Dessalement d eau de mer par osmose inverse

Journées de l eau Saint-Martin - 9 & 10 Juin 2016 Dessalement d eau de mer par osmose inverse Erich WITTMANN Veolia - Département Technique & Performance 9 Juin 2016 )

Dessalement d eau de mer Principaux procédés utilisés Procédés thermiques Distillation à détentes étagées (MSF) Distillation à effets multiples (MED) Procédé à membranes Osmose inverse 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 2

Capacités de séparation 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 3

Ce que peut faire l osmose inverse Réduction de : La salinité totale Le carbone organique total (COT) Les bactéries Les virus 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 4

Osmose Membrane semi-perméable Passage de la solution diluée vers la solution concentrée : Osmose 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 5

Pression osmotique Application d'une pression égale à la pression osmotique : équilibre 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 6

Osmose inverse Application d'une pression supérieure à la pression osmotique : Osmose inverse 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 7

Pression osmotique p = k C p : Pression osmotique k : Constante, [bar/(mg/l)] C : Solides totaux [mg/l] Type d'eau Solides totaux [mg/l] k [bar/(mg/l)] p à 25 C [bar] Solution NaCl 2 000 8,34 x 10-4 1,67 Eau de mer 35 000 7,79 x 10-4 27,3 Eau saumâtre 2 000 5,31 x 10-4 1,06 Solution CaSO 4 2 000 3,59 x 10-4 0,72 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 8

L osmose inverse en pratique Une filtration tangentielle Perméat Alimentation Concentrat Ions Nécessité de balayer la surface membranaire pour éviter les concentrations de sels et de dépôts colmatants 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 9

Membrane plane TFC Membrane séparatrice ultra-fine Sous couche (polysulfone) Support drainant 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 10

Module spiralé 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 11

Pochettes à membrane Joint collé (3 cotés) Espaceur 2 feuilles de membrane 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 12

Module spiralé Collecteur du perméat Espaceur d alimentation Joint collé Récupérateur de perméat Membrane L extrémité ouverte est fixée à un collecteur de perméat 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 13

Module spiralé Collecteur avec trois feuilles prêtes à être enroulées 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 14

Module spiralé 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 15

Module spiralé 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 16

Principaux fournisseurs de membranes d osmose inverse Dow Filmtec Hydranautics (Nitto Denko) Toray Koch (Fluid Systems) LG Chem (NanoH2O) Lanxess TriSep GE (Osmonics Desalination) 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 17

Module / élément de membrane Principe de fonctionnement d un module Les éléments doivent être arrangés en série DP Vanne concentrat Mise en pression Concentrat : 9 m 3 /h Débit entrée : 10 m 3 /h Perméat produit : 1 m 3 /h 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 18

Tube de pression Eléments en série dans un tube de pression Le concentrat d un élément alimente le suivant Un joint à lèvres empêche les bypass alimentation Le perméat est collecté dans le tube central Des interconnecteurs lient les tubes à perméat Le perméat peut être collecté d un ou deux cotés. perméat Entrée concentrat perméat Concentrat 1 er élément Concentrat 2 eme élément 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 19

Tube de pression 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 20

Trains d osmose inverse 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 21

La récupération d énergie PompeHP 84% rendement 69 bar Membranes 45% Conversion, 1,4 bar DP Eau traitée 833 m 3 /h 1852 m 3 /h 1,2 bar 1019 m 3 /h 67,6 bar 4052 kw Moteur Pompe 2471 kw, 96% rendement 1668 kw récupéré Turbine récupération d énergie Rendement 87% Saumure 0 bar Consommation sans turbine : 5 kwh/m 3 Consommation avec turbine : 3 kwh/m 3 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 22

Filière de traitement Prétraitement Post-traitement Injection de séquestrant Eau brute Clarification & filtration Filtration à cartouches Osmose inverse Correction de ph / Reminéralis ation Eau produite Chloration Déchloration Acidification Concentrat 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 23

Types de captage d eau brute Prise d eau directe en mer Prise d eau en puits côtiers 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 24

Prétraitement Exemple de prétraitement Coagulant Acide Filtration directe Entrée OI 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 25

Prétraitement Exemple de prétraitement Coagulant / Flocculant Acide Flottation Filtration Entrée OI 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 26

Préfiltration à cartouches Préfiltres en amont de l osmose (habituellement à 5 µm) Corps de filtre contenant plusieurs cartouches filtrantes 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 27

Posttraitement : reminéralisation Remise à l équilibre calco-carbonique par ajout de réactifs pour augmenter le THCa (Ca 2+ ) et le TAC (HCO 3- ) CO 2 + chaux CO 2 + calcaire H 2 SO 4 + calcaire CaCl 2 + NaHCO 3 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 28

Colmatage des membranes Encrassement biologique (biofouling) Colmatage minéral (entartrage) Colmatage par particules ou colloïdes Colmatage par adsorption 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 29

Encrassement biologique 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 30

Colmatage minéral Calcaire Sulfate de barium Phosphates de calcium Fer 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 31

Perméabilité Effet du colmatage sur la perméabilité Perméabilité initiale Colmatage irréversible Colmatage réversible chimiquement Nettoyage chimique Temps 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 32

Nettoyages chimiques (régénération des membranes) Les nettoyages chimiques permettent à remédier au colmatage (encrassement) des membranes en général alcalin (NaOH + détergents) suivi d une étape acide (citrique, chlorhydrique, phosphorique, sulfamique, nitrique) 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 33

Répartition typique des coûts d exploitation 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 34

R&D en dessalement d eau de mer Amélioration du prétraitement Distillation transmembranaire Nouvelles membranes à haute perméabilité Osmose directe Dessalement à énergies renouvelables Dispositifs de récupération d énergie 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 35

Dessalement dans le monde Eau pure 3,3 m m 3 /j Capacité installée en m 3 /jour 3.8% 90 000 000 80 000 000 Eau usée 4,5 m m 3 /j 5.2% 70 000 000 60 000 000 Eau de surface 7 m m 3 /j 8.1% 50 000 000 40 000 000 Eau saumâtre 18,5 m m 3 /j 21.5% 30 000 000 20 000 000 Eau de mer 52,5 m m 3 /j 61% 10 000 000 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 0 Source : GWI Desaldata.com 26 th inventory 2013 9 Juin 2016 Journées de l eau Saint-Martin 36