Thématiques - Traitement de l’eau

6.1 Principe de fonctionnement

L’échange d’ions permet de traiter efficacement l’eau. Les porteurs de charge électriques dissous dans l’eau sont enlevés ou remplacés. L’eau est ainsi rendue utile à l’usage auquel elle est destinée. L’échange d’ions est utilisé, entre autres, pour l’adoucissement de l’eau. Les ions de calcium et de magnésium (agents de dureté) associés à l’hydrogénocarbonate sont extraits de l’eau et remplacés par des ions de sodium. Les composés de sodium sont plus solubles que les composés de calcium et de magnésium et ne forment pas de résidus difficilement solubles. Ce processus est réversible, à savoir que la résine échangeuse d’ions peut être régénérée par rinçage avec une solution concentrée de chlorure de sodium.

L’eau dure traverse l’échangeur d’ions:

Ca²⁺/Mg²⁺ + 2Na·R → Ca/Mg·R + 2Na

La résine échangeuse d’ions est régénérée par une solution concentrée de chlorure de sodium (NaCl):

Ca/Mg·R + 2Na⁺Cl⁻ → 2Na·R + Ca²⁺/Mg²⁺Cl₂⁻

L’eau adoucie a la même teneur en sel, la même concentration en carbonates et pratiquement la même conductivité que l’eau dure. Au lieu des hydrogénocarbonates de calcium et de magnésium difficilement solubles, elle contient toutefois de l’hydrogénocarbonate de sodium, qui ne précipite pas comme le calcaire.

L’échangeur de cations fortement acide est constitué d’un granulat dont les grains sont en forme de billes d’une taille entre 0.2 et 1.2 mm.

Pour l’adoucissement, on utilise actuellement aussi une résine échangeuse d’ions monodisperses avec des billes de taille parfaitement uniforme d’env. 0.5 mm. L’uniformité de la taille des grains se traduit par une surface spécifique plus grande, des chemins de diffusion plus courts et une vitesse d’échanges plus élevée. On obtient une meilleure exploitation de la capacité, ce qui permet de réduire les besoins en produits de régénération et d’améliorer le comportement de rinçage.

Les adoucisseurs d’eau Aqua Pro-Vita de Nussbaum 19051/19053 contiennent de la résine échangeuse d’ions monodisperses.

La capacité d’absorption de la résine échangeuse d’ions dépend de sa quantité et de la dureté totale de l’eau brute. Dès que tous les ions de sodium ont été remplacés par des ions de calcium et de magnésium, la résine échangeuse d’ions est épuisée.

Paramètres importants pour le procédé d’échanges d’ions:

• 1 litre de résine échangeuse d’ions adoucit 5 m³ (5000 l) d’eau de 1 °fH.

• Lors de l’adoucissement, pour chaque 1° fH/0.1 mmol, 4.6 mg/l de sodium sont émis.

Adoucisseur d'eau Aquapro-Vita

N° d'article: 19053

Adoucisseur d'eau Aquapro-Vita Compact

N° d'article: 19051

6.1.1 Représentation schématique de l’échange d’ions

	Le magnésium et le calcium entrent en contact avec la résine échangeuse d’ions (G), tandis que le sodium est écarté et que le magnésium et le calcium sont absorbés.
	L’installation est épuisée, et la régénération est enclenchée. A cette fin, une saumure (chlorure de sodium) est injectée sur la résine échangeuse d’ions épuisée (G).
	Des ions sodium entrent en contact avec la résine échangeuse d’ions (G). Du fait de la concentration élevée de sodium, les autres cations sont repoussés.
	La régénération de la résine échangeuse d’ions (G) est terminée. Après le rinçage qui élimine l’excès d’ions de sodium, l’installation est à nouveau opérationnelle.
	La résine échangeuse d’ions (G) peut à nouveau absorber des ions de calcium et de magnésium.

6.2 Informations pour définir la valeur d’adoucissement de l’eau

Saumure:

• Consommation de sel pour régénérer 1 l de résine = 120 g NaCl

• Saturation maximale de saumure (absorption de NaCl dans un litre d’eau à 20 °C) = 359 g NaCl

La durée de saturation dépend de la pression, de la température et du mouillage du sel. La saturation maximale de la saumure est atteinte après 10 à 12 heures environ.

Capacité de la résine utilisée

Le calcul de la capacité permet de savoir combien de résine il faut (V_glo) pour adoucir de l’eau, ainsi que la quantité en litres d’eau que peut traiter l’adoucisseur jusqu’à épuisement de la résine.

• 1 litre de résine peut traiter 5000 litres d’eau brute et adoucir de 1 °fH.

Exemple de calcul pour définir la valeur d’adoucissement de l’eau:

Situation de départ:

Il s’ensuit une réduction du degré de dureté de 27 °fH

Δ °fH = 27

Selon EN 14743, une régénération doit être réalisée au plus tard après 4 jours.

V_tot par jour = 4 × 142 l = 568 l/jour

V_tot par jour × 4 jours × Δ °fH = 568 l × 4 × 27 = 61 344 l

La quantité de résine (V_glo) équivaut à 12.3 l.

L’adoucisseur d’eau Aquapro-Vita Compact 10 (19051) avec 10 litres de résine garantit une exploitation optimale avec un cycle de régénération de 3.3 jours. Il faut cependant aussi prendre en compte la perte de charge lors du débit de pointe dans l’adoucisseur d’eau. On a en outre l’assurance que la résine est complètement épuisée pour le cycle de régénération indiqué et qu’elle ne doit pas faire l’objet d’une régénération forcée et anticipée après 4 jours.

Adoucisseur d'eau Aquapro-Vita Compact

N° d'article: 19051

6.2.1 Outils de Nussbaum

Nussbaum met à disposition en ligne 2 outils sous www.nussbaum.ch/outils. Pour les immeubles résidentiels, un outil pour régler les adoucisseurs d’eau, et pour les immeubles spéciaux, un formulaire permettant de faire une demande à Nussbaum pour définir le type d’adoucisseur d’eau.

6.3 Prescriptions légales et recommandations pour l’adoucissement de l’eau

• Pour l’adoucissement de l’eau de boisson, il convient de s’assurer que la concentration de sodium ne dépasse pas la valeur de 200 mg/l (directive UE 98/83).

• La dureté résiduelle ne devrait pas être réglée trop bas. La SVGW recommande une dureté résiduelle de 7 à 15 °fH (voir fiche technique SVGW W10027, chapitre 9).

6.4 Recommandations de Nussbaum pour le réglage de la dureté résiduelle

En standard, la dureté résiduelle est reglée à 8 °fH.

Si les tuyaux sont en cuivre, une eau adoucie peut causer des corrosions. C’est pourquoi on ne devrait pas adoucir à moins de 15 °fH.

Pour les installations galvanisées, la dureté résiduelle ne devrait pas être réglée trop bas, afin que puissent se former ou être préservées les couches protectrices de calcaire qui tapissent l’intérieur des tuyaux. Nussbaum recommande 15 °fH.

6.5 Contrôle de la teneur en sodium dans les installations d’eau de boisson

Lors de l’adoucissement avec des échangeurs d’ions, la concentration de sodium dans l’eau de boisson augmente. La valeur de 200 mg/l (directive EU 98/83) ne doit dans ce cas pas être dépassée. Lorsque la concentration de sodium est supérieure, il faut ajouter de l’eau de boisson non traitée pour respecter la valeur limite.

Les calculs suivants permettent de déterminer le réglage de la dureté résiduelle et la teneur totale en sodium.

6.5.1 Déduction de la consommation de sodium par °fH

Pour le calcul des quantités de substances chimiques, on utilise la mole, qui correspond à l’unité de base SI.

Une mole contient env. 6.022 × 10²³ particules. Ce nombre est défini de telle manière que 12 g de carbone correspondent exactement à une mole.

Autrement dit, 1 mole d’une substance indiquée en grammes a la même valeur numérique que la masse atomique de la substance dans l’unité de masse atomique (u). (La masse atomique du carbone est de 12 u.)

Masses en moles de divers éléments et liaisons chimiques

Une dureté totale de 10 mg/l (dureté en calcium et magnésium) correspond par définition à un degré de dureté français (1 °fH), 👉 Conversion des unités de dureté de l’eau.

10 mg/l de CaCO₃ correspondent à 0.1 mmol/l de CaCO₃

Il en résulte que:

0.1 mmol/l de CaCO₃ correspond à 1 °fH.

Pour équilibrer les charges d’un ion de calcium (Ca²⁺), il faut 2 ions de sodium (Na⁺), c.-à-d. que pour remplacer 0.1 mmol/l de Ca²⁺, il faut 0.2 mmol/l ou 4.6 mg/l de Na⁺.

Il en résulte que:

Pour remplacer 1 °fH, il faut env. 4.6 mg/l de Na⁺.

6.5.2 Calcul du réglage de la dureté résiduelle

Lorsque la teneur en sodium dépasse la valeur limite de 200 mg/l (directive EU 98/83), cela se remarque au niveau du goût. Pour un adoucissement de l’eau de boisson, il faut donc avoir un robinet mélangeur qui permette d’assurer que la dureté résiduelle de l’eau adoucie puisse être réglée de telle sorte que la concentration de sodium dans l’eau de boisson ne dépasse pas la valeur maximale.

Pour le calcul de la dureté résiduelle, il faut tenir compte de la teneur en sodium et de la dureté de l’eau brute dans la distribution d’eau.

6.5.2.1 Exemple de calcul pour une teneur modérée en sodium dans la distribution d’eau

Situation de départ:

Pour éliminer complètement la dureté (0 °fH) avec l’échangeur d’ions, il faut la quantité suivante de sodium:

4.6 mg/l Na pour chaque 1 °fH

35 × 4.6 mg/l Na = 161 mg/l Na (part de régénération)

Teneur totale en sodium (part de base + part de régénération) = 11 mg/l + 161 mg/l = 172 mg/l

Même dans le cas de l’élimination complète de la dureté, la teneur en sodium reste inférieure à la valeur définie par la directive UE. Il n’est pas nécessaire d’ajouter de l’eau non traitée.

La dureté résiduelle peut être réglée de manière optimale entre 7 et 15 °fH.

6.5.2.2 Exemple de calcul pour une teneur élevée en sodium dans la distribution d’eau

Situation de départ:

Pour éliminer complètement la dureté (0 °fH) avec l’échangeur d’ions, il faut la quantité suivante de sodium:

4.6 mg/l Na pour chaque 1 °fH

37.6 × 4.6 mg/l Na = 173 mg/l Na (part de régénération)

Teneur totale en sodium (part de base + part de régénération) = 107 mg/l + 173 mg/l = 280 mg/l

La teneur en sodium dépasse de 80 mg/l la valeur maximale définie par la directive EU. Il est nécessaire d’ajouter de l’eau non traitée.

Si la teneur en sodium de l’eau brute dans la distribution d’eau ainsi que la teneur en sodium après l’échangeur d’ions sont connues, on peut, en partant de la teneur en sodium maximale admissible de 200 mg/l, calculer facilement les parts de débit dans la distribution d’eau et l’installation d’adoucissement, et ainsi définir le réglage de la dureté résiduelle.

Calcul de la dureté résiduelle avec la croix des mélanges

Le calcul de la dureté résiduelle avec la croix des mélanges permet de déterminer aisément les parts de mélange et la dureté résiduelle à définir. Ce calcul repose sur le principe mathématique d’une équation à plusieurs inconnues de la forme:

c₁ × V₁ + c₂ × V₂ = c₃ (V₁ + V₂)

En ajoutant 46.2 % d’eau de boisson de la distribution d’eau, on obtient la dureté résiduelle suivante:

46.2 % de 37.6 °fH = 17.4 °fH

Calcul de la dureté résiduelle sur la base de l’excès de sodium

Dans le cas d’un excès de sodium de 80 mg/l et de 4.6 mg/l de Na par 1 °fH, on obtient la dureté résiduelle suivante:

80 mg/l ÷ 4.6 mg/l de Na par 1 °fH = 17.4 °fH

Calcul des parts de débit

En partant d’un débit d’eau représentatif réglé pour l’immeuble en question, il faut, à l’aide d’un robinet mélangeur, ajouter autant d’eau de boisson non traitée issue de la distribution d’eau, jusqu’à ce que le robinet pour prise d’échantillon enregistre une dureté de l’eau de 17 à 18 °fH après l’adoucissement.

6.6 Endiguer la contamination bactérienne

Les microorganismes filtrés à la surface de la résine échangeuse d’ions peuvent proliférer dans le lit de résine et contaminer de ce fait l’installation. Leur prolifération peut être endiguée par des mesures simples:

• Adjonction de résine argentée (env. 1 %) à la résine échangeuse d’ions

• Choix d’un emplacement à température ambiante fraîche

• Cycles de régénération courts

Une solution saline saturée a une action antimicrobienne. C’est pourquoi Nussbaum recommande un cycle de régénération de 2 à 4 jours.

6.7 Emplacement

Une installation d’adoucissement doit être placée dans un lieu frais et à température constante. La température de l’eau de boisson ne doit pas dépasser les 25 °C.

6.8 Montage

Pour le montage d’une installation d’adoucissement, il convient de tenir compte des conditions et remarques suivantes:

• Les dispositions de la directive W3 de la SVGW s’appliquent.

• Seul un technicien sanitaire qualifié est habilité à la monter en respectant les prescriptions locales en matière de construction.

• Les composants doivent être facilement accessibles pour l’entretien et les contrôles.

• Les interruptions de la distribution d’eau lors de travaux de service doivent être évitées en contournant la distribution.

• Il faut prévoir des robinets pour prise d’échantillon avant et après l’installation d’adoucissement.

• L’installation doit être montée après une protection contre les retours d’eau, afin d’empêcher le retour de substances indésirables dans la conduite de branchement d’immeuble.

• Il faut tenir compte de la perte de charge.

6.9 Contrôles et entretien

Les installations d’adoucissement doivent être contrôlées régulièrement et conformément au droit suisse des denrées alimentaires et à la directive W3/C2 de la SVGW. Seules des personnes formées en conséquence sont habilitées à faire ce travail, à effectuer l’entretien et à documenter ces opérations.

C’est le propriétaire ou son mandataire qui est responsable d’une exploitation correcte. C’est à lui que revient de faire des autocontrôles, autrement dit à s’assurer qu’il répond à toutes les exigences du droit suisse des denrées alimentaires.

Pour toute information sur le concept d’autocontrôle de la directive W3/C4, se reporter au document Nussbaum «Thématiques hygiène de l’eau de boisson, 👉 Thématique 299.1.006.

6.9.1 Contrôles officiels

Les organes d’exécution du contrôle alimentaire officiel sont habilités à contrôler les installations d’adoucissement et la documentation s’y rapportant, ce dans des propriétés avec logements de location ou immeubles officiels. S’il y a lieu, ils peuvent demander que des modifications ou compléments soient ajoutés aux installations contrôlées.