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L’application & les avantages d’un adoucisseur d’eau équipé de la résine cationique Purolite® SSTC 60ᴹᴰ Technologie enveloppe mince (Shallow Shell) Présenté au Salon 36 heures des pros de l‘eau du Québec, le 21 mars 2014 Par Don Downey, Directeur des ventes pour le Canada, Purolite Canada

Pourquoi adoucir l’eau? Réduction de la dureté pour: 1. Prévenir l'entartrage par le Ca. SO 4. 2. Réduire les résidus de savons 3. Prévenir les taches par le Fe

Pourquoi adoucir l’eau? Ca (HCO 3 )2 Bicarbonate de calcium CHALEUR Ca CO 3 Dépôts de Carbonate de calcium

Comment adoucir l’eau? Mesure de la dureté de l’eau: • en parties par million (ppm) en Ca. CO 3 • en milligrammes par litre (mg/L) • en milliéquivalents par litre (meq/L) ─ pour le chimiste • en grains par gallon US (gr/gal US) en industrie • exprimée en ions ou en équivalent Ca. CO 3

Comment adoucir l’eau? Procédé d’échange de dureté Ca Mg Na HCO 3 Cl SO 4 NO 3

Comment adoucir l’eau? Ca Mg Na Les perles ou grains de résine sont placées dans une cave pressurisée En moyenne, un adoucisseur d’eau est conçu pour opérer pendant 20 heures avant d’être régénéré SAC Résine Na La résine de l’adoucisseur est régénérée avec une solution de sel (Na. Cl) à 15% afin que la résine puisse être remise en service en peu de temps

Étapes de la régénération SAC Résine Eau de lavage Effluent à drainer Rétrolavage Expansion du lit 50 - 80 % -pour séparer les perles -pour enlever les matières colloïdales -pour assurer un bon contact avec la saumure Volume de l’eau de lavage : 1. 5 à 4 fois le volume du lit Durée : -10 -20 minutes Débit: -dépend de la température de l’eau normalement 7 - 12 m/h (3 -5 gal US/pi 2. )

Étapes de la régénération Saumure et eau de dilution SAC Résine Chlorure de drainer Ca, Mg, Na Injection de sel Quantité de sel: 64 -320 g g/L─r (4 ─ 20 lb. /pi³-R) Concentration de saumure: 10% en poids (8 -15%) Durée de contact: 30 (min) - 60 minutes Débit (incluant eau de dilution): 2 – 7 BV/h (0. 25 to 0. 9 USGPM/pi 3 Eau de dilution Volume de l’eau: 2 - 4 fois le volume de résine (15 - 30 USG/pi 3. ) Débit: 2 - 7 BV/h (0. 25 - 0. 90 USGPM/pi 3)

Étapes de régénération Rinçage rapide Volume de l’eau: 3 - 6 fois le Volume du lit de résine (2550 USG/pi 3) Eau de rinçage SAC Résine Chlorure de Na vers le drain Débit: 8 - 40 BV/h (1. 0 - 5. 0 USGPM/pi 3)

Coûts de régénération Description Montant $ Sel (min) pour régénérer 1 pi³ de résine 8 0, 10/Ib. Eau (min) pour régénérer 1 pi 3 de résine 75 4. 00/1000 gal Coût total annuel pour utiliser un adoucisseur domestique Nombre total d’adoucisseurs domestiques au Canada 400. 00$ 2. 5 millions Ajoutez les adoucisseurs commerciaux et industriels et quel grand total croyez-vous atteindre dans ce tableau? Description Montant $ Sel (min) pour régénérer 1 pi 3 de résine 12 0. 10/lb. Eau (min) pour régénérer 1 pi 3 de résine 100 4. 00/1000 gal Coût total pour exploiter 1 pi 3 de résine commercial ou industriel/année Quantité totale de résine utiliser dans le commercial et l’industriel au Canada 560. 00$ 13 millions pi 3

Faire les choses différemment Et si nous pouvions fabriquer une résine qui nécessiterait moins de sel et continuerait de respecter les normes de qualité de l’effluent? Et si nous pouvions utiliser une résine qui nécessiterait moins d’eau et qui continuerait de respecter les normes de qualité de l’effluent? Et si nous pouvions fabriquer une résine que l’on pourrait régénérer avec de l’eau de mer?

Faire les choses différemment Et si nous pouvions fabriquer une résine et ensuite la régénérer avec les rejets d’un procédé d’osmose inverse? Et si nous pouvions fabriquer une résine et utiliser du bicarbonate de soude pour la régénérer? Et si nous pouvions fabriquer une résine et utiliser de la vapeur pour la régénérer?

Pour améliorer la perle de résine • 99% des sites disponibles pour l’échange d’ions sont à l’intérieur de la perle de résine. • La cinétique est la vitesse à laquelle les ions sont échangés sur les sites en surface et à l’intérieur de la perle de résine. • À mesure que la perle de résine augmente de grosseur, la cinétique ralentit à cause des difficultés de diffusion. • Si la dimension des perles double la cinétique est 4 fois plus lente.

Pour améliorer la perle de résine N N N a a N N Na a N Na Na N a a Ca N N a Ca. Fe N a Na Ca a N a. N Na Fe Na a a N Ca Na Na Na a Ca N Na Na N a N N a a a Na NOTE: Contamination du “coeur” de la perle et contamination par le Fe N a N a N a

Pour améliorer la perle de résine À mesure que le produit régénérant est utilisé dans le processus de régénération de la résine, la capacité pour compléter la réaction s’épuise. • Le centre de la perle ne peut être régénéré, ce qui résulte en une fuite lorsque le régénérant pénètre jusqu’au centre de la perle. • À cause de ce centre non-régénéré ─des métaux lourds─ Fe, Br et Sr s’accumulent, ce qui rouille la résine. • Des quantités excessives de produit chimique son requises afin de surmonter les problèmes associés aux résines standards.

Améliorations à la perle N N N a a N N Na a N Na Na N a a N N N a Na + Fe a+ N a + Na N a. N + Na a Fe Na a a N N + Na Na + Na a a N N Na Na a+ Na Na N N N N a a a Na Technologie enveloppe mince (Shallow Shell) SST 60 and SST 80 N a N a N a Ajouter un noyau

Améliorations à la perle La résine SST 60 permet une cinétique plus rapide vs. Les catégories de résine standard et PUROFINE en opération à co-courant Résine standard du plus grand diamètre Résine SST 60 à enveloppe mince et noyau central Résine Purofine C 100 de plus grand diamètre Diamètre de 1 à 2 mm Diamètre de 0, 71 mm Diamètre de 1, 87 mm 10 X plus rapide 3. 5 X plus rapide 0, 375 mm de diamètre La résine SST 60 est 10 X plus rapide que la résine standard Diamètre équivalent de 0, 375 mm pour la résine SST 60 La résine SST 60 est 3. 5 X plus rapide que la résine Purofine Le taux de diffusion est proportionnelle à 1/r² où «r» est le rayon de la perle

Applications sur le terrain 1: Une étude (2007) sur le terrain illustrant la régénération de la résine SST SAC avec l’eau de mer, aux installations de BP (EOR) à Prudhoe Bay Alaska. 2: Une étude sur le terrain (2010) démontrant la régénération de la résine SST SAC avec le rejet d’une unité d’osmose inverse (CIX-RO) à l’usine ZLD en banlieue de Chicago, Illinois. 3: Une étude (2011) sur papier de l’illustration de l’eau évacuée d’une chaudière à vapeur pour régénérer la résine SST SAC/WAC. 4: Une étude (2011) sur le terrain démontrant la régénération d’une résine SST WAC en utilisant la Na. HCO³ comme régénérant, sur un projet CBM à Sheridan, Wyoming.

Applications sur le terrain Des travaux préliminaires avec des adoucisseurs régénérés à l’eau de mer ont montré que plus de 20 volumes de lit ont été nécessaires pour obtenir 22 kg d’OC et 2 mg/L de pertes (fuites). L’adoucissement conventionnel utilise 6 BV (volumes de lit de résine) pour obtenir des résultats identiques. (Kunin, Amber-Hi-Lights No. 147) À l’installation de BP à Prudhoe Bay (Alaska) on utilise un polymère pour opérer un EOR. Pour optimiser on doit utiliser de l’Eau douce. La température moyenne en hiver est de -480 C et le sel gèle à -280 C.

Applications sur le terrain BPCC SII Affluent non traité Rejet après régénération BPI FC ROI Jauge de pression et indicateur de débit SOI Effluent traité FC Entrée du régénérant Adoucisseur avec une résine à enveloppe mince (SST) SAC RII Valve d'échantillonnage Contrôleur de débit Valve manuelle BPC ─ Régulateur du débit de contournement BPI ─ Isolateur de la dérivation SII ─ Isolateur d’entrée de service SOI ─ Isolateur de sortie de service RII ─ Isolateur du débit de régénérant ROI ─ Isolateur du rejet de régénérant

Applications sur le terrain Identification (numéro) des cycles de fonctionnement 1 2 3 4 5 6 Durée (min) de fonctionnement par cycle de service 360 360 360 Salinité moyenne (%) du régénérant 16 18 9 9 17 17 % calculé de chlorure de sodium 3. 1 3. 6 1. 9 3. 4 Quantité calculée de Na. Cl utilisé (lb) 88 99 50 50 94 94 Quantité de Na. Cl utilisé (lb/pi 3) 17. 6 19. 8 10 10 18. 8 Fuites (en Ca. CO 3) – l’objectif était de 20 10. 1 2. 7 3. 8 2. 8 3. 1 Les résultats globaux montrent que le pilote aurait pu fonctionner pendant 12 heures pour chaque 2 heures de régénération, soit 1 BV de régénération pour chaque BV de service.

Applications sur le terrain En se basant sur l’étude de 2007 avec l’eau de mer─ nous avons posé les questions suivantes: 1. Quelle est la quantité minimale d’eau de mer requise pour régénérer efficacement la résice SST? 2. En excluant le Na. CL commercial quelles autres sources de Na. CL en concentration suffisante pouvons-nous utiliser gratuitement comme régénérant? Alimentation Perméat (eau pure) , 75% Rejet concentré de l’OI, 25%

Applications sur le terrain Dessalement d’eau saumâtre – utilisant la saumure rejetée par l’OI > 0. 5 (1)% CIX-RO SST 65 Échange d‘ions cyclique – récupération par OI 90 - 95% de récupération SST 65 Pompe à rejets Cuve de récupération des rejets

Applications sur le terrain SST 65 Chaudière à vapeur à passage unique Économiseur CIX-BBD Vapeur Purge de la chaudière SST 65 Échangeur de chaleur

Applications sur le terrain Boucle de Higginsᴹᴰ • Inventée par Irwin Higgins en 1951 à EAC pour la séparation d’ions radioactifs à l’aide de résines I-X • Commercialisée en 1955. Acquise par Severn Trent Services 1991 • Première technologie développée par le Gouvernement américain commercialisée par l’industrie privée. • Conçue pour la séparation d’ions sélective et en continue • Applique à l’échange d’ions la mise en contact à contre-courant des liquides et de la résine • Utilisée dans les applications commerciales d’adoucissement de l’eau qui deviendra vapeur (SPE 1958)

Applications sur le terrain Rétrolavage Système Boucle de Higginsᴹᴰ pour échange d’ions Pulsation Configuration de la boucle Robinets papillon sur la boucle Résine liquides Adsorption Boucle cylindrique de la résine Régénération Ø 4 sections séparées par les robinets sur la boucle • Adsorption – Ions chargés sur la résine • Régénération – Ions résorbés de la résine • Rétrolavage – Fines particules et matières solides enlevées • Pulsation – Régularise le mouvement de la résine dans la boucle Débits à contre-courant Ø La résine se déplace dans le sens des aiguilles d’une montre Ø L’alimentation et la régénération se déplace dans le sens contraire des aiguilles d’une montre

Applications sur le terrain Le projet CBM de Sheridan Wyoming • Une boucle de Higgins Modèle 3012 (30” de diamètre pour la section adsorption et 12 de diamètre pour la section régénération) à été installée sur un site de traitement d’eau CBMEWMS en opération dans le Wyoming. • Environ 50 pi³ de résine de Purolite SST 104 (à ions hydrogène) a d’abord été épuisée à un volume maximum sous la forme de sodium, puis introduite dans la boucle de Higgins. • Environ 5 pi³ de résine additionnelle fut ajoutée par incréments pendant l’opération initiale à mesure que le volume de résine dans le système CCIX s’approchait des conditions d’état stable pour l’expansion/contraction.

Applications sur le terrain Résultats d’essais sur le terrain de la résine Purolite SST 104 H Paramètre Unités Résultats Débit d’eau entrant USPGM 150 PPM 2000 à 10000 Dureté entrant PPM en Ca. CO 3 50 à 110 Sodium entrant PPM 800 – 3900 Alcalinité entrant PPM en Ca. CO 3 1800 - 1900 Dureté dans l’effluent PPM en Ca. CO 3 < 0. 5 Volume total traité par le pilote m 3 14200 Dosage de HCI g/L 104 Conversion Na. OH nécessaire M 3 0 (1) MST entrant (1)À cause de la forte alcalinité en bicarbonate de sodium dans l’eau entrant dans le système la neutralisation de la résine WAC IX par l’hydroxyde de sodium ne fut pas requise.

Autres applications - Enlèvement du fer du manganèse par la résine Purolite SST 60 (avec ions Na) - Enlèvement des fluorures ─ Purolite SST 60 (avec inos Al or Ca) - Désalcanisation – Purolite SST 104 H - Déminéralisation de petit lait de fromage– Purolite SST 80 H - Déminéralisation d’acide lactique – Purolite SST 80 H - Adoucissement d’eau de forte teneur en matière solides dissoutes – Purolite SST 104 Na

Documents de référence • IWC 11 -06 Régénération par l’eau de mer de la résine Purolite SST 80 SAC à l’enveloppe mince – D. Downey • IWC 10 -56 Récupération accrue en osmose inverse par Cyclic IX – F. Boodoo • IWC 11 -37 Régénération de résine d’adoucissement à l’aide d’eau de vidange d’une chaudière – S. Moylan • 2013 PWS – 20 cas d’eau produite par adoucissement dans un système à boucle de Higgins– D Beagle