Caractérisation du pouvoir entartrant de l'eau par précipitation contrôlée rapide

Characterisation of the scaling properties of water by fast controlled precipitation test

École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers LM3 - URA CNRS 1219 151, boulevard de l'Hôpital, 75013 Paris

Résumé

Les essais d'entartrage réels sont toujours longs à mettre en œuvre. Aussi a-t-on mis au point des essais d'entartrage accélérés. Cependant les diverses méthodes utilisées, électrochimiques ou autres, ne sont pas toujours représentatives des phénomènes réels d'entartrage. Leur principal inconvénient est un manque de sensibilité lorsqu'il s'agit de mettre en évidence des fluctuations de pouvoir entartrant qui ne soient pas dues à une variation notable de la composition chimique de l'eau, comme c'est le cas, par exemple, pour les traitements physiques de l'eau.

Ceci est lié au fait que, dans la plupart de ces méthodes, l'eau est portée à un degré de sursaturation trop élevé vis-à-vis de l'équilibre calcocarbonique. L'eau, lors de l'essai, se trouve ainsi entraînée dans le domaine de la précipitation spontanée homogène (sursaturation supérieure à 40 fois le produit de solubilité de CaCO₃) alors que dans les phénomènes réels d'entartrage on se situe entre 1 et 40 K's (domaine de la précipitation hétérogène).

La méthode ici développée, appelée «Précipitation Contrôlée Rapide» (PCR) consiste à comparer le comportement de deux eaux, l'une brute, l'autre traitée par un procédé physique ou chimique, en les portant simultanément, par une agitation régulée, à un degré de sursaturation de l'ordre de 30 K's. Ainsi dégazées, elles restent dans le domaine de la précipitation hétérogène. On peut alors suivre le processus de germination-croissance qui conduit à leur précipitation, à l'aide de mesures classiques de pH-métrie et de conductimétrie. Les courbes PCR correspondantes permettent de calculer un facteur d'efficacité en %.

Cette méthode est extrêmement sensible. Elle a permis de montrer sans ambiguïté le rôle inhibiteur d'un ajout de 50 mg. L^-1 d'ions Cu²⁺ dans l'eau. Elle a également servi à évaluer l'efficacité de traitements magnétiques de l'eau ainsi que la rémanence d'un traitement électrique après 10 semaines de stockage.

Un autre avantage de la méthode PCR est de ne mettre en jeu que des matériels classiques (pH-mètre, conductimètre, agitateurs, stroboscope) et d'être utilisable sur site. Elle pourrait être également automatisable de manière telle qu 'on puisse l'utiliser pour des contrôles permanents.

Abstract

Real scaling tests are always long to conduct. Hence the development of accelerated scaling tests which serve a two-fold purpose. That of helping researchers as well as industrialists. However, the various methods used, whether electrochemical or other, do not always correspond to real scaling phenomena. Their main drawback is a lack of sensitivity when it comes to highlighting fructuations in the scaling process that are unrelated to a significant difference in the chemical composition of water; such is the case when, for instance, the influence of the physical treatment of water is being studied.

The reason for this lies in the fact that in most of the methods used, water's oversaturation degree is too high relative to the calcocarbonite balance. During the test, the water is characterized by spontaneous homogeneous precipitation (oversaturation is higher than 40 times the solubility product of CaCO³) while in real scaling phenomena, oversaturation usually ranges between 1 and 40 K's (heterogeneous saturation field).

The method developed in this paper, called «fast controled precipitation test » consists in comparing the behaviours of two types of water: one is untreated while the other one undergoes a physical or chemical treatment. Thanks to controlled stirring, both are simultaneously raised to an oversaturation degree of about 30 K's. Once gases have been extracted, they strike a balance with the atmosphere and are still characterized heterogenous precipitation. The process of nucleation-growth leading to their precipitation can then be studied, using conventional measurements of pH assessment and conductivity. The corresponding FCP charts make it possible to calculate an efficiency ratio expressed in percentage.

The contributors to the present study show how the method can be optimized in the case of reference water. The latter, which is underground water, has high scaling properties (Ca²⁺ = 106 mg. l^-1 and HCO^3- = 270 mg. l^-1)

The contributions show how important the choice of the vessel, the level at which it is filled, the stirring speed and the temperature during the test are. Various examples are then considered. They are instrumental in showing that waters with identical or nearly identical composition can have very different scaling properties.

The method is very sensitive. It shows beyond doubt the inhibitive part of an addition of 50 mg. l^-1 ions Cu²⁺ in water. It is also used to assess the efficiency of the magnetic treatment of water and the residual (after lingering effect) of electric treatment after 10 weeks' storage. As a result it is perfectly suited to the study and the control of anti-scaling treatment with physical devices. Another asset of the FCP method is that it makes use of conventional equipment (pH-meter, conductimeter, stroboscopes,) and can be used on site. It could also be automated in such a way as to be used for permanent testing.