Prise d'eau et prétraitement

4. Prise d'eau de l'usine et Prétraitements


 

 

Il existe deux types de prises d'eau pour les usines d'osmose inverse qui vont dépendre de la localisation géographique de l'usine :

soit un forage côtier : lorsque la géologie est favorable, ce système de prise est très indiqué car il permet de réduire considérablement les prétraitements. Ce seront des forages horizontaux ou verticaux, cependant cette technique est limitée par les capacités de production de l'usine. En effet, cette voie de prise d'eau est réservée aux stations d'une capacité inférieure à 50 000 m3/j.

Soit une prise d'eau par conduite sous marine : c'est le système que nous allons employer puisque notre usine aura une production journalière de 110 000 m3. Le captage se fait à une profondeur de 15 mètres minimum. On choisit donc de réaliser une conduite de 2 km entre l'usine et la prise d'eau, le matériau utilisé pour cette canalisation est le PEHD (polyéthylène haute densité). L'organe de prise est une tour équipée de crépine assurant une vitesse maximum en conduite de 0,2 m/s .
 
 
   Prise d'eau de l'usine de Barcelone Degremont
 
 
Avant de passer à l'osmose inverse en particulier, l'eau de mer va devoir subir une multitude de traitements visant à prolonger la durée de vie des membranes, à réduire le colmatage.
 
Il existe deux types de traitements qui ont globalement la même efficacité, ils diffèrent principalement par leur encombrement stérique respectif : le traitement conventionnel et le traitement par membranes.
 
 
  
Le prétraitement conventionnel est encore très majoritairement utilisé dans les usines de dessalement. Cette filière comporte les éléments suivants :
 
 
Prétraitements conventionnels à l'osmose inverse
("Procédé hybride à membranes pour le prétraitement d'eau de mer avant dessalement par osmose inverse", C. TANSAKUL, 2009)
 
Préfiltration grossière : Elle sert à éliminer les gros matériaux qui peuvent endommager les installations et diminuer l’efficacité globale du procédé de traitement.
 
La chloration : cette étape est nécessaire car elle va permettre de désinfecter et d'éviter la croissance biologique qui cause le colmatage de la membrane. Le chlore est ajouté sous forme d’hypochlorite de sodium (NaOCl) ou de gaz dichlore (Cl2) qui est hydrolysé sous forme d’acide hypochloreux (HOCl)
 
Cl2 + H2O    ->   HOCl + HCl
NaOCl + H2O    ->   HOCl + NaOH
 
Dans l’eau, l’acide hypochloreux est dissocié en ions hydrogène (H+) et hypochlorite (OCl-)
 
                  HOCl <-> H+ + OCl-
 
La somme des composés Cl2, NaOCl, HOCl et OCl- constitue le chlore résiduel libre. Une concentration en chlore résiduel libre comprise entre 0.5 à 1mg/L doit être maintenue constante le long de la filière de prétraitement pour empêcher le colmatage de la membrane.
 
Ajustement du pH : on ajoute de l’acide comme l’acide sulfurique (H2SO4) pour empêcher l’entartrage par CaCO3 (pas d’ion carbonate dans l’eau, on est à un pH inférieur au pka de cet acide faible)
 
Coagulation et floculation : les coagulants sont ajoutés pour permettre l'agglomération des particules colloïdales . Pour améliorer la procédure de floculation, des agents floculants comme les polymères cationiques ou anioniques sont également rajoutés. Les coagulants les plus usités sont le chlorure ferrique (FeCl3), le sulfate ferrique (Fe2(SO4)3), le sulfate d’aluminium (Al2(SO4)3)
 
Filtration sur sable mono ou multicouche : la filtration sur sable est utile pour éliminer les agglomérats produits lors de l'étape précédente de coagulation. La filtration sur sable bicouche est suffisante pour atteindre un SDI (silt density index : c'est un paramètre représentatif du potentiel de colmatage d'une eau saline d'alimentation dans un procédé d'osmose inverse. Il dépend de la quantité de particules mais également des autres composants colloïdaux) inférieur à 4 et éliminer efficacement des pigments algaux si le système est alimenté par une eau brute de faible qualité.
 
Déchloration et antitartre : la déchloration peut soit être effectuée avant l’étape d’osmose inverse car le chlore résiduel peut détériorer les membrane d’OI. Les fournisseurs de membranes observent une dégradation de la membrane après des temps de contact compris entre 200 à 1000 heures avec une concentration en chlore résiduel libre de 1mg/L pour des membranes composites. La dégradation sera plus rapide dans le cas de solutions alcalines et de températures élevées.
 
On utilise en principe le métabisulfite de sodium (Na2S2O5) pour éliminer le chlore pour son efficacité et son faible coût. Il réagit avec l’eau pour donner du bisulfite de sodium :
 
Na2S2O5 + H2O -> 2NaHSO3
 
Le bisulfite de sodium réduit l’acide hypochloreux comme suit :
 
                2NaHSO3 + 2HOCl -> H2SO4 + 2 HCl + Na2SO4
 
En théorie, il est nécessaire d’en utiliser 1,34 mg pour 1 mg de chlore résiduel. En pratique cependant, il faut en ajouter 3 mg.
 
Filtration à cartouche : C’est l'ultime étape du prétraitement conventionnel. Il va rester des particules d’un diamètre supérieur à 5 µm qui présentent le risque d’endommager le module d’osmose inverse. On doit donc réaliser une filtration plus fine. La taille de maille choisie sera de 5 à 10 microns.
 
 
 
Prétraitement par membranes
 
A cause des limitations du prétraitement conventionnel, un intérêt croissant a été porté sur l’utilisation des procédés membranaires basse pression tels que la microfiltration (MF), l’ultrafiltration (UF) et la nanofiltration (NF). On a recensé les avantages de cette filière :
 
  • Le rendement de l'osmose inverse sera significativement plus élevé que lors du traitement conventionnel
     
  • La consommation de produits chimiques sera réduite

  • Le procédé aura une meilleure compacité (-33%)

  • La durée de vie des membranes d’OI sera prolongée

  • Le procédé ne souffrira pas des variations de qualité de l'eau d'alimentation

  • Les phases de désinfection et de nettoyage de l’OI seront moins nécessaires

 

 

traitement d'ultrafiltration (source : présentation ppt "les grandes stations de dessalement : aspects techniques et économiques" M. ZAARA, RMSU MEDA Water Program)

 

 

 

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