Dimensionnement d'une unité d'électrodéionisation (EDI)

Principe de fonctionnement
L’électrodéionisation, ou EDI est une technologie avancée de purification de l’eau, qui allie
les principes de l’échange d’ions et de l’électrodialyse pour produire une eau ultra-pure de
manière continue, sans l'utilisation de produits chimiques.
Le principe de l’EDI repose sur l’utilisation de plusieurs composants clés, chacun ayant un
rôle essentiel dans le processus.
Tout d'abord, les membranes échangeuses d'ions. Il en existe deux types principaux : les
membranes échangeuses d'anions, ou AEM, et les membranes échangeuses de cations, ou
CEM. Les AEM laissent passer uniquement les anions comme le chlorure ou les sulfates,
tandis que les CEM ne laissent passer que les cations tels que le sodium ou le calcium. Ces
membranes forment un maillage qui sépare efficacement les ions de l’eau que nous voulons
purifier.
Ensuite, nous avons les canaux d'eau diluée. L'eau, préalablement traitée par osmose
inverse, entre dans ces canaux. À l'intérieur, elle traverse un lit de résines échangeuses d'ions
qui ont pour rôle de capturer les cations et les anions présents dans l'eau. Ces résines font le
premier travail de purification avant que les ions ne soient séparés plus loin dans le système.
Les canaux d'eau concentrée, quant à eux, jouent un rôle clé dans l’élimination des ions
indésirables. Une fois que l'eau a traversé les membranes, les ions capturés migrent vers ces
canaux où ils sont évacués sous forme de rejet, que l’on appelle l'eau de brine. C’est ainsi que
l’on obtient une eau purifiée, exempte de presque tous les ions.
Le secret du système réside dans l'application d'un champ électrique. Un champ est créé
entre une anode et une cathode. Ce champ crée une force qui pousse les cations vers la
cathode et les anions vers l'anode. C’est ce mouvement dirigé des ions qui permet leur
élimination rapide et continue.
Le grand avantage de l’EDI, par rapport à d’autres technologies de purification, c’est qu'il n'y
a pas de saturation des résines. Grâce au champ électrique, les ions sont constamment
éliminés sans que les résines aient besoin d'être régénérées chimiquement. Cela permet de
réduire l'impact environnemental, tout en rendant le processus plus économique et plus simple
à maintenir sur le long terme.
Méthodologie de calcul
Je vais vous expliquer la méthodologie de dimensionnement d’une unité
d’électrodéionisation (EDI). Ce schéma illustre les principales étapes à suivre pour
concevoir une telle unité.
Tout d’abord, il est essentiel de définir les caractéristiques de l’eau à traiter, notamment la
conductivité, le débit, et la qualité requise, ainsi que les objectifs de traitement.
Ensuite, les modules EDI sont sélectionnés en fonction du débit à traiter et des performances
recherchées.
Les membranes sont choisies selon leur capacité à éliminer les ions spécifiques présents
dans l’eau.
Après cela, on calcule le nombre de modules nécessaires pour garantir le débit et la qualité

de l’eau produite.
On procède ensuite à l’ajustement des paramètres électriques, comme la tension et le
courant, pour optimiser le rendement du système.
Puis, on calcule les dimensions des modules (hauteur, largeur, longueur) pour assurer une
intégration adaptée dans l’installation.
Enfin, on vérifie la perte de charge, qui doit rester dans des limites acceptables pour éviter
une consommation énergétique excessive.
Données de calcul
Avant de dimensionner une unité d’électrodéionisation, il est important de savoir la
composition ionique de l’eau à traiter.
Le tableau suivant représente les principaux ions présentes dans l’eau sortant de l’osmose leur
concentration et leur charge ionique
Ensuite, le tableau suivant fournit les paramètres techniques nécessaires au
dimensionnement de l’unité.
• Le débit d’alimentation est de 7 m³/h, et la conductivité de l’eau en entrée est de 2,3
µS/cm, tandis que l’objectif est d’atteindre une conductivité de ≤ 1,1 µS/cm.
• Chaque module a un débit nominal de 4 m³/h, et la tension d’alimentation est de 220
V.
• On retrouve aussi des informations importantes sur les dimensions des modules et les
propriétés des membranes, notamment leur épaisseur et la distance entre elles
Choix de membrane
e vais maintenant vous parler du choix des membranes pour l’unité d’électrodéionisation. Le
système utilise deux types de membranes : une membrane anionique et une membrane
cationique, toutes deux spécialement conçues pour garantir une séparation efficace des ions
et répondre aux exigences industrielles.
Premièrement, la membrane anionique, RALEX AMHPP, est une membrane échangeuse
d’ions de haute performance. Elle est fabriquée à partir de polyéthylène (PE) renforcé par
un tissu en polypropylène (PP). Elle possède un groupe échangeur d’ions ammonium
quaternaire avec Cl⁻ comme contre-ion.
• Elle est stable sur une large gamme de pH (0 à 14) et présente une épaisseur
maximale de 0,70 mm en condition gonflée, ce qui la rend adaptée aux conditions
industrielles exigeantes.
Ensuite, la membrane cationique, RALEX CMHPP, fonctionne de manière complémentaire
à la membrane anionique. Elle contient un groupe échangeur sulfonate (R-SO₃⁻), avec Na⁺
comme contre-ion.
• Elle est également fabriquée à base de polyéthylène et renforcée avec du
polypropylène, ce qui lui confère d’excellentes propriétés mécaniques et chimiques,
idéales pour des applications à long terme. Sa stabilité en pH est similaire, couvrant
également une plage de 0 à 14.

Choix de résine
Nous allons maintenant parler du choix de la résine utilisée dans l’unité
d’électrodéionisation.
Pour cette application, nous avons opté pour la résine Purolite UltraClean UCW3900, une
résine lit mélangé à haute performance, spécialement conçue pour la production d’eau
ultrapure. Cette résine est composée d’un mélange de résines cationiques et anioniques,
sous forme de billes sphériques, qui permettent une élimination efficace des ions et des
contaminants, même dans les applications les plus exigeantes.
Le tableau 52 résume les principales caractéristiques techniques de cette résine :
• Elle est basée sur une structure polymérique en polystyrène réticulé au
divinylbenzène, garantissant une bonne stabilité chimique.
• Sa densité apparente est comprise entre 700 et 740 g/L, et elle peut être utilisée
jusqu’à une température maximale de 60 °C.
• Elle assure une résistivité de l’eau produite supérieure à 18 MΩ·cm, ce qui
témoigne d’une très haute pureté de l’eau obtenue.
• Les capacités d’échange ionique sont de 2 eq/L pour les cations et 1 eq/L pour les
anions.
• Enfin, les billes de résine présentent un diamètre moyen de 570 à 590 µm, et le taux
de conversion ionique est élevé, atteignant 99,9 % pour les cations et 95 % pour
les anions.
Dimensions et choix de modules
ans cette partie, nous allons parler des paramètres de dimensionnement de l’unité
d’électrodéionisation ainsi que du choix du module adapté.
Tout d’abord, les paramètres clés de dimensionnement d’un module sont regroupés dans le
tableau 53.
On remarque que :
• La charge à traiter est de 4,05E-05 mol/s, et l’intensité de courant nécessaire est de
3,91 A.
• Pour répondre aux besoins de notre unité, 2 modules sont nécessaires, avec une
puissance totale de 1505,43 W.
• Chaque module est équipé de 34 membranes, avec une surface de passage de 0,133
m² et une perte de charge de 0,8 bar.
Ensuite, pour le choix du module, nous avons retenu le module EDI KLX-4000 à partir des
catalogues des fabricants. Ce module est conçu pour produire de l’eau ultra pure en continu,
sans besoin de régénération chimique, ce qui garantit une meilleure efficacité et moins de
maintenance.
Les principales caractéristiques du module EDI KLX-4000 sont présentées dans le tableau
54 :
• Il a des dimensions de 680 × 217 × 605 mm et offre un débit standard de 3,5 à 4
m³/h, avec un taux de récupération d’eau de 90 à 95 %.

• Il fonctionne avec une tension de 0 à 330 V et un courant de 1 à 6 A.
• Enfin, il élimine plus de 99 % du silicium et du bore, avec une température
d’entrée de 5 à 45 °C.