groupes : Echangeurs d’anions fortement basiques : Ces produits sont des amines quaternaires. Leur squelette est soit polystyrénique, soit acrylique, à struc ture gel ou macroporeuse. Pour les polystyréniques, on distingue les plus fortement basiques de type 1 avec des groupes triméthy lammonium, et le type 2 avec des groupes diméthyléthanolammonium, dont la basicité est légèrement plus faible. Echangeurs d’anions faiblement basiques : Ces produits sont des amines généralement tertiaires. Les animes primaires sont rarement utilisées et ont une basicité très faible. Leur squelette est soit polystyrénique à structure macroporeuse, soit polyacrylique. Les résines polyacryli ques ont plus de capacité et retiennent l’acide carbonique mais sont difficiles à rincer. L’OSMOSE Introduction: L'osmose est basée sur le principe fondamental de l'équilibre. Lorsque deux liquides contenant différentes concentrations de solides dissous sont mis en contact, ceux-ci se mélangent jusqu'à uniformisation des concentrations. Lorsque ces deux liquides sont séparés par une membrane semi-perméable (laquelle laisse passer les liquides tandis que les solides dissous restent dans leur compartiment), le liquide contenant la plus faible concentration de solides dissous va traverser la membrane pour aller dans le liquide contenant la plus forte concentration de solides dissous. Après un temps donné, le niveau de l'eau sera plus élevé d'un côté de la membrane. La différence de hauteur est appelée pression osmotique Phénomène de l’osmose Les osmoseurs: On trouve deux lignes d’osmose inverse, de membrane de type organique, dans chaque ligne l’eau passe par deux étapes de traitement, après la deuxième étape l’eau non traitée évacue vers le bassin de rejet. Principe : L’osmose inverse: L’osmose inverse consiste à faire passer l’eau au travers des membranes semiperméables, sous l’effet de la pression différentielle de la solution concentrée vers la solution diluée. Le taux d’élimination est exprimé en pourcentage de la salinité totale, la réduction de salinité de l’eau saumâtre est supérieure à 92% contre plus de 98,5% pour l’eau de mer. L'écoulement s'effectue en continu tangentiellement à la membrane. Une partie de la solution à traiter (débit Q0) se divise au niveau de la membrane en deux parties de concentrations différentes: - Une partie qui passe à travers la membrane ou perméat (débit Qp) ; - Une partie qui ne passe pas à travers la membrane, appelée concentrât ou retentât (débit Qc), et qui contient les molécules ou particules retenues par la membrane Séparation en phase liquide par perméation à traverse une membrane Pression osmotique: La pression osmotique peut être calculée par la loi de Van’t Hof qui exprime que la pression osmotique exercée par un soluté est égale à la pression que ce corps aurait exercé dans l’état gazeux parfait dans le même volume (V) et à la même température (T). Si le soluté est dissocié en i ions, la pression osmotique sera i fois supérieure Éléments constitutifs d'une unité d'osmose inverse Les éléments constitutifs d'une unité d'osmose inverse sont schématisés sur la figure La technologie de séparation mixte osmose inverse et échange d’ions Récemment Lanxess a proposé un nouveau logiciel complet (LewaPlus). Ce logiciel est capable d’intégrer des schémas de calcul d’osmose inverse et d’échange d’ions. Par conséquent, les installations de traitement de l’eau équipées d’un système à deux voies d’eau ou de processus hybrides utilisant successivement l’OI puis l’EI, peuvent être comparées, permettant ainsi au concepteur d’optimiser rapidement l’installation de traitement de l’eau. De plus, le logiciel permet de calculer et d’évaluer les effets des variables de processus, telle la température, pour un système complet. Concernant la conception d’une installation d’OI, le logiciel permet d’obtenir un schéma recommandé, basé sur les informations introduites. D’autres mises à jour sont prévues pour cette année, par exemple l’option de post-traitement par EI, ainsi qu’un calcul détaillé du coût et de l’énergie pour le concept d’OI. uploads/Finance/ echange-d-x27-ions-osmose-enregistrement-automatique.pdf