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L’Efficacité des procédés de dessalement et perspectives

Pour le futur d’un dessalement durable de l’eau de mer, l’importance d’une meilleure efficacité énergétique doit être surestimée. La principale préoccupation de l’industrie du dessalement est l’approche inadéquate de l’évaluation de l’efficacité énergétique des divers processus de dessalement de l’eau de mer en omettant la qualité de l’énergie fournie.
La rareté de l’eau dans le monde ne cesse d’augmenter. Cette tendance est accentuée par les changements climatiques qui menacent qui compromet son accessibilité tout au long du cycle de vie et met la population mondiale en danger. L’augmentation de la demande en eau est principalement
due à la croissance rapide de la population et du développement économique. La sécurité de l’eau sous-tend le cycle de vie, la croissance économique et la durabilité partout dans le monde. En 2000, la demande mondiale globale d’eau était de 4000 milliards de mètres cubes et elle devrait augmenter de plus de 58% d’ici 2030. La demande en eau devrait être beaucoup plus élevée dans les pays en développement, où un besoin de plus de 93% par rapport aux pays développés est estimé par les projections. Les sources d’eau conventionnelles également appelées ressources renouvelables telles que les eaux de surface et les eaux souterraines ne sont pas en mesure de combler l’écart entre l’offre et la demande d’eau douce. Cet écart croissant ne peut être comblé que par des sources non conventionnelles et non renouvelables telles que le traitement dessalement de l’eau de mer. Dans certaines parties du monde, même l’application de la réutilisation des eaux usées est nécessaire, il y a encore donc un manque d’eau qui ne peut être remplie que par des processus de dessalement d’eau de mer. Au cours des dernières années, on a observé une croissance régulière de l’installation des capacités de dessalement qui devrait augmenter dans un proche avenir pour répondre à la demande mondiale en eau.

Feuille de route pour l'approvisionnement en eau durable

Comme tous les processus de dessalement conventionnels fonctionnent loin de la limite thermodynamique, des processus innovants sont nécessaires pour atteindre les futurs objectifs de durabilité.

De l’expérience passée, il a été noté que les améliorations majeures des performances de dessalement ne peuvent être obtenues que par un changement de paradigme dans la technologie ou par l’intégration thermodynamique des processus. Les améliorations périphériques de processus tels que le contrôle de l’encrassement et de l’entartrage sur les membranes peuvent simplement atteindre une augmentation progressive de l’efficacité. Après près de trois décennies, les processus de dessalement sont maintenant à la veille de nouvelles découvertes ou de solutions «prêtes à l’emploi» pour réaliser un bond quantique des performances.

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Les récentes recherches mettent l’accent sur le fait que l’amélioration de la tendance d’hybridation récente et le développement de membranes à base de graphème très efficaces révolutionneront l’industrie du dessalement pour atteindre un objectif d’efficacité de 25 à 30% de la limite thermodynamique. En outre, la biodésalinisation qui produit de l’eau douce à l’aide de processus biologiques et l’intégration de nanomatériaux dans le processus de dessalement pour l’amélioration des matériaux et des systèmes a été reconnue comme alternative pour surmonter les obstacles et les limitations auxquels la technologie de dessalement est actuellement confrontée et peuvent être des options alternatives pour la durabilité future.

Répartition de la consommation d’énergie dans une station typique de dessalement.

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Alternatives pour réduire la consommation d'énergie du système RO

Il existe un certain nombre de différentes approches pratiques pour la minimisation de la consommation d’énergie en osmose inverse qui ont été acceptées et utilisées à l’échelle de l’industrie :

  • Éléments de membrane à haute productivité / basse énergie;
    • Configuration de membrane hybride;
    • Conception d’usine à faible récupération;
    • Conception du système RO à deux passes en deux parties;
    • Conception du système RO à trois centres;
    • Pompes de grande taille à haut rendement;
    • Récupération d’énergie par échangeurs de pression

Configuration de membrane hybride

La configuration de membrane hybride innovante combinant des éléments SWRO
de productivité et de rejet différents au sein d’un même tube de pression permet d’optimiser l’utilisation de l’énergie introduite.

Avec une configuration typique de sept éléments par tube de pression et une répartition idéale uniforme du flux vers toutes les membranes, chaque membrane produirait un septième (14,3%) du débit total de perméat. Cependant, dans les systèmes de dessalement conventionnels (SWRO), la distribution du débit dans une tube de pression est inégal et le premier élément de membrane produit généralement plus de 25% du débit total de perméat, tandis que la dernière membrane ne produit que 6 à 8% du perméat total. Le dessalement serait plus économe en énergie si le flux d’alimentation vers le tube sous pression est réparti plus uniformément entre les membranes RO. Une nouvelle conception de configuration de membrane pour obtenir une distribution de flux plus uniforme est obtenue en combinant trois modèles différents de membranes avec une perméabilité différente dans le même récipient en utilisant le même modèle d’éléments RO.

Conception d'usine à faible récupération

La conception d’une usine à faible récupération (c.-à-d. Conception d’une récupération d’environ 35 à 40% pour les usines SWRO et d’une récupération de 65 à 70% pour les usines BWRO) présente des avantages évidents pour les usines entièrement automatisées de plus petite taille dans les endroits éloignés, car elle réduit considérablement la consommation d’énergie et l’encrassement des membranes et les activités de nettoyage associées, et permet d’éliminer le personnel permanent de l’usine et de simplifier les opérations de l’usine.

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Conception du système d'osmose inverse à trois centres

Une conception de système d’OI à trois centres à faible énergie est une conception optimale pour les usines de dessalement qui doivent produire fréquemment (c’est-à-dire tous les jours) des débits d’eau potable variables.

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