Dialyse verte : comment recycler le rejet de la boucle d’osmose inverse du circuit de préparation de l’eau ultrapure pour les séances d’hémodialyse ?

Green dialysis : how to recycle the reverse osmosis rejects of the circuit for the preparation for hemodialysis sessions ?

• Auteur / Autrice : Ahmed Abarkan
• Direction : Cécile Legallais, Tarik Sqalli Houssaini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-ingénierie et Génie des Procédés : Unité de Recherche Biomécanique et Bio-ingénierie (UMR-7338)
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Compiègne en cotutelle avec Université Sidi Mohamed ben Abdellah (Fès, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Consommation d'énergie

Eau -- Réutilisation

Eau -- Épuration

Eau pour usage pharmaceutique

Osmose inverse

Électrodialyse

Reins artificiels

Hémodialyse

Mots clés libres

Taux de déminéralisation

Hemodialysis

Electrodialysis

Reverse osmosis

Demineralization rate

Energy consumption

Reuse

Artificial kidneys

Résumé

La rareté de l'eau est un problème majeur, même en Europe avec les changements climatiques. L'hémodialyse (ou rein artificiel) est une thérapie dont l'impact économique et écologique est élevé, notamment en ce qui concerne la consommation d'eau. Le rejet du système d'osmose inverse (OI) de la boucle de traitement de l'eau est d'environ 250 litres par séance de dialyse. Cette eau légèrement salée est généralement gaspillée. D'après la littérature, très peu de solutions sont proposées pour recycler les effluents hydriques des centres de dialyse. Nous avons donc réalisé une enquête auprès des personnels de centres de dialyse en France et au Maroc, pour recueillir des informations qualitatives et quantitatives sur les consommations d'eau, ainsi que des idées de recyclage. L'enquête nous a appris qu'il était aussi nécessaire de bien clarifier les règlementations applicables pour assainir ou réutiliser ces rejets OI, ce qui a fait l'objet d'un chapitre particulier. D'après les analyses physicochimiques des rejets OI du centre de dialyse de la polyclinique Saint Côme, nous avons constaté que l'augmentation de la salinité est due à des concentrations importantes de sodium, nitrate, sulfate et chlorure. Après avoir comparé les avantages et les inconvénients des techniques de dessalement de l'eau de mer, nous avons choisi d'étudier l'électrodialyse qui semble le meilleur compromis entre efficacité et consommation énergétique. Nous avons tout d'abord appliqué cette technique à l'échelle du laboratoire sur une solution modèle de NaCl. Un plan d'expérience nous a permis de déterminer l'effet des paramètres opératoires principaux (voltage, concentration et débit) sur le taux de déminéralisation et la consommation énergétique spécifique. Ensuite, nous avons appliqué les conditions opératoires optimales pour traiter les rejets OI prélevés sur le centre de dialyse. Les analyses physicochimiques sur le diluat au long du process par électrodialyse ont confirmé que cette technique est un bon choix pour atteindre les compositions fixées par les normes ou recommandations pour réutiliser l'eau traitée pour l'arrosage des espaces verts, le lavage des instruments chirurgicaux avant stérilisation ou les piscines de rééducation.

Water scarcity is a major problem, even in Europe with climate change. Hemodialysis (or artificial kidney) is a therapy with a high economic and ecological impact, especially with regard to water consumption. The reject from the reverse osmosis (RO) system in the water treatment loop is approximately 250 liters per dialysis session. This slightly salty water is usually wasted. According to the literature, very few solutions are proposed to recycle water effluents from dialysis centers. We therefore conducted a survey among dialysis center staff in France and Morocco, to collect qualitative and quantitative information on water consumption, as well as recycling ideas. The survey revealed that it was also necessary to clarify the applicable regulations for cleaning up or reusing these RO rejects, which was the subject of a special chapter. From the physicochemical analyses of the RO rejects from the dialysis center of the polyclinic Saint Come, we found that the increase in salinity is due to significant concentrations of sodium, nitrate, sulfate and chloride. After comparing the advantages and disadvantages of seawater desalination techniques, we chose to study electrodialysis which seems to be the best compromise between efficiency and energy consumption. We first applied this technique at the laboratory scale on a model NaCl solution. An experimental design allowed us to determine the effect of the main operating parameters (voltage, concentration and flow rate) on the demineralization rate and the specific energy consumption. Then, we applied the optimal operating conditions to treat the RO rejects taken from the dialysis center. The physicochemical analyses on the dilute along the electrodialysis process confirmed that this technique is a good choice to reach the compositions fixed by the standards or recommendations to reuse the treated water for watering green areas, washing surgical instruments before sterilization or rehabilitation pools.