Comparaison des opérations de nanofiltration et d'osmose inverse pour le dessalement selectif des eaux saumatres : de l'échelle du laboratoire au pilote industriel

• Main Author: Dach, Hanane
• Language: ENG
• Published: Université d'Angers 2008
• Subjects: [SPI] Engineering Sciences; [CHIM:OTHE] Chemical Sciences/Other; Nanofiltration; Osmose inverse; Dessalement; Eaux saumâtres; Caractérisation; Défluoruration; Sélectivité; Transfert de masse; Simulations; Optimisation technicoéconomique
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00433513; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/43/35/13/PDF/Thesis_H._DACH_GAP_Angers.pdf

Le dessalement des eaux saumâtres et de l'eau de mer peut faire face à la problématique de pénurie d'eau qui menace certains pays tel que le Maroc. Actuellement, la technique la plus utilisée pour le dessalement des eaux saumâtres est l'Osmose inverse. La nanofiltration peut remplacer, dans les années avenir, l'Osmose inverse, mais la méconnaissance du comportement du matériau membranaire et des phénomènes de transfert limite l'application de la NF. Une meilleure compréhension des mécanismes de transport favoriserait son essor au sein du domaine de dessalement. C'est dans cette optique que nous avons mené ce travail pour contribuer à l'étude du dessalement des eaux saumâtres par NF. L'originalité de ce travail est de comparer les deux techniques de NF et d'OI sur le plan fondamental à l'échelle du laboratoire et de comparer leur performances pour le dessalement d'une eau saumâtre du sud du Maroc à l'échelle pilote. Dans la partie fondamentale une approche systématique pour la caractérisation des membranes commerciales de nanofiltration et d'osmose inverse à basse pression a été établie, pour aider l'utilisateur au choix d'une membrane pour le dessalement des eaux saumâtres. Nous avons développé deux types de caractérisation : (i) physico-chimique, en terme de Hydrophilie/ Hydrophobie, morphologie et topographie, charge de surface et (ii) transfert de mass en terme de perméabilité hydraulique à l'eau ultra pure et à des solutions salines, rétention de sels monovalents et divalents, détermination du seuil de coupure, détermination des paramètres de transfert de masse s et Ps respectivement le coefficient de reflexion et la perméabilité au soluté des membranes, compréhension des mécanismes de transfert de masse en NF ; la convection pure et la diffusion pure. Nous avons appliqué cette approche pour des membranes commerciales de NF et d'OIBP afin de comparer leurs performances et les classifier pour aider à la sélection d'une membrane de NF pour le dessalement des eaux saumâtres. La deuxième partie est consacrée à une étude pilote du dessalement d'une eau saumâtre du Sud du Maroc, afin de prouver sur le plan technique et économique, l'efficacité de la nanofiltration pour le dessalement cette eau. La NF s'est avérée efficace pour le dessalement partiel et sélectif de l'eau saumâtre étudiée en un seul étage, avec une consommation énergétique plus faible qu'en OI. Les membranes NF90 et NE90 sont les plus adéquates et les plus concurrentes à la BW30 pour le dessalement d'une eau saumâtre avec un taux de salinité de 4 g/L. Elle permettent un dessalement partiel et permettent aussi de préparer une eau destinée à la consommation humaine ( TDS ≤ 1000 ppm) à des pressions 2 fois plus faibles et à des taux de conversions plus élevés (90%). Des essais de dopage de l'eau de TanTan à différents taux de salinité et avec des ions fluorures ont été réalisés. Ces essais ont permis de déterminer la limite d'application des membranes de nanofiltration pour le dessalement des eaux saumâtres (6g.L-1) et confirmer l'efficacité de la NF pour la défluoruration sélective des eaux saumâtres au Maroc.