Résines

 

Résine échangeuse d'ions avec régéneration automatique

Le principe de base des résines échangeuses d'ions consiste à "piéger" les ions présents dans l'eau. Les résines agissent alors comme des éponges. Lorsqu'elles sont "pleines" (saturées), il convient de les régénérer ou de les changer.

 

Une alternative extrêmement intéressante, est de remplacer les résines par une installation d'osmose inverse. Le but est de limiter au maximum la charge à traiter par les résines.

Le couplage osmose inverse - résines échangeuses d'ions - est une solution éprouvée qui permet de reduire fortement les frais de production et de recyclage des eaux de process.

Pour toutes les entreprises devant garantir des normes de rejet au niveau de leurs effluents, ou pour garantir une qualité constante des bains de rinçage, DLK Technologies SA propose des solutions personnalisées, clef en main, d'unités de traitement d'eau avec des résines échangeuses d'ions.

Les résines sont particulièrement adaptées pour le traitement des ions (cations et/ou anions) en faible charge. Les débits disponibles vont de quelques litres par jour à quelques m3 par semaine. Pour les débits plus grands, nous travaillerons de préférence avec des systèmes de filtration membranaire en amont des résines.

Totalement modulaires, les systèmes fournis par DLK Technologies SA répondent précisément aux exigences qualitatives et quantitatives des applications, telles que la galvanoplastie, l'usinage chimique, le traitement de surface, ...

 

Les systèmes proposés par DLK Technologies SA

De conception unique et flexible, les appareils fournis par DLK Technologies SA peuvent traiter les effluents de manière manuelle, semi-automatique, ou totalement automatique en fonction de l'application donnée.

  • Leur compacité minimise les exigences d'espace au sol,
  • Leur conception simple et robuste limite l'entretien et la maintenance,
  • Les rapports frais de maintenance, frais d'investissement et frais d'exploitation sont optimisés.

Système de traitement d'eau residuaire par résine

 

Description des résines échangeuses d'ions

Le principe consiste à échanger certains ions, voire la totalité, avec des groupes actifs fixés sur des résines. Les résines, qui se présentent sous forme de billes ou sous forme de poudre sont donc capables d'échanger leurs ions mobiles avec des ions de même signe, contenus dans une solution avec laquelle elles sont mises en contact.

Plusieurs types d'échangeurs d'ions sont à distinguer :

Résines cationiques :

Les résines cationiques faibles, ou résines carboxyliques, sont très peu utilisées en traitement de surface. Elles fixent les cations qu'en milieu alcalin ou faiblement acide (pH > 3). Elles sont régénérées à l'acide chlorhydrique ou sulfurique.

Les résines cationiques régénérées à l'acide

Il s'agit de résine cationique forte ou résine type sulfonique qui échangera les ions Ca2+, Mg2+, K+, Na+ contre des ions H+. Lors de la régénération, réalisée par de l'acide chlorhydrique ou sulfurique, c'est le processus inverse qui sera réalisé. Leur résistance thermique et chimique est très élevée et fixe tous les cations dans une gamme de pH très étendue (1 > pH > 13).

Certaines d'entre elles sont dites « macroporeuses » car elles ont des propriétés absorbantes et sont réservées lorsque l'eau à traiter renferme une forte charge de D.C.O.

Les résines cationiques régénérées à la saumure (adoucisseurs)

Il s'agit de résine cationique forte qui échangera les ions Ca2+, Mg2+, K+ contre des ions Na+.

Lors de la régénération, réalisée par du chlorure de sodium, c'est le processus inverse qui sera réalisé.

Les résines complexantes ou chélatantes

Les résines complexantes ou chélatantes sont des résines cationiques qui présentent la particularité d'une sélectivité marquée pour toute une série de métaux lourds et de métaux de transition. Par ailleurs, elles fixent en priorité les métaux ou groupement bivalents avec une très faible affinité pour le calcium. Elles sont régénérées par de l'acide chlorhydrique ou sulfurique, puis conditionnées à la soude, de manière à limiter l'abaissement du pH de la solution ainsi traitée.

 

Résines anioniques :

Les résines anioniques fortement basiques

Les résines anioniques fortement basiques fixent les anions d'acides forts et faibles dans une plage de pH comprise entre 1 et 12. Dans le cas d'une solution contenant du cyanure, celui-ci est fixé sur ce type de résine. En revanche la silice n'étant pas bien retenue, c'est elle qui « fuira » en premier. Ce type de résine est régénéré à la lessive de soude. Par ailleurs, ce type de résine est facilement contaminé par une pollution de type organique, il conviendra de la protéger avec un bidon de charbon actif.

Les résines anioniques moyennement basiques

Les résines anioniques moyennement basiques fixent les anions forts à des pH acides (< 5), ce qui est intéressant pour fixer l'acide chromique notamment, mais aussi les acides faibles (acides carboniques ou siliciques). Ce type de résine est régénéré à la lessive de soude et est moins sensible à la pollution de type organique.

Résines « en lit mélangé » :

Il s'agit d'un mélange de résine cationique forte et de résine anionique forte. Ces résines sont généralement réservées pour des applications spécifiques (nucléaire par exemple, ou traitement pour monter en résistivité après déminéralisation sur un échangeur cationique et un ou deux échangeurs anioniques) et sont soit « jetables », soit retraitées en centre après séparation par fluidisation.

Résines inertes :

Cette résine n'a aucune particularité chimique. Elle est employée pour la diffusion du réactif de régénération et ainsi éviter la formation de poches ou pour la séparation de phase dans le cas d'une régénération d'une résine en lit mélangé. Elle permet aussi d'éviter l'emploi de sable ou de billes de verre lorsque l'eau déminéralisée doit respecter une très forte qualité en silice (production de vapeur surchauffée par exemple).

Résines absorbantes :

L'absorption n'est pas, à proprement parler, un procédé d'échange d'ions, mais cette résine reste très voisine des résines échangeuses d'ions. Leur application permet l'élimination des impuretés organiques dans les effluents.

 

Résine échangeuses d'ions

Caractéristiques physiques des résines échangeuses d'ions

Diamètre et répartition granulométrique

Les polymères de base des résines échangeuses d'ions sont habituellement fabriqués par polymérisation en phase aqueuse dans un réacteur agité et se présentent sous forme de billes. Il en résulte inévitablement une distribution granulométrique autour d'une valeur moyenne (type courbe de GAUSS). Une fraction granulométrique plus serrée ne peut être obtenue que par classification hydraulique ou tamisage. Des résines échangeuses d'ions, de granulométrie homogène, appelées parfois « mono disperses » par la société BAYER, sont produites de façon spéciale avec un diamètre de bille qui ne s'écarte pas de plus de 0,05 mm du diamètre moyen. Par ailleurs, le type de polymère utilisé sera à-même ou pas de supporter les contraintes mécaniques liées au procédé de régénération et de production requis (co-courant, contre courant, lit flottant, présence de D.C.O., ...)

 

Structure

Il existe deux types de structure :

Le type gel

Le réseau de base est organique et ne présente pas de surface interne. Ces résines possèdent de forte capacité d'échange et une excellente cinétique. Elles restent cependant sensibles aux contraintes mécaniques et osmotiques, ainsi qu'à l'encrassement par les matières organiques.

Le type macroporeux

Le réseau de base est organique et présente des pores de grande taille, ainsi qu'une surface interne importante. Ces résines possèdent donc le pouvoir d'adsorber de grosses molécules organiques en même temps qu'elles échangent les ions.

 

Capacité utile

La capacité utile d'une résine échangeuse d'ions est donnée par la fiche du fabricant. Elle indique la quantité d'ions qu'elle peut échanger par unité de volume. Elle est exprimée en eq/l.

 

Les modes de régénération des résines échangeuses d'ions

Ils existent deux modes principaux de régénération :

Régénération des résines à co-courant

La saturation des résines (production) et la régénération ont lieu dans le même sens, de haut en bas.

Régénération des résines à contre courant

La saturation des résines (production) et la régénération ont lieu en sens contraire, ce qui nécessite de bloquer le lit de résine entre deux planchers crépinés ou deux crépines de dispersion. Cela a donc pour conséquence de ne pas pouvoir éliminer les fines de résines lors du détassage. Il faut donc prévoir des opérations de définage réguliers et pourquoi pas, proposer une colonne de définage. En revanche, la régénération à contre courant présente de nombreux avantages :

  • Meilleure capacité de la résine,
  • Faible taux de régénération,
  • Très bonne qualité de l'eau déminéralisée produite tout au long du cycle de saturation,
  • Réduction du volume d'éluats,
  • Temps de régénération plus faible.

Stockage d'eau déionisee après résine

Les applications des résines échangeuses d'ions

Les échangeurs d'ions sont principalement utilisés, en traitement de surface, pour :

  • Produire de l'eau déminéralisée,
  • Recycler des rinçages,
  • Réaliser des traitements de finition avant rejet,
  • Maintenir la qualité d'un bain de traitement.

Pour le dimensionnement des systèmes de traitement par résine, il faut cependant tenir compte d'un certain nombre de paramètres:

Tampons

  • Régulation de la charge et de du débit,
  • Type d'effluent.

Résines

  • Type de résine,
  • Volume de résine,
  • Chainage,
  • Régénération sur site ou en extérieur,
  • Résines jetables.

Charges

  • Frais d'exploitation,
  • Volume d'éluat produit.

Les résines échangeuses d'ions proposées par DLK

DLK Technologies SA propose des systèmes adaptés en fonction des besoins spécifiques de ses clients (volume, charge, infrastructure, personnel, budget, ...)

Le dimensionnement des résines est extrêmement délicat et demande une très bonne connaissance de l'effluent. Afin de s'assurer du résultat, DLK dispose d'un laboratoire ad hoc ainsi que d'unités de pilotage pour assister ses clients dans cette démarche et ainsi proposer la solution la plus avantageuse.

Les modèles proposés par DLK offrent les caractéristiques suivantes :

  • Colonne de résine de 25, 50 et 75 litres,
  • Série et parallèle,
  • Simple ou avec régénération,
  • Solutions économiques manuelles,
  • Solutions automatisées,
  • Mesure Conductivité, pH, redox.

En plus, DLK fournit

Traitement d'eau clef en main