Adoucisseur, sable et charbon : guide du prétraitement

Un filtre à sable ou à média multicouche est une enceinte sous pression garnie de sable de quartz calibré, d'anthracite ou des deux. L'eau traverse le lit de haut en bas à 10–15 m/h, et les particules jusqu'à environ 100 µm sont retenues. Pour une eau d'alimentation jusqu'à 100 NTU, la sortie est généralement ≤5 NTU. La série de filtres à sable couvre 0.5–50 m³/h avec des moteurs de 0.37 à 7.5 kW, et chaque enceinte est dimensionnée à partir de la surface du lit, non d'un numéro de modèle nominal.

Le filtre se place en premier parce que tout ce qui est en aval préfère une eau claire. La turbidité aveugle le charbon, enrobe la résine et encrasse les membranes. Un filtre à sable n'élimine ni les sels dissous, ni la dureté, ni les nitrates, ni la couleur ; c'est une barrière physique uniquement. Lorsque la source dépasse environ 50 NTU, les cycles raccourcissent et la consommation d'eau de contre-lavage augmente vite : il faut alors ajouter une coagulation ou une décantation avant le filtre, plutôt qu'une enceinte plus grande après.

La dureté correspond au calcium et au magnésium, mesurés en mg/L de carbonate de calcium. En dessous de 60 ppm, le tartre se forme lentement et un adoucisseur est rarement économique. Entre 60 et 120 ppm, la décision dépend de la température et de l'équipement : une machine à café, une chaudière vapeur ou un ballon d'eau chaude peuvent encore avoir besoin d'une protection, tandis qu'une ligne d'eau froide peut s'en passer. Au-dessus de 120 ppm, l'adoucissement est généralement justifié ; au-dessus de 180 ppm, il est normalement nécessaire pour les réchauffeurs, les chaudières et l'alimentation de l'osmose inverse.

Les unités courantes sont faciles à confondre. Un grain par gallon vaut 17.1 mg/L en CaCO₃, un degré allemand vaut 17.8 mg/L et un degré français vaut 10 mg/L. Un rapport en gpg doit donc être converti avant d'être comparé à un tableau de sélection. La dureté n'est pas un paramètre sanitaire, mais c'est un paramètre de coût : elle raccourcit la durée de vie des échangeurs thermiques et augmente la consommation de détergent dans les blanchisseries.

La série CK-SF couvre 0.5–15 m³/h en huit tailles de catalogue. Les réservoirs de résine vont de 844 à 3672, les charges de résine de 30 à 650 kg et les bacs à sel de 25 à 800 L. La dureté en sortie reste inférieure à environ 1 ppm en CaCO₃ jusqu'à ce que la résine approche de l'épuisement. Des vannes automatiques dosent le volume traité et déclenchent la régénération, qui prend généralement 60–90 minutes.

Le sel est le principal consommable. Un réglage pratique est de 80–160 g de sel par litre de résine et par régénération, avec une saumure à 8–12 %. Le minimum théorique est d'environ 1.2 kg de chlorure de sodium par kilogramme de dureté éliminée ; les installations réelles en utilisent environ le double, car la régénération n'est pas parfaitement efficace. Les unités à deux réservoirs alternent pour que l'eau adoucie continue de s'écouler pendant qu'un réservoir se régénère.

Le charbon actif élimine le chlore libre, la chloramine, le goût, l'odeur et les matières organiques dissoutes par adsorption. Dans une chaîne de prétraitement, son rôle le plus important est la déchloration : le chlore libre au-dessus de 0.1 ppm oxyde les membranes d'osmose inverse en polyamide, et les dommages sont irréversibles. Il protège aussi la résine cationique, que le chlore dégrade avec le temps, et il réduit la charge organique qui encrasserait sinon la membrane.

La conception est déterminée par le temps de contact à lit vide, et non par le seul volume de l'enceinte. La déchloration nécessite généralement 10–15 minutes d'EBCT ; la chloramine, le goût et l'odeur en nécessitent 15–20 minutes. Les charbons de traitement d'eau ont couramment un indice d'iode de 700–1100 mg/g et une surface spécifique de 500–1500 m²/g, mais l'indice d'iode décrit le volume des micropores et ne garantit pas l'élimination d'un contaminant précis.

Le charbon est aussi l'étage le plus souvent laissé sans surveillance. La percée de chlore peut atteindre une membrane en quelques jours après l'épuisement de la résine ; un robinet de prélèvement et un analyseur de chlore ou d'ORP en sortie de charbon ne sont donc pas facultatifs sur une alimentation d'osmose inverse. Remplacez le charbon sur percée, pas seulement à une date calendaire.

Prévoyez des robinets de prélèvement avant et après chaque étage, des manomètres de part et d'autre de chaque lit et un drain dimensionné pour le contre-lavage. Le filtre à sable et le filtre à charbon nécessitent un débit de contre-lavage plusieurs fois supérieur au débit de service ; l'alimentation en eau brute et le drain doivent donc être vérifiés sur ce pic, et non sur le débit de produit. Une chaîne qui ne peut pas se contre-laver elle-même ne respectera la qualité d'eau que jusqu'au premier lit encrassé.

Partez de l'analyse de laboratoire et du débit horaire de pointe, pas du volume journalier. Dimensionnez le filtre à sable à une vitesse de lit de 10–15 m/h, le filtre à charbon à 5–15 m/h avec 10–15 minutes d'EBCT, et l'adoucisseur à partir du débit de pointe, de la dureté d'entrée et des heures disponibles entre les régénérations. Vérifiez ensuite que le pic de contre-lavage peut être fourni sans affamer le procédé. Pour un filtre à sable de 10 m³/h, le contre-lavage peut demander 35–45 m³/h pendant 5–10 minutes.

Une chaîne dimensionnée sur le seul débit moyen passera la qualité d'eau sur le papier et échouera en été. La demande de pointe, la demande de contre-lavage et l'arrêt de régénération sont les trois chiffres qui décident si la station continue de fonctionner. Inscrivez-les sur la fiche de conception avec la turbidité, la dureté et le chlore maximaux à l'entrée, afin qu'un changement ultérieur de capacité puisse être vérifié par rapport aux hypothèses d'origine.

Chaque semaine, enregistrez la pression différentielle des lits de sable et de charbon, la dureté en sortie et le chlore en sortie de charbon. Chaque mois, vérifiez le débit et la durée du contre-lavage et recherchez des médias dans le voyant. Chaque année, inspectez l'épaisseur du média, nettoyez le bac à sel et étalonnez les instruments. Remplacez le sable tous les 3–5 ans, le charbon sur percée plutôt qu'en fonction de l'âge seul, et la résine lorsque la capacité reste faible après vérification des réglages de régénération et de la dose de sel.