Eau Potable Grade Polyaluminium Chlorure (PAC) : Agent de Purification de l'Eau Sûr et Efficace

Introduction

Avec l'aggravation croissante de la pénurie mondiale d'eau et des problèmes de pollution de l'eau, les technologies de traitement de l'eau potable sûres et efficaces sont devenues la clé pour protéger la santé publique. Le Chlorure de Polyaluminium (PAC en abrégé), en tant que nouveau type de coagulant inorganique à haute molécule, a rapidement remplacé les sels d'aluminium traditionnels depuis son apparition dans les années 1960 en raison de ses excellentes performances de purification de l'eau et est devenu l'agent principal dans le domaine du traitement de l'eau. En particulier dans le domaine du traitement de l'eau potable, le PAC de qualité potable, avec ses caractéristiques d'efficacité élevée, de sécurité et d'adaptabilité large, est largement utilisé dans les usines d'eau urbaines, l'approvisionnement en eau centralisé rural et divers systèmes de préparation d'eau pure industrielle.

Le "Standard Hygiénique pour l'Eau Potable" de la Chine (GB5749-2022) a établi des exigences plus élevées pour la qualité de l'eau, ce qui a encore favorisé le développement de produits chimiques de traitement de l'eau haute performance. Comparé au sulfate d'aluminium traditionnel et au trichlorure d'aluminium, le PAC de qualité eau potable présente des avantages significatifs tels qu'un bon effet de coagulation, un faible aluminium résiduel, une large plage d'adaptabilité au pH et moins de boue. Cet article présentera systématiquement les caractéristiques, le processus de production, les normes de qualité du PAC de qualité eau potable et ses technologies d'application dans divers traitements de l'eau, fournissant une référence pour la conception et la gestion opérationnelle des projets de traitement de l'eau.

I. Aperçu du PAC de qualité pour l'eau potable

Le chlorure de polyaluminium est un composé macromoléculaire inorganique, et sa formule chimique est [Al₂(OH)ₙCl₆ ₙ ₙ]ₘ, où n=1-5, m≤10. Le PAC de qualité eau potable est un produit de haute pureté spécialement développé pour le traitement de l'eau potable. Comparé au PAC de qualité industrielle, il a des restrictions plus strictes sur la teneur en impuretés nocives telles que les métaux lourds. D'un point de vue de la structure chimique, le PAC est un produit de hydrolyse-polymérisation entre AlCl₃ et Al(OH)₃, contenant un grand nombre de complexes hydroxyles polynucléaires chargés positivement, tels que [Al₆(OH)₁₅]³⁺, [Al₈(OH)₂₀]⁴⁺, etc. Ces polymères hautement chargés confèrent au PAC une excellente capacité d'électro-neutralisation.

Selon différents processus de production, le PAC peut être classé en trois formes : type séché à tambour, type séché par pulvérisation et produit liquide. Le PAC de qualité eau potable est principalement produit par le processus de séchage par pulvérisation. Ce processus, grâce à un séchage rapide à haute température, peut maintenir efficacement les composants actifs du PAC. Le produit se présente sous forme de poudre jaune clair, avec une teneur en alumine (Al₂O₃) de plus de 30 %, et la basicité est contrôlée entre 40 % et 60 %. Le PAC liquide est également utilisé dans les petites et moyennes usines d'eau en raison de sa facilité d'utilisation, mais le coût de transport est relativement élevé.

La Chine a des normes de qualité strictes pour le PAC de qualité potable. Le "Chlorure de polyaluminium pour l'eau potable" (GB/T 22627-2014) stipule : La teneur en Al₂O₃ du PAC de qualité potable est ≥28%, le degré de basicité est de 40%-85%, la matière insoluble dans l'eau est ≤1,5%, la teneur en arsenic est ≤0,0005%, la teneur en plomb est ≤0,002%, la teneur en cadmium est ≤0,0005%, et la teneur en mercure est ≤0,00001%. Ces indicateurs garantissent la sécurité du PAC dans le traitement de l'eau potable. Comparé aux normes internationales telles que celles du Japon et de l'Union européenne, les normes chinoises sont plus strictes en termes de limites de métaux lourds, en particulier pour le contrôle du cancérogène arsenic.

Ii. Le Mécanisme du PAC de Qualité pour l'Eau Potable dans le Traitement de l'Eau

Le mécanisme de purification du PAC dans le traitement de l'eau est complexe et efficace, comprenant principalement trois aspects : électro-neutralisation, pontage par adsorption et balayage par capture en filet. L'effet d'électro-neutralisation est le mécanisme central de la purification de l'eau par PAC. Les particules colloïdales dans l'eau portent généralement des charges négatives, et les agrégats positivement chargés à haute valence produits après l'hydrolyse du PAC peuvent neutraliser efficacement ces charges négatives, détruire la stabilité des colloïdes et provoquer leur déstabilisation et leur coagulation. Des études montrent que plus la teneur en Alb (composant de degré de polymérisation moyen) dans le PAC est élevée, plus sa capacité d'électro-neutralisation est forte et meilleur est l'effet de coagulation.

L'effet de pontage par adsorption fait référence au fait que la structure polymère à chaîne longue du PAC peut former des "ponts" entre plusieurs particules colloïdales, reliant ces particules pour former des flocs plus grands. Cet effet est particulièrement important dans le traitement de l'eau à basse température et à faible turbidité. L'effet de capture et de balayage net se produit lorsque la dose de PAC est relativement élevée, et le précipité d'hydroxyde d'aluminium formé agit comme un écran filtrant pour capturer les particules fines dans l'eau. Dans les applications pratiques, ces trois effets existent souvent simultanément, mais le mécanisme dominant varie en fonction des conditions de qualité de l'eau et de la dose de PAC.

Comparé aux sels d'aluminium traditionnels, le PAC présente des avantages significatifs : Tout d'abord, le PAC est un produit pré-hydrolysé, et ses composants efficaces sont formés à l'usine et ne sont pas affectés par des facteurs tels que la température de l'eau et le pH, garantissant un effet de coagulation stable. Deuxièmement, la structure polymérique du PAC lui confère une capacité de neutralisation de charge plus forte et une plage d'adaptabilité au pH plus large (pH5-9). Troisièmement, les flocs produits par le PAC sont grands et denses, avec un taux de sédimentation rapide. La concentration résiduelle d'aluminium dans l'eau traitée est faible, généralement contrôlée en dessous de 0,1 mg/L, ce qui est bien inférieur à la limite de 0,2 mg/L stipulée par la norme nationale.

Iii. Application de PAC de qualité potable dans le traitement de l'eau potable

Dans l'application des travaux hydrauliques, le PAC, en tant qu'agent coagulant principal, son processus de dosage affecte directement la qualité finale de l'effluent. Le processus de traitement conventionnel adopte généralement le flux "coagulation PAC - sédimentation - filtration - désinfection". Parmi eux, le point de dosage de PAC est généralement fixé avant le réservoir de mélange rapide, et la dispersion rapide et uniforme du réactif est assurée par un mélange mécanique ou un mélange hydraulique. Le dosage doit être déterminé par un test dans un bécher en fonction de la qualité de l'eau brute, généralement compris entre 5 et 30 mg/L (calculé en Al₂O₃). Pour les eaux à forte turbidité, le processus "pré-chloration - coagulation" peut être adopté ; pour les eaux à basse température et faible turbidité, il est recommandé de l'utiliser en combinaison avec un aide coagulant.

PAC présente des avantages uniques dans le traitement de la pollution aquatique soudaine. Lorsque des algues anormales, de la matière organique ou une pollution par des métaux lourds apparaissent dans l'eau brute, ces polluants peuvent être efficacement éliminés en ajustant le dosage de PAC et la valeur du pH. Des études montrent que dans des conditions optimisées, le PAC peut atteindre un taux d'élimination de plus de 90 % pour des métaux lourds tels que le plomb et le cadmium, et un taux d'élimination de plus de 95 % pour les cellules algales. Lors du traitement des épidémies saisonnières d'algues, une certaine station de traitement des eaux a augmenté le dosage de PAC de 15 mg/L à 25 mg/L, tout en maintenant le pH dans la plage de 6,5 à 7,0. En conséquence, le nombre d'algues dans l'effluent a été réduit avec succès de 5 000 par mL à moins de 50 par mL.

Dans les projets d'eau potable sûre en milieu rural, l'application de PAC est plus flexible et diversifiée. Pour les systèmes d'approvisionnement en eau centralisés, des équipements de dosage automatiques peuvent être adoptés. Pour les points d'approvisionnement en eau décentralisés, des dispositifs de dosage simples et des produits en petits conditionnements ont été développés. Dans le projet de rénovation de l'eau potable rurale d'une certaine province, le PAC a été promu et utilisé, augmentant le taux de qualification de l'approvisionnement en eau de 60 % à plus de 90 %, résolvant efficacement le problème de longue date de la qualité de l'eau avec une forte teneur en fluor et en arsenic dans les zones rurales. Il convient de noter que dans les applications rurales, une attention particulière doit être accordée à la simplicité d'utilisation et au contrôle des coûts. Le PAC liquide ou les solutions de PAC pré-préparées sont plus favorisées.

Iv. Application de PAC de qualité eau potable dans l'approvisionnement en eau urbain et l'approvisionnement en eau industrielle

En plus de la production conventionnelle d'eau potable, le système d'approvisionnement en eau urbain comprend également la réutilisation des eaux usées traitées et le maintien de la qualité de l'eau dans le réseau de canalisations. Le PAC est largement appliqué dans ces domaines. Dans le traitement de la réutilisation des eaux usées traitées, le PAC peut efficacement éliminer la matière organique colloïdale et le phosphore dans l'eau. Une certaine usine de traitement des eaux usées d'une ville a adopté le processus de coagulation PAC + filtration sur membrane, réduisant la DCO de l'effluent à moins de 10 mg/L et le phosphore total à moins de 0,3 mg/L, répondant pleinement aux normes d'utilisation de l'eau pour les paysages. Pour le problème de "l'eau jaune" dans le réseau de canalisations, en ajustant le dosage de PAC dans l'usine d'eau pour optimiser l'effet de coagulation, le dépôt de fer et de manganèse dans le réseau de canalisations peut être considérablement réduit. Après qu'une certaine ville ait mis en œuvre le dosage optimisé de PAC, les plaintes concernant la qualité de l'eau à l'utilisateur final ont diminué de 70 %.

Dans le domaine de l'approvisionnement en eau industrielle, différentes industries ont des exigences variées en matière de qualité de l'eau, et l'application du PAC présente également des caractéristiques diverses. Dans le traitement de l'eau d'alimentation des chaudières de l'industrie énergétique, le PAC, en tant qu'agent de prétraitement, peut réduire efficacement la charge du système d'échange d'ions ultérieur. Dans la préparation d'eau ultrapure dans l'industrie électronique, un PAC de haute pureté est utilisé pour éliminer les métaux traces de l'eau. L'industrie alimentaire et des boissons accorde plus d'attention à la sécurité du PAC et à son impact sur le goût. Une certaine brasserie a adopté un PAC à faible résidu spécialement conçu pour remplacer le coagulant traditionnel, améliorant ainsi considérablement la qualité de l'eau de brassage et rendant le produit au goût plus pur.

La réutilisation des eaux usées industrielles est un autre scénario d'application important du PAC. Dans le traitement avancé des eaux usées dans des industries telles que l'acier, la teinture et l'impression, et la fabrication de papier, le PAC peut simultanément éliminer le COD, la couleur et les métaux lourds, permettant ainsi la réutilisation des eaux usées. Une certaine papeterie a adopté le processus de coagulation PAC + ozone, augmentant le taux de réutilisation des eaux usées de 40 % à 75 % et économisant 2 millions de tonnes d'eau douce par an. Contrairement à l'approvisionnement en eau municipal, le dosage de PAC dans les applications industrielles est généralement plus élevé, et parfois il doit être utilisé en combinaison avec des floculants polymères organiques pour obtenir le meilleur effet de traitement.

V. Tendances et Perspectives de Développement du PAC de Qualité Eau Potable

Avec l'avancement de la technologie de traitement de l'eau et l'augmentation des exigences en matière de protection de l'environnement, le PAC de qualité potable se développe vers des performances élevées, des fonctionnalités et une écologie. De nouveaux types de produits PAC composites émergent constamment, tels que le PAC contenant du silicium (PACS) et le PAC contenant du fer (PAFC), etc. Ces produits ont de meilleurs effets de traitement pour des qualités d'eau spécifiques. L'introduction de la nanotechnologie a également donné naissance à des PAC à l'échelle nanométrique, dont la plus grande surface spécifique et l'activité plus élevée ont considérablement amélioré l'efficacité de coagulation. La capacité d'élimination de l'arsenic du nano-PAC développé par une certaine équipe de recherche est plus de trois fois supérieure à celle du PAC traditionnel.

La production verte est une tendance inévitable dans l'industrie PAC. Les résidus de déchets et les eaux usées acides générés dans le processus de production traditionnel de PAC sont contrôlés efficacement grâce à l'amélioration des processus. La nouvelle technologie de séchage par pulvérisation réduit la consommation d'énergie de 30 % et le taux de récupération des sous-produits dépasse 95 %. À l'avenir, la technologie de production de PAC de haute qualité à partir d'acides de déchets industriels, de scories d'aluminium et d'autres matériaux de déchets sera encore améliorée pour atteindre le recyclage des ressources. La méthode biologique de PAC est également au stade de recherche en laboratoire et devrait permettre de réduire davantage l'impact environnemental du processus de production.

Les applications intelligentes changeront la manière traditionnelle dont le PAC est utilisé. Le système de dosage intelligent basé sur les big data et l'intelligence artificielle peut analyser les changements de qualité de l'eau en temps réel et prédire le dosage optimal de PAC. Un certain projet de station de traitement des eaux intelligentes a réalisé un contrôle avancé du dosage de PAC grâce à un modèle d'apprentissage automatique, réduisant la consommation de produits chimiques de 20 % tout en garantissant la stabilité de la qualité des effluents. Avec le développement de la technologie de l'Internet des objets (IoT), la surveillance à distance et l'optimisation du dosage de PAC deviendront possibles, ce qui est particulièrement adapté aux scénarios d'application dans les points d'approvisionnement en eau décentralisés et les stations de traitement des eaux rurales.

Conclusion

L'eau potable de qualité polyaluminium chlorure, en tant qu'agent chimique central dans le traitement moderne de l'eau, joue un rôle irremplaçable dans la garantie de la sécurité de l'eau potable, l'amélioration de la qualité de l'approvisionnement en eau urbaine et le soutien au développement industriel durable en raison de son efficacité élevée, de sa sécurité et de sa forte adaptabilité. Avec l'avancement technologique et l'amélioration des normes de protection de l'environnement, les produits PAC et leurs technologies d'application continueront d'innover, fournissant des solutions plus complètes pour relever les défis mondiaux des ressources en eau. L'industrie du traitement de l'eau devrait pleinement reconnaître la valeur scientifique du PAC, optimiser en continu ses technologies de production et d'application, et en même temps renforcer la recherche et le développement de nouveaux coagulants pour fournir à l'humanité une eau potable plus sûre et plus propre.