Le Kati - Ani ou résines échangeuses d'ions

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LE KATI - ANI

Schéma d'un Kati-Ani type commercial
Le model commercial présente une coloration rouge pour le Kati et une coloration bleue pour le Ani.

PETIT RESUME

Le Kati – Ani, que l’on pourrait simplement écrire Cati – Ani, pour Cationique et Anionique, est un dispositif de purification chimique de l’eau.
Pour faire simple, ce sont des résines échangeuses d’ions, au même titre qu’un adoucisseur d’eau ou une célèbre carafe purifiante. A ceci près que dans le cas du Kati – Ani (je conserverai cette écriture dans l’article), les cations ne sont pas remplacés par des ions sodiums (Na+) (le sel pour régénérer les adoucisseurs)  mais par des ions hydronium (H3O +). S’ajoute, à cette différence, la présence d’une résine anionique qui, elle, va remplacer les anions par des ions hydroxydes (OH-).
Les hydroniums et les hydroxydes réagissent ensembles pour former de l’eau ^^.

L’eau ainsi purifiée ressort donc déchargée de ses cations et anions indésirables. Elle ne ressort cependant pas totalement pure, seules les molécules chargées électriquement étant remplacées ; ce qui n’est pas le cas de certaines molécules, tels les pesticides ou des boues (ce qui crée la turbidité de l'eau) par exemple.

Il est possible faire un très rapide comparatif entre le Kati – Ani et un osmoseur:

- Avec le Kati – Ani, il est possible de purifier 60 litres par heure d’eau, alors que les osmoseurs vendus pour l’aquariophilie sont souvent limités à 60 litres par jour.

- L’eau issue d’un osmoseur sera normalement plus pure que l’eau issue d’un Kati – Ani.

- La différence de rendement entre les deux est énorme. En fonctionnement optimal, le rendement d’un Kati – Ani approche les 90% (Pertes d’eau à la régénération, pas pendant la filtration), là où celui d’un osmoseur (sans utilisation d’un sur-presseur) oscille entre 25 et 30%. La quantité d’eau jetée avec un osmoseur est énorme.

- La durée de vie des résines du Kati – Ani est beaucoup plus longue que celle des membranes d’un osmoseur. Le coût de remplacement sera aussi inférieur.

- L’utilisation d’un osmoseur se révèle par contre plus pratique que celle d’un Kati – Ani (Les régénérations ne sont pas forcement aisées, nous verrons cela plus tard).

SOMMAIRE

1 /Descriptif technique
Définitions
a/ Le Kati
b/ Le Ani

2 /Mode adoucisseur d'eau
a/ Préparation du kati - Ani

3 /La Régénération du Kati

4 /La Régénération de l'ANI

5 /Théorie et Réalité

6 /Coûts à l'utilisation

7 /Faire l’acquisition d'un Kati-Ani

1 /Descriptif technique

Définitions

Pour comprendre la suite, il est nécessaire d'avoir quelques notions sur ce que sont les cations, anions, et ions.

Les ions

Les ions sont des espèces chimiques chargées électriquement. Cela veut dire que l'espèce va présenter une charge électrique positive ou négative. Cela est due à la perte ou au gain d'un ou plusieurs électrons.
La charge électrique des ions est notée sous la forme d'un exposant (en rouge sur les exemples suivants: Ca²⁺ ; Cl^-).
Les ions regroupent les cations, les anions et les zwitterions.

Les cations

Un cation est une espèce chimique qui a cédé un ou plusieurs électron(s). De ce fait, elle porte une ou plusieurs charge(s) électrique(s) positive(s). Par exemple (calcium) Ca²⁺  ou encore (Magnésium) Mg²⁺ ; (argent) Ag⁺ ; (cuivre) Cu²⁺ .

Les anions

Un anion est une espèce chimique qui a gagné un ou plusieurs électron(s). De ce fait, elle porte une ou plusieurs charge(s) électrique(s) négative(s). Par exemple (Chlorure) Cl^-  ou encore (oxygène) O^2- ; (Bromure) Br^- ; (hydrure) H^-.

Je vous laisse aller consulter wikipédia si vous souhaitez en savoir plus sur les Zwitterions

"Kati" vidé de sa résine

Le Kati, tout comme le Ani, est constitué (dans sa version commerciale) de deux tubes de PVC translucides concentriques de diamètres très différents, le premier (noté C sur le schéma), le plus gros, constitue le corps du dispositif; Corps dans lequel est placé la résine cationique (Anionique dans le cas du Ani). Au centre, vide de toute résine, se trouve le second tube d'un diamètre beaucoup plus fin (noté D sur le schéma). Ce tube permet à l'eau déminéralisée de remonter vers le haut du dispositif, et de sortir par l'embout central (noté A sur le schéma). Une crépine (Notée E) empêche la résine de passer dans ce tube fin. L'eau du robinet pénètre dans le corps du dispositif (le plus gros tube, contenant la résine) par l'embout excentré (noté B sur le schéma) du couvercle. A => Embout centré sur le couvercle (sortie de l'eau déminéralisée) B => Embout excentré du couvercle (Entrée de l'eau du robinet) C => Corps du dispositif, contenant la résine D => Tube intérieur, par lequel l'eau déminéralisée remonte vers la sortie A E => Crépine empêchant la résine de remonter avec l'eau déminéralisée vers la sortie centrale

a/Le KATI

Le corps du Kati est presque intégralement rempli (nous verrons plus tard pourquoi il ne l'est pas entièrement ) d'une résine cationique, qui a pour particularité de retenir (remplacer en fait par des cations hydroniums H₃O⁺) les cations présents dans l'eau (Ca²⁺ (ions calcium) ou Mg²⁺ (ion magnésium), ou encore K⁺ (ion potassium) par exemple). Nous ne rentrerons pas trop dans les détails du fonctionnement, mais il est bon de savoir comment cela agit:
- Lors de la régénération, en milieu fortement acide donc, l'affinité entre la résine et les ions hydroniums (H₃O⁺) est plus forte qu'entre la résine et les autres cations (ions calciums, magnésiums, potassiums, par exemple). De ce fait, les cations précédemment fixés par la résine lors de la précédente déminéralisation de l'eau, sont remplacés par des ions hydroniums, et éliminés avec les eaux de rinçage.
-Lorsque de l'eau (beaucoup moins acide voir même basique) chargée de cations indésirables passe par la résine cationique, l'affinité s'inverse, celle-ci libère alors les ions hydroniums et refixe le calcium, le magnésium etc etc pour les éliminer de l'eau.  
- Il sort alors du Kati une eau acide, chargée en ions hydroniums, débarrassée de ses cations, mais toujours chargée de ses anions.
- La résine fournie avec la version commerciale du Kati possède un indicateur coloré, qui rend la résine de couleur "brun foncé" quand elle est régénérée, et qui change de couleur pour aller jusqu'au rouge vif lorsque que la résine se sature avec les cations de l'eau de conduite.

b/Le ANI

Tout comme pour le Kati, Le corps du Ani est presque intégralement rempli (nous verrons une nouvelle fois plus tard pourquoi il ne l'est pas entièrement ) de résine, ici dite anionique, qui a pour particularité de retenir (remplacer en fait par des anions hydroxyde OH^-) les anions présents dans l'eau (Cl^- (ions Chlorure) ou F^- (ion fluorure), ou encore I^- (ion Iodure) par exemple). La résine anionique est de couleur blanc cassé / crème. De nouveau, nous ne rentrerons pas trop dans les détails du fonctionnement, mais il est bon de savoir comment cela agit:
- Lors de la régénération, en milieu fortement basique donc, l'affinité entre la résine et les ions hydroxydes (OH^-) est plus forte qu'entre la résine et les autres anions (ions Chlorure, Iodure, Fluorure, par exemple). De ce fait, les anions précédemment fixés par la résine lors de la précédente déminéralisation de l'eau, sont remplacés par des ions hydroxydes, et éliminés avec les eaux de rinçage.
-Lorsque de l'eau en provenance du Kati (régénéré) (forcement acide) chargée d'anions indésirables passe par la résine anionique, l'affinité s'inverse, celle-ci libère alors les ions hydroxydes et refixe le Chlorure, le Fluorure etc etc pour les éliminer de l'eau.   
- Il sort alors du système complet Kati-Ani une eau déminéralisée, de pH inférieur à 7 (toujours constaté ici). Les ions hydroniums et les ions hydroxydes se sont combinés pour donner de l'eau (H₃O⁺ + OH^- 2H₂O ).

- Il n'y a pas d'indicateur coloré dans la résine anionique permettant de savoir si la résine est saturée. Cependant, lorsque la résine se sature, des bulles ont tendance à se former dans la résine. Ces bulles devenant de plus en plus nombreuses au fur et à mesure que la résine sature. Sachez toutefois que si les régénérations du Kati et de l'Ani sont correctement effectuées, il faut compter une régénération de l'Ani toutes les deux régénérations du Kati.

2 /Mode Adoucisseur d'eau

a/Préparation du Kati - Ani

=> Une chose importante est ici à noter: Ne jamais utiliser d'eau du robinet pour rincer le ANI, et donc ne jamais connecter le ANI en direct sur l'arrivée d'eau du robinet par erreur!

Lorsque vous recevez votre Kati ANI tout neuf, les résines sont normalement régénérées, et il ne vous reste plus qu'à en faire votre première utilisation. Cependant, les résines voyagent sans présence d'eau dans les corps du ANI et du KATI, il faut donc remplir les deux dispositifs avec:
=> de l'eau du robinet pour le Kati
=> de l'eau ayant été traitée par le KATI pour le ANI
Pour ce faire, nous devons connecter le KATI-ANI d'une manière différente de celle qui nous permet de déminéraliser l'eau.
En effet, l'eau doit entrer dans le KATI par l'embout central, ressortir par l'embout excentré.
Cette eau issu du KATI doit entrer par l'embout central de l'ANI, et ressortir par l'embout excentré.

Il sera certainement nécessaire de pratiquer cette opération après chaque régénération. Lors du remplissage, les résines ont tendance à remonter vers le haut du tube. C'est normal, c'est la pression de l'eau qui pousse les résines vers le haut.

Comme un petit schéma est parfois plus parlant:

Schéma à venir

3 /La Régénération du Kati

4 /La Régénération de l'Ani

5 /Théorie et Réalité

6 /Coûts à l'utilisation

7 /Faire l'acquisition d'un Kati-Ani

Il y a différents moyens pour se procurer un Kati-Ani.
Tout d'abord, vous pouvez passer par l'occasion, sur Ebay ou les petites annonces. Cependant, compte tenu du fait que vous ne connaissez pas quelle utilisation a été faite des résines (combien de fois ont elles été régénérées?, l'ont elles été correctement? etc etc), je ne conseille vraiment pas d'acheter en seconde main.

Pour ce qui est d'acheter "neuf", il y a, là encore, plusieurs manières:
- Soit vous achetez un système tout fait, avec des résines cationiques disposant d'un indicateur coloré, qui vous permettra de savoir quand régénérer.
- Soit vous achetez au détail, et, sauf si vous réussissez à en trouver (merci de faire partager dans ce cas là), dans ce cas les résines cationique seront dépourvues d'indicateur coloré, ce qui rend nécessaire l'achat d'un conductimètre et d'un pHmètre électronique (achat que je conseille de toute manière même avec les résines disposant de l'indicateur coloré).

Pour acheter votre matériel, tout fait ou au détail, vous pouvez vous rendre, entre autre, sur le site du Poisson or.

Pour acheter au détail, il vous faut connaitre la quantité de résine pour chaque modèle. Vous retrouverez donc les quantité dans le tableau suivant:

Voici un tableau récapitulatif que j'ai réalisé pour vous (les prix sont en date du 25/09/2013, j'essaierai de les tenir à jour).

Comme vous pouvez le constater, il est préférable, si vous n'avez pas deux mains gauches, d'achetez au détail.
La différence de prix (or frais de port) peut être de 50% sur le site du poisson or, c'est énorme, avec dans le cas du Kati-Ani 10 une économie de plus de 500€!

Je pense que cela vaut la peine de prendre le temps de faire des mesures de conductivité à la sortie du dispositif pour savoir si on doit régénéré ou non.

Pour ce faire, il vous faudra un conductimètre. Encore une fois, plusieurs manière d'en faire l'acquisition, via Ebay, les petites annonces, ou encore les sites internet. Veillez simplement à prendre une résolution suffisamment bonne (1µs ou 10µs). Quelques sites: Poisson d'or;Hydrozone, mais il suffit de taper "conductimètre pour aquarium" dans votre moteur de recherche pour trouver plus de sites qu'il n'en faut.
Un petit conductimètre et pHmètre stylos sont suffisant à partir du moment où vous prenez soin de choisir une échelle de mesure suffisante (0 à 1000µS pour le conductimètre), ainsi que comme déjà vu, une bonne résolution.

























En cour de création, merci de votre compréhension.

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La fiche progresse, mais je suis relativement pris ces derniers temps...