LES GRANDES STATIONS DE DESSALEMENT: ASPECTS TECHNIQUES ET ECONOMIQUES. 2 nd MEDA Water Regional Event (28-30 Avril 2008 Marrakech)

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1 LES GRANDES STATIONS DE DESSALEMENT: ASPECTS TECHNIQUES ET ECONOMIQUES 2 nd MEDA Water Regional Event (28-30 Avril 2008 Marrakech) Ing.. Mohamed ZAARA RMSU MEDA Water Programme

2 Plan de la présentation 1. Les techniques de dessalement 1.1. Les techniques membranaires 1.2. Les techniques thermiques 1.3. Les différentes phases du dessalement 2. Le dessalement dans le monde 2. par osmose inverse (eau de mer) 3.1. Principales composantes 3.2. Aspects économiques Les projets «clé en main» Les concessions Tendance des coûts

3 1. Les techniques de dessalement 1.1. Les techniques membranaires Les techniques de dessalement membranaire: séparation à l échelle ionique et moléculaire, par voie de membrane en polymère. deux techniques L Osmose Inverse. Le passage de l eau brute prétraitée surpressée sur la membrane d osmose inverse Pression dépendant de la salinité de l eau brute Le Taux de rejet des sels > à 99.5 % L eau traverse la membrane : filtration en plus L Electrodialyse Le passage de l eau brute sur des membranes d électrodyalyse (cationique et anionique) soumises à un champs électrique en courant continu Champ dépendant de la salinité de l eau brute Le taux de rejet par étage électrique est de 50 % Les sels traversent la membrane: sans filtration

4 1. Les techniques de dessalement 1.2. Les techniques thermiques Les techniques de dessalement par voie thermique basées sur le changement d état de l eau de l état liquide à l état vapeur (évaporation) puis de l état vapeur à l état liquide (condensation). 3 techniques thermiques: Le multiflash (MSF). Évaporation de l eau par flashage (dépression) Evaporation sans échangeur en contact avec la saumure : T C max peut atteindre 120 C Consommation d énergie électrique: 4 KWh/m3 Le Multiple effet (MED). Evaporation par echangeur de chaleur en contact avec l eau brute: T C max 65 C (éviter entartrage) Consommation d énergie électrique < à 2KWh/m3 La compression de vapeur (VC). Principe d évaporation du MED Chaleur fournie par compression de vapeur (M-T) Consommation d énergie électrique : 8 KWh/m3

5 1. Les techniques de dessalement 1.3. Les différentes phases du dessalement Les techniques de dessalement, en plus de la réduction du taux de sels dissous, permettent l élimination de toutes les matières en suspension, colloïdales et organiques ainsi que les bactéries sauf pour le cas de l électrodialyse. Une technique de dessalement : trois phases : La phase de prétraitement consistant à la préparation et le conditionnement de l eau pour son passage à travers le système de dessalement sans l endommager (colmatage des membranes, entartrage des échangeurs de chaleur, etc.). La phase de dessalement proprement dite. La phase de post-traitement préparation de l eau dessalée pour l usage auquel elle est destinée et qui consiste principalement à l'équilibre calco-carbonique de l'eau dessalée (réminéralisation partielle).

6 2. Le dessalement dans le monde Capacité installée Capacité totale installée en millions de m3/j dont 64 % pour l eau de mer unités de dessalement de capacité supérieure à 1000 m3/j dont 32% pour l eau de mer. Capacité en cours d installation en Algérie pour l échéance 2010: 2.3 millions de m3/j (OI- eau de mer) CAPACITE INSTALLEE PAR PROCEDE VC 4% MSF 44% MED 4% ED 6% RO 42%

7 3. par OI 3.1. Principales composantes Prise d eau de mer: - forages - Conduite sous marine Réservoir d eau brute Réservoir de saumure -Double filtration OU -Ultrafiltration + -Réactifs chimiques Prétraitement: -SDI <3 - Biofouling osmose inverse: -Rs <500 ppm -TC : 45 % -Flux : 14 l/m2/h -Pompage HP -Bloc d osmose inverse -Récupération d énergie Post-traitement: -LSI -Dureté min -ph -CO2 + Chaux OU -CO2 + Calcaire Réservoir d eau traitée Distribution Mobilisation de l eau de mer - 15 m Emissaire marin -7 m Rejet de la saumure: - émissaire marin - Diffusion de la saumure

8 3.1. Principales composantes Prise d eau de mer (1) Deux systèmes de prise Forages côtiers (géologie favorable) Très indiqué: améliore le prétraitement Forages horizontaux ou verticaux Valable pour des stations de capacité m3/j environ Renouvellement des forages Conduites sous marines jusqu à Captage à une profondeur de 15 m au minimum Pose de la conduite (ensouillement jusqu à 7 m), lestage Organe de prise (tour équipé de crépines assurant vitesse de 0.2 m/s au maximum) Matériau de conduites : généralement PEHD

9 3.1. Principales composantes Prétraitement (1) Objectif : avoir un indice de colmatage de 3 au maximum, la majeur partie du temps, deux systèmes: filtres à sable et système d ultrafiltration Système conventionnel (filtres à sable) Filtres gravitaires ou sous pression (taille des filtres). Un filtre à sable bien dimensionné permet d éliminer 90 % des particules de taille > 1 micron. Matière colloïdale (0.001 et 1 micron) et matière en suspension (> 1 micron) Vitesse de filtration (5 à 12 m/h) Masses filtrantes (mono ou bicouches) Simple/double filtration Filtration peut être procédé par des une coagulation/floculation voir décantation.

10 3.1. Principales composantes Prétraitement (2) Système à base d ultrafiltration Membranes d ultrafiltration (plane ou tubulaire), submergé ou non) Qualité de l eau prétraitée légèrement meilleure Un surcoût au niveau de l investissement de 15% Flux transmembranaire pouvant atteindre 50 l/m2/h

11 3.1. Principales composantes Prétraitement (3) Réactifs chimiques Contrôle du carbonate de calcium ( acide sulfurique) Contrôle du sulfate de calcium, (ajout d un antitartre organique) Permet de travailler en sursaturation de sulfate de calcium jusqu à 300 % Permet de travailler avec un LSI d environ 2.5 sans risquer le formation de carbonate de calcium En dessalement d eau de mer, l antitartre est préféré à l acide - Plus facile en approvisionnement - Ne réduit pas le ph, meilleur rejet du Bore.

12 3.1. Principales composantes Osmose inverse (1) Membranes utilisées Polyamide composite (PAC) spiralée (la plus répandue) Membrane en fibre creuse (tri acétate de cellulose) Evolution des performances des membranes en PAC durant les 10 dernières années Rejet en sels : de 99.5 % à 99.8 % La production par module (CSE): 17 à 32 m3/j

13 3.1. Principales composantes Osmose inverse (2) Principales paramètre de dimensionnement Salinité de l eau brute Température (variation pouvant aller de 15 à 27 C) Age de la membrane (dimensionnement pour 5 années) Taux de conversion (rapport entre Qp et Qo) Flux transmembranaire (13 à 14 l/m2/h) peut aller à 18 l/m2/h avec l ultrafiltration (consommation d énergie) Variation de la pression requise (environ 60 bars pouvant varier d une dizaine de bars) Système de pompage complexe Variation de vitesse pour le contrôle de la pression Qp = Kw( t, âge) x P net x S (P net = P pompage P osmotique )

14 3.1. Principales composantes Osmose inverse (3) Bloc d osmose inverse Des modules de 1 m de long dans des tubes de pression à 7 modules pour avoir un TC de 45 % Bloc répartie en ligne (train) et en rack : capacité par ligne : à m3/j Développement des tubes de pression: Connexions latérales des tubes de pression Développement des tubes 18 et des modules de 16, de longueur 60 : 25 tubes 8 remplacés par 5 de modules (8 de diamètre et 40 de long) remplacés par 15 de diamètre 16 et de longueur 60

15 3.1. Principales composantes Osmose inverse (4) Systèmes de récupération d énergie : 55 % de l énergie injectée dans le système se trouve dans le rejet sous forme de saumure à haute pression : deux sysèmes de récupération sont identifiés Finalité : comment récupérer cette énergie avec le maximum de rendement en vue d être réinjecté dans le système? Système centrifuge de récupération: Turbine Pelton Turbocharger

16 3.1. Principales composantes Osmose inverse (5) Perméat 45% Pompe HP 100% Turbine Rejet 55% E 3.5 kwh/m 3 Turbcharger

17 3.1. Principales composantes Osmose inverse (6) Système Volumétrique de récupération: DWEER PEX Eri Saltec de KSB

18 3.1. Principales composantes Osmose inverse (7) Perméat 45% Booster- Pump 60% Echangeur de pression HP-Pump 45% saumure 55% 100% E 2.4-2,8 kwh/m 3

19 3.1. Principales composantes Osmose inverse (8) KWh/m3 8,00 7,50 7,00 6,50 6,00 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 Energie de process en fonction du taux de conversion eau de mer à 40 g/l 25% 30% 35% 40% 45% 50% taux de conversion sans récupération turbine Pelton turbocharger DWEER

20 2 Ca( OH ) 2 + 2CO + 2 Ca + 2( HCO3 ) 3.1. Principales composantes Post-traitement (1) Réminéralisation partielle de l eau Eau dessalée agressive, LSI (Indice de Saturation de Langelier) est d environ -5 Objectif : ramener le LSI légèrement positif Moyens Ajout de chaux avec au préalable l injection du CO2 2 CO 2 + Ca (OH) 2 Ca HCO mg/l de chaux et 58 mg/l de CO 2 LSI = 0.2 et ph = 8.4 Ajout de poudre de calcaire avec au préalable l injection du CO2 CO 2 + CaCO 3 + H2O Ca HCO mg/l de calcaire et 23 mg/l de CO 2 et 5 mg/l de soude caustique Désinfection (Hypochlorite de sodium)

21 2 Ca( OH ) 2 + 2CO + 2 Ca + 2( HCO3 ) 3.2. Aspects économiques Les projets «clé en main» DAO incluant les grandes lignes techniques ayant pour objet le choix d un Constructeur: EPC (Etude, Procurement et Construction) Exploitation du projet pendant la marche semi-industrielle Financement: Arrangé par le maître de l ouvrage Proposé par le Constructeur (crédit acheteur, crédits bonifiés) Avantages: Implication des équipes du maître de l ouvrage Négociation de meilleurs financement (généralement bonifiés) Limites: Désengagement du Constructeur Exploitation plus chère Motivation (privé/public) Manque d expérience Règlements des marchés publics (pièces de rechange, stock, )

22 2 Ca( OH ) 2 + 2CO + 2 Ca + 2( HCO3 ) 3.2. Aspects économiques Les concessions (1) DAO incluant les Contrats de concession et de vente d eau ayant pour objet le choix d un Concessionnaire: Mobilisation de financement pour projet project finance EPC (Etude, Procurement et Construction) Exploitation pendant une période de 20 années et plus Vente de l eau dessalée au Concessionnaire Financement: Arrangé par le Concessionnaire Généralement 25 % fonds propres et 75 % des emprunts

23 2 Ca( OH ) 2 + 2CO + 2 Ca + 2( HCO3 ) 3.2. Aspects économiques Les concessions (2) Avantages Réduire la participation économique et financière du secteur public Introduire dans le secteur l expérience technique et de gestion en provenance de l initiative privée, ainsi que les technologies nouvelles Améliorer l efficience économique dans le secteur (investissement et exploitation) Introduire une vision à long terme non sujette à un interventionnisme public excessif. Limites: Contrat de long terme: aléas futurs, indices des prix Structure contractuelle complexe

24 2 Ca( OH ) 2 + 2CO + 2 Ca + 2( HCO3 ) 3.2. Aspects économiques Tendance des coûts: répartition des charges Produits chimiques 8% Membranes 8% Composantes du coût du dessalement d'eau de mer Entretien 11% Entretien 18% Produits chimiques 13% Fonctionnement 6% Energie électrique 28% Composantes des charges d'exploitation Fonctionnement 10% Membranes 13% Amortissement 39% Energie électrique 46%

25 2 Ca( OH ) 2 + 2CO + 2 Ca + 2( HCO3 ) 3.2. Aspects économiques Tendance des coûts: Coût d investissement Projet Cap Djinet Tipaza Mostaganem Tlemcen Tenes El Maktaa Capacité m3/j Coût EPC millions de $ Cout m3/j installé $

26 2 Ca( OH ) 2 + 2CO + 2 Ca + 2( HCO3 ) 3.2. Aspects économiques Tendances des coûts: Prix de cession (de vente) Projet Trinidad Taweelah Hamma Fujaïrah Skikda Carboneras Tampa Bay Campo Cartagena Singapur Beni Saf Mostaganem Tlemcen Cap Djinet Tipaza Algérie Algérie Spain Florida-USA Spain Singapur Algérie Algérie Algérie Algérie Algérie Pays Trinidad- Tobago Abu Dhabi.UAE Fujairah.UAE Capacité de la station m3/jour US$/m3 0,71 0,680 0,820 0,739 0,284 0,55 0,35 0,52 0,6994 0,7257 0,7614 0,7275 0,713 Teness Algérie ,589 El Maktaa Algérie ,558

27 Un programme national de dessalement devrait être précédé par un programme d économie d eau