Evaluation d'un nouveau type d'inhibiteur solide d'entartrage de faible solubilité

Evaluation of a new type of solid scaling inhibitor with a very low solubility

Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers LM3 - UMR CNRS 8006 151, boulevard de l'Hôpital, 75013 Paris

Résumé

L'un des moyens chimiques de prévenir l'entartrage consiste à ajouter, dans l'eau à traiter, certains inhibiteurs réagissant par "effet de seuil". Ils s'adsorbent à la surface germes de carbonate de calcium et inhibent leur croissance. Les germes n 'ont plus les mêmes dimensions, ni la même forme, ils n'adhèrent plus aux surfaces solides. Ces inhibiteurs sont souvent actifs à des teneurs extrêmement faibles, de l'ordre de 1 mg-L^-1 (1 ppm), voire moins. C'est un moyen plus économique et plus écologique que les autres procédés chimiques comme la "vaccination acide" ou la complexation, dans la mesure où elles exigent des quantités stoechiométriques de produits chimiques par rapport au carbonate de calcium susceptible de précipiter.

Cependant, la plupart des inhibiteurs par "effet de seuil" qui existent actuellement, comme les polycarboxylates et les phosphonates, sont solubles dans l'eau. Leur emploi se réalise généralement en deux étapes : tout d'abord une solution aqueuse d'inhibiteurs est préparée à une concentration déterminée et celle-ci est, par la suite, injectée par une pompe doseuse dans l'eau à traiter. Ce processus est donc coûteux et pose souvent des problèmes de fonctionnement dans la pratique. L'inhibiteur idéal serait, lui, un composé sous forme solide dont la solubilité serait très faible, mais largement suffisante pour assurer une inhibition totale de l'entartrage. Il pourrait ainsi être mis en contact directement avec l'eau à traiter sans que l'on ait à se soucier de sa concentration qui serait régulée automatiquement par sa solubilité. Un phosphonate que nous avons synthétisé possède ces caractéristiques.

Il s'agit d'un sel de phosphonate, très peu soluble, dont la solubilité maximale dans l'eau de distribution de Paris est de 3,8 mg/L (en P₂O₅) à 20 °C. Ses propriétés antitartres ont été évaluées à la fois par la méthode de Précipitation Contrôlée Rapide (PCR) et par l'Essai Gravimétrique sur Tubes (EGT). Une inhibition totale de l'entartrage est obtenue avec une concentration de 15 µg/L en P₂O₅ (15 ppb) pour l'eau de la Vanne à 50 °C. Par ailleurs, l'intégration de ce phosphonate de synthèse dans une installation d'eau réelle réalise facilement par l'intermédiaire d'une cartouche à travers laquelle la dissolution phosphonate dans l'eau à traiter est limitée, mais suffisante, pour assurer une inhibition totale de l'entartrage.

Abstract

One of the chemical means to prevent the scaling formation consists in adding, in water to be treated, some inhibitors having "threshold effect". They are adsorbed on surface of CaCO₃ germs and therefore inhibit their growth. The morphology of CaCO₃ germs changes and they are no longer adhèrent on solid surfaces. Thèse threshold inhibitors are often efficient with a very low concentration, e.g. 1 mg/L (ppm) or Thus, the treatment with thèse inhibitors is a more économie and more ecological method compared with other chemical processes such as the "acid vaccination" and the complexation which need a stoichiometric quantity of chemical reagents corresponding to the potential calcium carbonate contained in water.

However, most threshold inhibitors available nowadays, such as polycarboxylates and phosphonates, are totally soluble in water. So their use generally requires two steps: first an aqueous solution ofthe inhibitors is prepared at a known concentration; then solution is injected, by a dosage pump, to the water to be treated. This process is therefore onerous and often causes running troubles in practice.

An ideal scale inhibitor should be a solid form compound having a very low solubility, but the value ofthis solubility is big enough to ensure a total scaling inhibition. One phosphonate we synthesized possesses these properties. In fait, the synthesized product is a phosphonate with a very poor solubility which is, for example, about 3.8 mg/L (expressed in P₂O₅ form) at 20 °C for Paris's tap water. Its anti-scaling properties have been evaluated both by Rapid Controlled Précipitation (RCP) method and by Gravimétrie Evaluation on Tubes (GET) method. A complète scaling inhibition is obtained with a concentration of 15 µg/L (ppb, expressed in P₂O₅ form) for Vanne's water (a ground water in Paris) at 50 °C. Moreover, the introduction ofthe synthesized inhibitor to a water System can be easily realised by using a cartridge.