Dessalement d'eaux de mer par osmose inverse : impact des procédés conventionnels sur les caractéristiques physicochimiques et microbiologiques de la ressource et étude du colmatage

• Auteur / Autrice : Sophie Rapenne
• Direction : Jean-Philippe Croué, Hervé Gallard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et microbiologie de l'eau
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie chimique, biologique et géologique (Poitiers2000-2008)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées - École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau potable -- Épuration

Microbiologie marine

Salissures biologiques

Membranes (technologie)

Eau salée -- Dessalement -- Osmose inverse

Résumé

Les avancées récentes dans les technologies membranaires ont permis une large application de l’osmose inverse au dessalement d’eaux de mer. Pourtant, le fonctionnement opérationnel des usines demeure un challenge. La mise en place d’un prétraitement adapté à la qualité de l’eau d’alimentation et à ses fluctuations saisonnières est nécessaire afin de minimiser le colmatage des membranes. L’objectif de ces travaux a été d’étudier l’impact des prétraitements conventionnels et membranaires sur la qualité de l’eau. Les expériences ont été conduites à l’échelle du laboratoire avec de l’eau de l’Océan Atlantique et sur unités pilote situées sur la Mer Méditerranée et en Australie. Le prétraitement conventionnel est constitué d’une coagulation au chlorure ferrique suivie par une filtration sur filtre bicouche (sable/anthracite). L’impact de la pré ou post-chloration a aussi été étudié à l’échelle du laboratoire. Les analyses de carbone organique total (COT) et de microorganismes (bactéries hétérotrophes et cellules picophytoplanctoniques), réalisées par cytométrie en flux, ont montré une faible élimination du COT (environ 15%) et une élimination d’environ 80% des microorganismes par coagulation. Le prétraitement membranaire par UF ne permet pas d’éliminer de COT mais assure une élimination quasi totale des microorganismes. Le pouvoir colmatant en ultrafiltration ou microfiltration subit une diminution significative après prétraitement. Enfin, les tests d’osmose inverse à l’échelle du laboratoire ont prouvé la difficulté de relier la présence d’un dépôt à la surface de la membrane à une baisse tangible de ses performances hydrauliques.

Reverse osmosis is a leading process for seawater desalination. Pre-treatment is essential in designing RO plant to ensure long-term performance of the RO membranes and minimize membrane fouling. It must be adapted to the seasonal variations of the feed water quality. The objective of our work was to study the impact of conventional and membrane pre-treatment processes on water quality. The experiments were carried out on a lab-scale unit with seawater from the Atlantic Ocean and on pilot-scale units located on the French Riviera and in Australia. The conventional treatment train consisted of Fe (Ferric chloride) coagulation followed by dual media (sand/anthracite) filtration. The impact of pre or post-chlorination was also studied at bench-scale. Several parameters were monitored both in raw and treated waters including Total Organic Carbon (TOC) and microorganisms content (picophytoplanktonic cells and bacteria), analysed by flow cytometry. The conventional pre-treatment removes only 15% or less of the TOC and 80% of the microorganisms whereas the membrane pre-treatment removes all the microorganisms but no TOC. The fouling potential measured by ultrafiltration or microfiltration is significantly reduced after pre-treatment. The reverse osmosis tests conducted at the lab scale showed the difficulty to establish a link between the deposit of foulants on the membrane and a decrease of the hydraulic performances.