Osmose inverse pour le traitement des eaux salines

La osmose forcée (en anglais Forward Osmosis, ou FO) est une technologie émergente de membranes qui présente une série de caractéristiques avantageuses par rapport à l’osmose inverse. Bien qu’elle soit actuellement présentée comme une technologie complémentaire, elle a suffisamment de potentiel pour devenir l’option de référence dans de nombreuses applications.

Au niveau industriel, l’osmose forcée repose sur le phénomène naturel dans lequel un solvant s’écoule d’une région à basse pression osmotique, à travers une membrane semi-perméable, vers une autre région à haute pression osmotique. Ce phénomène se produit en continu dans la nature, dans les plantes, les arbres, les bactéries, les cellules animales, etc.

L’osmose forcée est un processus par lequel de l’eau de grande qualité est produite à partir d’un effluent aqueux avec un degré de contamination variable, en utilisant une membrane semi-perméable et une solution à haute pression osmotique. Le processus consomme très peu d’énergie, car il se déroule à des pressions très basses et à température ambiante, ce qui est l’un des avantages les plus notables.

Pour exploiter le phénomène naturel dans des applications concrètes, deux fluides avec des pressions osmotiques différentes peuvent être utilisés pour que, par exemple, de l’eau pure d’une solution d’eau de mer, s’écoule à travers la membrane pour diluer une solution avec une pression osmotique encore plus élevée. Il est important de souligner que ce phénomène naturel se produit à température ambiante et sans la nécessité d’appliquer une pression importante. La seule énergie externe nécessaire est celle requise pour surmonter la résistance à la friction des deux côtés de la membrane (normalement, 2-3 bar). La solution à haute pression osmotique est connue sous le nom d’« agent osmotique » (draw solution en anglais) et doit être facile et sûre à manipuler, de préparation simple et de séparation facile du produit final (généralement de l’eau de haute qualité).

Comparée à un système d’osmose inverse conventionnel, l’osmose forcée présente une longue liste d’avantages. Le principal réside dans le fait que l’osmose forcée se déroule à des pressions réduites, avec l’économie d’énergie qui en résulte. De plus, les membranes d’osmose forcée sont plus résistantes à l’encrassement et tolèrent mieux le chlore, ce qui rend les nettoyages moins nécessaires et plus efficaces, prolongeant ainsi la durée de vie des membranes. Cependant, l’osmose forcée ne produit pas d’eau de haute qualité adaptée à une utilisation en une seule étape, car après l’étape d’osmose forcée, l’eau est mélangée avec l’agent osmotique et une seconde étape est nécessaire pour séparer l’agent osmotique de l’eau produite. Lors de la seconde étape, l’agent osmotique est régénéré tout en produisant de l’eau de haute qualité (figure 1).

Les deux processus, celui de l’osmose forcée et celui de la régénération de l’agent osmotique, sont liés par la recirculation de la solution de l’agent osmotique, qui a une pression osmotique supérieure à celle de l’alimentation. L’agent osmotique concentré permet le flux d’eau pure depuis la solution d’alimentation. En conséquence, l’agent osmotique est dilué par le flux d’eau pure qui traverse la membrane. L’agent osmotique dilué est ensuite concentré en le séparant de l’eau pure dans le système de régénération. La combinaison de l’opération des deux systèmes est un paramètre clé dans la conception du système pour que l’opération de l’ensemble soit simple, robuste et fiable.

Les avantages les plus importants de l’osmose forcée par rapport à l’osmose inverse conventionnelle sont les suivants :

• Consommation énergétique moindre, notamment dans le cas de solutions à haute pression osmotique.
• Faible propension à l’encrassement de la membrane.
• Nettoyage plus facile et efficace de la membrane.
• Durée de vie prolongée de la membrane.
• Coûts d’exploitation plus bas.

L’osmose forcée peut être utilisée dans une large variété d’applications possibles, car elle permet le traitement des eaux marines et des saumures, des eaux contenant des sels minéraux et des métaux, des effluents avec une forte charge organique et des effluents contenant de la silice, parmi d’autres types d’effluents, les plus notables étant les suivants :

• Production d’eau dans des zones confrontées à des problèmes de pénurie.
• Traitement des effluents lorsque la réglementation impose la réutilisation.
• Implantation d’un système de rejet zéro.
• Traitement d’effluents complexes et difficiles à traiter avec des technologies conventionnelles.
• Alternative viable lorsque la réduction de la consommation d’énergie est requise.

Ainsi, l’osmose forcée est une technologie émergente, totalement viable et fiable, qui se présente comme une claire concurrente de l’osmose inverse conventionnelle et d’autres technologies de séparation. En résumé, l’osmose forcée :

• Est un processus alternatif à l’osmose inverse, dans lequel l’énergie est réduite et la proportion de rejet produite est diminuée.
• Est une technologie qui se présente comme une alternative émergente aux processus d’évaporation thermique conventionnels.
• Permet une large variété d’applications différentes.
• Est une technologie émergente qui continuera à se développer et qui obtiendra encore de meilleurs rendements.
• Réduit les coûts d’investissement et d’exploitation dans les applications de rejet zéro par rapport à d’autres technologies.
• Les prochaines améliorations serviront à réduire les besoins de prétraitement et à accroître encore son efficacité.

Condorchem Envitech met à la disposition de ses clients la conception et l’implantation de systèmes optimaux d’osmose forcée. Concrètement, elle dispose de trois options de traitement par cette technologie, dans lesquelles l’agent osmotique est une solution thermolytique, capable de satisfaire les besoins de divers clients. Les options technologiques sont les suivantes :

OPTION 1

• Solution focalisée sur la membrane.
• Récupération élevée d’eau, même dans le cas d’effluents qui encrassent considérablement la membrane.
• Traitement pour les effluents contenant de la silice, de la contamination organique et des minéraux.

OPTION 2

• Technologie considérée comme le fleuron de l’osmose forcée.
• Récupération maximale d’eau de haute qualité.
• Traitement des saumures jusqu’à 250 000 ppm de solides dissous totaux.

OPTION 3

• Récupération complète de l’eau. Solution de rejet zéro.
• Combine la technologie MBC avec des cristalliseurs.
• Amélioration de l’efficacité par rapport aux processus d’évaporation multi-effet.