Électrodyalyse (ED) et électrodyalyse réversible (EDR)

Concept (besoins et bénéfices)

L’électrodyalyse (ED) est un procédé de membranes dans lequel les ions sont transportés à travers une membrane d’échange ionique, en utilisant l’énergie électrique comme force d’impulsion.

Les membranes possèdent une haute densité de groupes ioniques fixés sur elles, qui permettent le transport sélectif des ions à travers la membrane en fonction de sa charge. Le passage des contre-ions (de charge opposée) est permis tandis que cela empêche le passage des co-ions (même charge) à cause de la répulsion de Donnan. Ce procédé se réalise entre deux électrodes, sous l’influence d’un champ électrique.

L’énergie électrique appliquée permet que le transfert des ions se fasse à partir de la solution la moins concentrée, vers la solution la plus concentrée. Ainsi, en éliminant le soluté, une purification du dissolvent se produit ; contrairement à ce qui arrive dans les procédés d’osmose inverse ou d’ultra filtration, où se produit un transport du solvant à travers la membrane, tout en empêchant le passage du soluté.

L’électrodyalyse inverse ou réversible (EDR) fonctionne en utilisant le même mécanisme que l’électrodyalyse, sauf que dans l’EDR la polarité des électrodes est inversée périodiquement (environ 3 à 4 fois par heure) et, à travers des soupapes automatiques, les sorties de la solution concentrée et de la solution diluées, sont échangées. Ainsi, les ions sont transférés dans des sens opposés, ce qui empêche la formation d’incrustations et permet de nettoyer la membrane.

Les avantages de l’électrodyalyse par rapport à l’osmose inverse sont une quantité inférieure de rejet, une sensibilité inférieure aux solides en suspension, une plus longue durée de vie des membranes, l’absence du besoin de prétraitement complet, la plus grande facilité de fonctionnement et une faible consommation électrique.

Offre de Condorchem Envitech

Condorchem Envitech dispose d’experts en électrodyalyse dans son équipe, avec une grande expérience dans l’utilisation de cette technique et de ses différentes variantes. Elle utilise des modules à haute performance, dans ses conceptions qui peuvent traiter un débit variable compris entre 1,7 et 30 m3/h par module. Ils peuvent fonctionner en parallèle, ainsi les débits traités peuvent arriver à atteindre des centaines de mètres cubes par heure.

Les procédés d’électrodyalyse (ED, EDR, SED, EDMB, EDM) ont de plus en plus d’applications.

Parmi les plus utilisées se trouvent l’obtention d’eau ultra pure, la concentration de courants salins et la désalinisation des eaux saumâtres. Dans toutes ces applications la consommation énergétique est très inférieure à celle d’autres procédés à membrane, comme l’osmose inverse. En outre, ils fonctionnent à basses pressions, ne requièrent pas de grand prétraitement de l’aliment et ne produisent pas de problèmes de fouling ni de scaling dans la membrane.

Enfin, l’EDR, à la différence de l’osmose inverse, permet d’obtenir zéro rejet, l’objectif tellement apprécié par de nombreux secteurs industriels. Pour toutes ces raisons, l’électrodyalyse est une technique alternative à l’osmose inverse et, dans la plupart des cas, c’est la plus compétitive d’un point de vue économique.

Procédés, secteurs et applications

L’électrodyalyse s’utilise largement pour la désalinisation de l’eau saumâtre et pour la production d’eau potable. C’est sa principale application, mais elle s’utilise également à une moindre échelle dans l’industrie agroalimentaire (dessaler le lactosérum, élimination de l’acide tannique du vin, récupération de l’acide citrique des jus de fruits), pharmaceutique (production d’eau ultra purifiée), biotechnologie (obtention de protéines), traitement de surfaces, textile, récupération de minéraux, génération d’énergie, électronique et traitement des eaux usées (élimination des métaux lourds, élimination des sels dans la réutilisation des eaux et concentration des effluents des rejets de l’osmose inverse).

Au sein de cette technologie, différents procédés ont été développés qui, en fonction du type et de la disposition des membranes, permettent des résultats ambitieux et une application plus spécifique. Parmi ces développements, il faut souligner les suivants:

  • Électrodyalyse sélective ou séléctrodyalyse (SED)

    En appliquant les principes de l’ED traditionnelle, la SED se caractérise par l’utilisation d’un type de membranes, membranes monovalentes cationiques (MVC) et membranes
    monovalentes anioniques (MVA), qui sont sélectives à la charge des ions, en permettant de séparer les cations monovalents des cations polyvalents ou les anions monovalents des anions polyvalents.

    Il faut signaler que cette technique présente une limitation en ce qui concerne les ions présents dans la solution à traiter ; dans l’aliment, il ne peut pas y avoir de cations divalents, lorsqu’on utilise la SED pour séparer les anions en fonction de leur charge et, à l’inverse, l’aliment ne peut pas contenir d’anions divalents, lorsqu’on utilise la SED pour séparer les cations monovalents des cations polyvalents.

    Cette technique permet une séparation des ions en fonction de leur charge, ce qui la rend apte pour les applications où le fractionnement des ions est particulièrement intéressant, comme c’est le cas pour le prétraitement des courants contenant des phosphates, pour leur récupération postérieure ou l’élimination des sels des solutions avec une salinité élevée.

  • Électrodyalyse bipolaire (EDMB)

    Dans le procédé de l’EDMB on utilise des membranes d’échange ionique pour séparer et concentrer les acides et les bases d’un courant de sel. L’élément différenciateur de ce procédé c’est la membrane bipolaire, qui est formée par deux couches différentes sélectives aux ions de charges opposées.

    Le principal avantage de cette technique c’est que, dans les différents compartiments de la cellule électrolytique, on peut obtenir directement des dissolutions d’acides et de bases avec les ions provenant d’un sel de départ et les H+ y OH provenant de l’eau.

    Sous l’influence d’un champ électrique, l’eau se diffuse dans l’interface de la membrane et se divise en ions H+ et OH, qui sont transportés à travers les couches anioniques et cationiques de la membrane vers des chambres différentes. Le résultat c’est la concentration de ces espèces dans les chambres respectives.

    Les sels présents dans les effluents industriels, comme le chlorure de sodium, sulfate de sodium, nitrate de sodium, fluorure de potassium, acétate de sodium, etc., peuvent se convertir dans leurs acides et leurs bases respectives à travers EDMB.

    Les principales applications de ce procédé sont les suivantes:

    • Régénération de liqueurs utilisées dans la manufacture de l’acier inox (récupération de HF, HN03 , KOH).
    • Désulfuration des fumées et des gaz pour la production de sulfite de sodium
    • Récupération des acides et des acides aminés organiques
    • Récupération du régénérant des échangeurs ioniques
    • Purification des acides et des bases
  • Électrodyalyse par métathèse (EDM)

    Le concept d’électrodyalyse par métathèse (EDM) a été développé dans le but d’obtenir la désalinisation des eaux saumâtres, sans produire de courant résiduel, c’est à dire, avec zéro rejet liquide (ZLD).

    En général, pour atteindre cet objectif, on utilise des membranes d’échange cationiques (CEM), des membranes d’échange anioniques (AEM), des membranes monovalentes cationiques (MVC) et des membranes monovalentes anioniques (MVA), même si dans certaines applications l’utilisation des membranes monovalentes n’est pas nécessaire, pour atteindre cet objectif.

    En disposant ces membranes correctement, on peut obtenir séparément, et concentrer, les anions et les cations monovalents et divalents, à la fois. On obtient ainsi un courant qui contient des cations monovalents avec des anions et un autre courant qui contient des anions monovalents avec des cations.

    Ainsi, les sels peu solubles, comme c’est le cas du CaCO3 , MgSO4 ou du CaSO4 , ne se forment pas à l’intérieur de l’équipement.

    Puis, si nécessaire, les deux courants du concentré peuvent être mélangés pour récupérer leurs composants, pour leur réutilisation dans l’unité de ZLD.

  • Électrodyalyse monovalente (mEDR)

    L’électrodyalyse monovalente (mEDR) a pour principal objectif l’élimination sélective des ions ou des sels et elle s’utilise notamment avec les eaux usées complexes. Elle se fonde sur les principes de l’électrodyalyse traditionnelle, mais l’une des membranes (celle anionique ou celle cationique) a été remplacée par une membrane sélective (anionique ou cationique, selon les cas).

    Il n’existe pas de limitations, en ce qui concerne le type d’ions présents dans l’aliment, mais une solution supplémentaire est nécessaire, contenant des ions monovalents (anions ou cations, en fonction de l’application concrète).