Pourquoi l'eau d'alimentation d'un système d'osmose inverse présente-t-elle encore des propriétés oxydantes après l'ajout d'un agent réducteur ?

Quand Osmose inverse L'eau d'alimentation reste oxydante même après l'ajout d'un agent réducteur, la raison sous-jacente commune étant l'occurrence de processus d'oxydation catalytique complexes au sein de l'eau qui vont au-delà de la simple neutralisation du chlore résiduel.

Le métabisulfite de sodium (SMBS), un agent réducteur que nous utilisons couramment, est capable d'éliminer rapidement le chlore libre via la réaction suivante : HSO₃⁻ + HOCl → HSO₄⁻ + Cl⁻ + H⁺.

Théoriquement, une fois le chlore résiduel totalement réduit, le potentiel oxydant de l'eau devrait disparaître. Cependant, à ce stade, l'oxygène dissous apparaît comme une nouvelle source d'agents oxydants. Dans des conditions normales, l'oxygène dissous possède un faible pouvoir oxydant ; pourtant, en présence d'ions de métaux de transition, tels que le fer et le cuivre, ces ions catalysent une réaction en chaîne radicalaire entre les ions bisulfite (le composant actif du SMBS) et l'oxygène dissous. Ce processus génère des espèces hautement oxydantes, notamment des radicaux sulfate et des radicaux hydroxyle.

Les potentiels redox de ces radicaux sont nettement supérieurs à celui du chlore résiduel ; par conséquent, même si un surplus de SMBS persiste dans le système, le milieu aquatique continue de présenter des propriétés oxydantes distinctes capables d'attaquer directement les membranes de polyamide.

Les ions Fe²⁺/³⁺ et Cu⁺/²⁺ peuvent abaisser significativement l'énergie d'activation nécessaire à l'auto-oxydation des sulfites pour générer des espèces réactives de l'oxygène. Agissant comme médiateurs de transfert d'électrons, ces ions catalysent une chaîne de réactions analogue aux réactions de Fenton ou de type Fenton.

Cu⁺ + O₂ → Cu²⁺ + O₂•⁻ (Anion superoxyde)

Cette étape déclenche ensuite une réaction en chaîne d'oxydation des sulfites, au cours de laquelle la production massive de radicaux libres maintient le potentiel oxydant de l'eau à un niveau élevé et persistant. C'est la principale raison pour laquelle, même après l'ajout de SMBS, l'eau peut conserver des propriétés oxydantes, et pourquoi la présence d'ions fer et cuivre contribue à accentuer ce phénomène.

Ce phénomène est particulièrement marqué dans dessalement de l'eau de mer systèmes, en grande partie grâce à l'interaction synergique entre les ions NaCl, NaHCO₃ et cuivre :

De fortes concentrations d'ions chlorure (provenant de NaCl) forment des complexes chlorés stables avec le cuivre (par exemple, CuCl₂⁻, CuCl₃²⁻). Cette complexation améliore considérablement la solubilité et la stabilité des ions cuivre et modifie leur potentiel redox, augmentant ainsi significativement leur activité catalytique. Au sein du cycle redox Cu(I)/Cu(II), ces espèces de cuivre complexées par le chlore sont capables d'activer l'oxygène dissous avec une plus grande efficacité, ce qui conduit à la génération continue de radicaux libres. La présence de bicarbonate (NaHCO₃) remplit une double fonction : d'une part, elle assure un pouvoir tampon, maintenant le pH dans une plage propice aux réactions en chaîne radicalaires ; d'autre part, l'ion HCO₃⁻ peut former des complexes carbonate avec le cuivre et peut également être oxydé par les radicaux libres pour générer des radicaux carbonate (CO₃•⁻). Ces derniers agissent comme un oxydant sélectif et participent à des réactions secondaires qui prolongent la durée de vie des espèces oxydantes.

L'interaction synergique de ces trois composants établit un cycle d'oxydation catalytique auto-entretenu : la forte concentration de chlorures naturellement présente dans l'eau de mer assure la dissolution stable et la forte activité catalytique des ions cuivre, tandis que le bicarbonate apporte un soutien à la coordination et à l'alcalinité. Par conséquent, même si le chlore résiduel dans l'eau brute a été totalement éliminé par le SMBS, le système sulfite/oxygène dissous catalysé par le cuivre continue de générer des radicaux libres oxydants, maintenant ainsi l'eau dans un état d'oxydation persistant.

Dans de telles situations extrêmes, les mesures classiques du chlore résiduel sont totalement incapables de refléter le véritable potentiel oxydant, car les espèces attaquant la surface de la membrane sont des radicaux libres chlorés et non de l'acide hypochloreux. En revanche, le potentiel d'oxydoréduction (ORP) fournit une réponse complète à l'équilibre dynamique de toutes les espèces oxydantes et réductrices présentes.

Lorsqu'une hausse anormale du potentiel d'oxydoréduction (ORP) est observée, même si le taux de chlore résiduel reste nul, cela indique une accumulation d'espèces réactives de l'oxygène susceptibles d'endommager la membrane. Dans ce cas, des mesures d'intervention immédiates doivent être mises en œuvre, telles que l'intensification des traitements de réduction, l'élimination des ions métalliques ou l'optimisation du dosage du SMBS.