Paramètres de Qualité de l'Eau

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Chaque projet d'osmose inverse commence par une analyse de l'eau d'alimentation. Ce guide explique les paramètres importants pour la conception du système, leur mode de mesure et les plages typiques de chaque source d'eau. Associez-le aux guides Bases de l'Osmose Inverse et Guide de Conception SWRO lorsque vous travaillez sur un projet réel.

TDS — Matières Dissoutes Totales

La masse de matières inorganiques et organiques dissoutes (filtrables à travers 0,45 µm) dans l'eau, exprimée en mg/L. Déterminée par gravimétrie en séchant un échantillon filtré à 180 °C (APHA 2540C) ou estimée à partir de la conductivité. Plages typiques :

• Eau distillée / perméat d'OI : 1–50 mg/L
• Eau du robinet : 100–500 mg/L
• Eau souterraine saumâtre : 1 000–10 000 mg/L
• Eau de mer (océan ouvert) : 32 000–38 000 mg/L
• Golfe Arabique / Mer Rouge : 38 000–45 000 mg/L
• Concentrats de saumure : 60 000–90 000+ mg/L

Conductivité (µS/cm)

Une mesure indirecte du TDS via la conductance électrique. Le facteur de conversion dépend de la composition ionique ; règles empiriques courantes :

TDS [mg/L] ≈ 0,5 à 0,7 × Conductivité [µS/cm]

Les eaux dominées par le chlorure de sodium utilisent un facteur plus élevé (~0,65), les eaux riches en bicarbonate un facteur plus faible (~0,50). Pour l'eau de mer, le facteur approche 0,70 (35 000 mg/L correspond à ~50 000 µS/cm). Pour le perméat à faible TDS (< 50 mg/L), le facteur approche 0,50.

La compensation de température à 25 °C est essentielle — la conductivité varie d'environ 2 % par °C.

pH

Le logarithme négatif de l'activité des ions hydrogène. Il influence les équilibres carbonatés, le potentiel d'entartrage, la compatibilité avec le matériau membranaire et l'efficacité des biocides. Valeurs typiques :

• Eau de mer : 7,8–8,3
• Eau souterraine saumâtre : 6,5–8,0
• Eau de surface : 6,5–9,0 (cycles des algues)
• Perméat d'OI : 5,5–6,5 (le CO₂ passe au travers)

Les membranes en polyamide tolèrent un pH de 2–11 en fonctionnement et un pH de 1–13 lors du nettoyage. L'ajustement du pH est parfois utilisé pour supprimer l'entartrage carbonaté (alimentation acide) ou améliorer le rejet du bore (alimentation alcaline lors du second passage).

SDI — Indice de Densité de Colmatage (ASTM D4189)

L'indice de colmatage normalisé pour les alimentations d'OI. Un filtre de 0,45 µm est sollicité à une pression d'alimentation de 30 psi, et le temps nécessaire pour filtrer 500 mL est mesuré à t = 0, puis de nouveau après 5, 10 ou 15 minutes de filtration continue. Le SDI est calculé comme suit :

SDI₁₅ = 100 × (1 − t₀ / t₁₅) / 15

Objectifs selon les fabricants de membranes :

• Alimentation SWRO : SDI₁₅ < 3 (certains recommandent < 4)
• Alimentation BWRO : SDI₁₅ < 5
• Effluent d'UF bien prétraité : SDI₁₅ < 2

Le SDI est empirique et quelque peu dépendant de l'opérateur. L'Indice de Colmatage Modifié (MFI) est une alternative.

Turbidité (NTU)

Mesure la diffusion de la lumière par les particules en suspension. Alimentation d'OI acceptable : < 0,2 NTU après prétraitement (1 NTU est réalisable pour l'eau de puits sans filtration mais insuffisant pour les prises d'eau ouvertes). Les eaux de surface peuvent dépasser 100 NTU pendant les tempêtes ; la coagulation + multimédia ou l'UF est nécessaire.

Dureté (équivalent CaCO₃)

Somme des ions calcium et magnésium, exprimée en mg/L de CaCO₃. Classifications :

• Douce : 0–60 mg/L
• Modérément dure : 61–120 mg/L
• Dure : 121–180 mg/L
• Très dure : > 180 mg/L

Détermine le risque d'entartrage par CaCO₃ sur le BWRO et l'OI d'eau du robinet. Calculez l'Indice de Saturation de Langelier (LSI) et l'Indice de Stabilité de Stiff & Davis (S&DSI pour les TDS élevés) afin de prédire l'entartrage. Un dosage d'antitartre ou un prétraitement par adoucissement est requis lorsque les indices indiquent un entartrage.

Chlore Libre

Les membranes en polyamide s'oxydent en présence de chlore. La tolérance est cumulative : ~1 000 ppm-heures d'exposition totale avant une perte de performance mesurable. Limite pratique d'exploitation : < 0,1 ppm en continu. Déchlorez via :

• Dosage de SMBS — 3 ppm de SMBS neutralisent 1 ppm de Cl₂ libre ; réaction instantanée, chimie simple.
• Charbon actif — efficace mais favorise le biofilm ; nécessite un remplacement périodique.

La chloramine (NH₂Cl) est plus dommageable que le chlore libre et n'est pas aussi facilement éliminée par le SMBS — concevez avec soin lorsque l'alimentation est chloraminée par la municipalité.

Bore

Un contaminant difficile pour le SWRO. L'eau de mer contient 4–5 ppm de bore sous forme d'acide borique (pKa = 9,2). Au pH naturel de l'eau de mer (~8,0), le bore existe sous forme de H₃BO₃ non chargé, que le polyamide ne rejette qu'à 50–90 % — le bore du perméat peut être de 0,5–2 mg/L sur un seul passage. Objectifs :

• Directive de l'OMS pour l'eau potable : 2,4 mg/L
• Eau potable de l'UE : 1,0 mg/L
• Irrigation de cultures sensibles au bore : < 0,5 mg/L

Mesures d'atténuation : membranes à fort rejet du bore (FilmTec SW30HRLE, Toray TM820), OI à second passage à pH élevé (10–10,5) où le bore est déprotoné et bien rejeté, ou polissage par résine échangeuse d'ions sélective du bore (Purolite S108, Lewatit MK51).

Teneur en Matières Organiques (TOC, COD, BOD)

Le Carbone Organique Total (TOC) est l'indice unique le plus utile. Un TOC > 2 mg/L suggère le besoin d'un prétraitement renforcé (coagulation, DAF, UF ou charbon actif). Les substances humiques de haut poids moléculaire provoquent le colmatage des membranes et aggravent l'encrassement biologique en nourrissant les biofilms.

Ions Spécifiques

Ion	Eau de mer (mg/L)	Importance pour l'OI
Sodium (Na⁺)	10 800	Cation dominant ; équilibré par Cl⁻ pour l'équilibre des charges
Chlorure (Cl⁻)	19 400	Détermine les contraintes de corrosion ; exige du Super Duplex 2507 pour le SWRO
Sulfate (SO₄²⁻)	2 700	Risque d'entartrage par BaSO₄ / SrSO₄ / CaSO₄ ; nécessite un antitartre
Magnésium (Mg²⁺)	1 290	Dureté ; Mg(OH)₂ à très haut pH
Calcium (Ca²⁺)	410	Entartrage par CaCO₃ / CaSO₄ ; nécessite un contrôle LSI / S&DSI
Potassium (K⁺)	390	Mineur ; rejeté de manière similaire au Na
Bicarbonate (HCO₃⁻)	140	Détermine l'alcalinité et le potentiel d'entartrage par CaCO₃
Bromure (Br⁻)	67	Forme du bromate s'il est pré-oxydé à l'ozone
Strontium (Sr²⁺)	8	Entartrage par SrSO₄ sur le BWRO à haut taux de récupération
Baryum (Ba²⁺)	0,02	À l'état de traces, mais très faible solubilité du BaSO₄
Silice (SiO₂)	0,1–10	Difficile à nettoyer ; limite la récupération du BWRO
Fluorure (F⁻)	1,3	Les puits saumâtres peuvent dépasser ; entartrage par CaF₂
Nitrate (NO₃⁻)	0,5	Préoccupation d'eau potable dans les puits agricoles (> 10 mg/L NO₃-N)

Microbiologie

Le HPC (dénombrement des bactéries hétérotrophes sur plaque), les coliformes totaux et l'ATP (biomasse vivante) indiquent le risque d'encrassement biologique. Les prises d'eau ouvertes (surtout à des températures élevées) nécessitent une stratégie de biocide — chlore intermittent + déchloration, ou dosage choc de DBNPA. Les corps de filtres à cartouche et les conduites stagnantes sont des points chauds de biofilm.

Guide de Lecture d'un Exemple d'Analyse d'Eau

Lorsque vous recevez un rapport de laboratoire, procédez dans cet ordre :

1. Équilibre ionique. Additionnez les cations et les anions en meq/L ; ils devraient correspondre à 5 % près. Un déséquilibre important = un analyte manquant ou une erreur de mesure.
2. Contrôle de cohérence du TDS. La somme des ions majeurs en mg/L devrait approcher le TDS gravimétrique à 10–15 % près.
3. Contrôle de cohérence de la conductivité. Appliquez un facteur de 0,55–0,70 ; il devrait correspondre au TDS.
4. Indices d'entartrage. Calculez le LSI (faible TDS) ou le S&DSI (TDS élevé), ainsi que les rapports produit ionique / Ksp pour CaSO₄, BaSO₄, SrSO₄, SiO₂, CaF₂ au taux de récupération de conception.
5. Indicateurs de colmatage. SDI, turbidité, TOC, huiles & graisses, fer, manganèse, dénombrements d'algues.
6. Charge oxydante. Cl₂ libre, chloramine, ORP — définit le dimensionnement de la déchloration.
7. Analytes spéciaux. Bore, silice, fluorure, nitrate, arsenic selon la source.

Intégrez cela dans un logiciel de projection (DuPont WAVE, Hydranautics IMSDesign, Toray DS2, LG Q+) pour la sélection des membranes et l'agencement des baies.

Tableaux de Conversion

mg/L ÷ poids équivalent = meq/L
ex. : Ca²⁺ : 40,08 / 2 = 20,04 g/eq, donc 100 mg/L de Ca²⁺ = 5,0 meq/L

mg/L ÷ poids moléculaire = mmol/L
ex. : 100 mg/L de Ca²⁺ = 100 / 40,08 = 2,49 mmol/L

1 NTU ≈ 0,5–2,4 mg/L de matières en suspension (très dépendant de la source)
1 grain/gallon de dureté = 17,1 mg/L en CaCO₃