Échangeurs d’ions
Traitement des eaux avant utilisation. Substances dissoutes

Le précédent article Traitement des eaux avant utilisation. Matières particulaires a été consacré à l’élimination de toutes les substances particulaires en suspension dans les eaux naturelles. Ces traitements, dits de clarification, peuvent suffire à préparer des eaux industrielles lorsque les critères de qualité ne sont pas très contraignants (exemples : certaines eaux de lavage, de transport ou de refroidissement ; eaux de cartonneries et de papiers d’emballage).

Dans de nombreux cas, en revanche, il faut pousser le traitement plus loin, en éliminant les micropolluants minéraux et organiques et en pratiquant une désinfection pour préparer une eau de qualité potable, et/ou en introduisant ou en ôtant des gaz et des sels minéraux dissous, jusqu’à obtenir, dans les exemples les plus élaborés, un produit aussi proche que possible de l’élément H₂O (« eaux ultrapures »).

Cet article passe donc en revue tous les traitements intervenant sur les constituants dissous (gaz, sels minéraux, matières organiques, polluants divers), certains d’entre eux présentant néanmoins une influence importante sur les matières particulaires et plus spécialement :

• les oxydants forts sur les organismes pathogènes (désinfection), voire tous les micro-organismes présents dans l’eau (stérilisation) ;

• les membranes en matière de clarification et/ou de désinfection/stérilisation.

Les traitements décrits ici interviennent le plus souvent après une clarification préalable lorsque la ressource est une eau superficielle ; ils peuvent être appliqués directement s’il s’agit d’une eau souterraine de bonne qualité ou d’une eau de distribution publique déjà rendue potable. Dans ces conditions, et en fonction des usages de l’eau, la filière de traitement associera certains des actes unitaires suivants :

• dissoudre un gaz (oxygène le plus souvent), ou au contraire chasser tout ou partie des gaz dissous préexistants : c’est le but des échanges gaz-liquide ;

• utiliser des réactifs oxydants (chlore, ozone, etc.) pour exercer un effet chimique et/ou désinfectant, voire stérilisant ;

• fixer certains composés, comme les micropolluants organiques, sur des produits adsorbants dont le charbon actif (aussi utilisé dans d’autres cas pour son pouvoir déchlorant) représente actuellement l’exemple le plus courant et le plus élaboré ; souvent, une ozonation préalable ajoute au lit de charbon un effet de biofiltration qui complète l’action purement physique d’adsorption, ce qui augmente le rendement d’élimination des solutés indésirables et l’intervalle entre deux régénérations successives ;

• mettre en œuvre des résines échangeuses d’ions soit pour modifier ou abaisser la salinité de l’eau, soit pour l’éliminer totalement (on parle alors de déminéralisation) ; la complexité de ce domaine se révèle tant dans la nature des résines que dans la technologie de leur mise en œuvre, dont l’électrodésionisation représente le développement le plus récent ;

• exercer, lorsqu’une déminéralisation n’est pas requise, une action sur les caractéristiques calco-carboniques de l’eau (pH, alcalinité, dureté calcique), consistant suivant le cas en une neutralisation du CO₂ agressif, un adoucissement (avec ou sans décarbonatation) ou une reminéralisation ;

• pratiquer différents types de séparation sur membranes : suivant le pouvoir de coupure nécessaire, on choisira des membranes microporeuses (microfiltration, ultrafiltration) à effet purement filtrant, des membranes semi-perméables (nanofiltration, osmose inverse) ou de dialyse éliminant plus ou moins complètement les molécules et les sels dissous, ou des membranes de dégazage.

L’agencement des différentes phases unitaires de traitement, en fonction de la qualité d’eau recherchée et du type d’industrie concerné, fera l’objet de l’article suivant Traitement des eaux avant utilisation[G 1 172].