Le chlore résiduel (principalement l'acide hypochloreux HOCl et l'hypochlorite OCl⁻) a un fort effet oxydant et destructeur sur les résines échangeuses d'ions. Cette destruction est un processus de dégradation chimique qui raccourcit considérablement la durée de vie de la résine et réduit sa capacité d'échange.
Le cœur de la résine échangeuse d'ions est son squelette-polymère réticulé. Le chlore résiduel, en tant qu'oxydant puissant, attaque la structure du cycle benzénique, détruisant son caractère aromatique. Plus sérieusement, il oxyde et détruit les liaisons carbone-carbone reliant les chaînes polymères et les liaisons de pontage de l'agent de réticulation-, le divinylbenzène.
Pour les groupes fonctionnels tels que les groupes acide sulfonique, la dégradation oxydative du squelette par le chlore résiduel affaiblit les points d'attache des groupes acide sulfonique, conduisant finalement au détachement des groupes acide sulfonique et à une perte de capacité d'échange.
L'oxydation de la résine par le chlore résiduel entraîne une diminution permanente de la capacité d'échange. Les groupes fonctionnels endommagés ne peuvent pas être régénérés, ce qui entraîne une capacité réduite de traitement de la résine ; des cycles de fonctionnement plus courts nécessitent des régénérations plus fréquentes, ce qui augmente les coûts d'exploitation (régénérant, consommation d'eau, temps) ; et la rupture de la résine, car la dégradation oxydative du squelette entraîne une diminution de la résistance de la résine, la rendant cassante et fragile. Les débris augmentent la chute de pression du système, obstruent les distributeurs d'eau et contaminent les effluents ; la matière organique se dissout et les produits de dégradation (tels que les acides organiques et les amines de faible poids moléculaire) s'échappent de la résine, polluant l'eau traitée.
Comment éliminer le chlore résiduel ?
Les méthodes d’élimination du chlore résiduel doivent être efficaces, fiables et économiquement réalisables. Les principales méthodes sont les suivantes :
1. Adsorption sur charbon actif
Un lit de charbon actif-bien conçu (le temps de contact EBCT sur le lit vide est généralement de 5 à 15 minutes) peut réduire le chlore résiduel influent de 1 à 2 mg/L à < 0,01 mg/L.
La capacité d'adsorption du charbon actif pour le chlore résiduel est généralement comprise entre 0,1 et 1,0 gCl₂/g de charbon actif, selon le type de charbon, la qualité de l'eau et les conditions de fonctionnement. Cela signifie qu'un kilogramme de charbon actif peut traiter des centaines, voire des milliers de litres d'eau chlorée (sur la base d'une concentration de chlore résiduel de 1 mg/L).
Le charbon actif possède une grande surface spécifique (généralement 800-1 500 m²/g) et une structure microporeuse bien développée, lui permettant d'éliminer efficacement le chlore résiduel par adsorption physique et réduction chimique (les sites de réduction sur la surface du charbon actif réduisent HOCl/OCl⁻ en Cl⁻).
Advantages: High removal efficiency (typically >99 %), capable d’éliminer simultanément les matières organiques, les odeurs, la couleur et autres polluants de l’eau. Opération simple et entretien relativement aisé (contre-lavage régulier, remplacement après saturation).
2. Dosage de l'agent réducteur chimique :
Théoriquement, éliminer 1 mg/L de chlore résiduel (Cl₂) nécessite environ 1,46 mg/L de NaHSO₃ (soit environ 1,34 mg/L de SO₂). Dans les applications pratiques, en considérant des réactions incomplètes et en garantissant une marge de sécurité, le rapport de dosage est généralement de 1,8 : 1 à 3 : 1 (mg NaHSO₃ : mgCl₂).
Une surveillance précise du chlore résiduel en ligne et des pompes doseuses sont nécessaires pour le contrôle en boucle fermée- afin de garantir ni le sous-dosage (qui endommage la résine) ni le surdosage (qui gaspille les réactifs et peut introduire des ions supplémentaires tels que SO₄²⁻).
Avantages : Réaction extrêmement rapide (secondes), contrôle précis du dosage, faible encombrement, adapté à la gestion de débits importants ou de situations présentant de grandes fluctuations de la concentration de chlore résiduel.
3. Irradiation ultraviolette (UV) (moins couramment utilisée) : Des longueurs d'onde spécifiques de la lumière UV (principalement 254 nm) peuvent photolyser le chlore résiduel. Cependant, son efficacité est relativement faible (nécessitant des dosages plus élevés), son coût est élevé et il présente des exigences en matière de turbidité de l'eau et de transmission de la lumière. Elle n'est généralement pas utilisée comme méthode courante pour la protection des résines et l'élimination de la chloration, mais plutôt pour la désinfection ou comme méthode auxiliaire.
