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DESALINISATION DE L’EAU Une comparaison générale de méthodes de déionisation de l’eau de mer ainsi que des eaux saumâtres, en vue de produire de l’eau potable.

 

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1. Introduction

 

L’eau paraît être une ressource naturelle super abondante sur notre planète. Quoi qu’il en soit, seulement 0,3 pour-cent de la totalité de la réserve mondiale d’eau n’est disponible comme eau potable propre. L’humanité nécessite des quantités considérables d’eau potable tous les jours en l’extrayant de la nature à des fins innombrables. Comme les ressources en eau potable naturelle sont limitées, l’eau de mer joue un rôle grandissant comme source d’eau potable.

  • La méthode de base pour désaler l’eau de mer est ladistillation. Une enthalpie d’évaporation approximative de 620 kWh est nécessaire pour obtenir une tonne d’eau potable.


  • Dans des installations techniques, comme les évaporateurs à étapes multiples (multiple stage flash) nécessitent environ multiple stage flash (MSF) evaporator100 kWH/t (vapeur chaude à 2 bars) et 3,5 kWh/t d’énergie électrique pour les pompes.

  • Par contre la demande d’énergie de l’osmose inverse (O.I.) peut être réduite à 2,5 kWh de grandes installations avec recyclage de la pression des pompes et un taux faible de récupération d’eau) d’énergie électrique pour les opérations de pompage pour produire une tonne d’eau potable à partir d’eau de mer ayant une teneur en sel inférieur à 500 ppm (teneur totale de sel à 3,7 pour-cent). De toute manière le recyclage de la pression des pompes n’est pas applicable pour des petites installations. Dans ce cas la consommation électrique atteint 20-40 kWh / t d’eau.

  • Dans l’électrodialyse, c.-à-d. l’emploie de membranes échangeuses d’ions, la force motrice est le courant électrique permettant l’élimination des ions de la solution devant être désalée. Comme la quantité de courant électrique nécessaire est proportionnelle à la teneur en sel de l’eau, il est possible de quantifier l’énergie électrique spécifique requise. Pour cette raison, cette méthode est beaucoup plus favorable dans le cas d’eaux à faible teneur en sel, telles les eaux saumâtres par exemple, avec une consommation d’énergie de 1-5 kWh/t (pour des teneurs en sel plus élevées, la consommation grimpe de 10-20 kWh/t) .

  •  Comment ca va?

    Dans le cas des eaux à faible concentration saline, l’électrodialyse est très compétitive par rapport à l’O.I. Pour opter une méthode ou l’autre, les différences entre les deux, discutées plus haut, doivent être prit en considération.

     

    2. Eau potable.

    Les processus de déminéralisation de l’eau ne diffèrent pas seulement par leur force motrice mais aussi dans la qualité de l’eau obtenue. La consommation d’énergie des différentes méthodes dépend de la qualité de l’eau produite et de la composition de l’eau avant traitement. En général on déionise de l’eau dans l’intention de produire de l’eau potable dont la composition figure dans le tableau ci-après.

    Les valeurs standards établies par l’O.M.S. sont [1] :

    Substance Concentration maximum désirée en mg/l Concentration maximum autorisée en mg/l Solution isotonique en mg/l, [2]
    Matières totales dissoutes

    500

    1500

    9000

    Mg

    30

    150

    -

    Ca

    75

    200

    -

    Chlorures

    20

    60

    3550-3800

    Sulfates

    200

    400

    -

    Sodium

    -

    -

    3050-3400

    Potassium

    -

    -

    150-210

    Contenu total en mmol/l

    approx. 10

    approx. 30

    approx. 150

       

    3. Comparaison de l’osmose inverse (O.I.) avec l’électrodialyse (E.D.).

     

    Depuis 1990 la O.I. n’a cessé d’être amélioré vu ses performances, en matières de frais d’investissements, par exemple, ainsi que la performance des membranes par rapport à leur surface et la consommation d’énergie.
    Par contre, il n’y a pas eut de progrès notables concernant les problèmes (pourtant bien connus) de l’E.D. Dans tous les cas les avantages de l’E.D. persistent.

  • C’est la seule méthode qui permet d’obtenir de l’eau «vivante », ce qui veut dire que la composition de l’eau désalée est proche de celle de l’eau de départ. Le sel est extrait de l’eau mais l’eau en elle-même demeure intacte. Elle n’est pas forcée de traverser une membrane comme elle l’est pour la O.I. Pour cela, l’eau retient toutes les autres substances susceptibles de s’y trouver
  • Avec l’emploi de l’E.D. le sel est concentré en une véritable saumure. Elle peut réellement permettre la production de sel alors que la O.I. ne permet pas vraiment de produire des solutions très concentrées.
  • L’E.D. nécessite moins de 1.5 m3 d’H2O/t, alors que la O.I. en nécessite 2-3 t. Selon l´application spécifique utilisée, la question de l’élimination de solutions hautement concentrées en sel se pose et peut présenter un réel problème lorsque l’on se trouve à l’intérieur des terres, problème inéxistant en bord de mer.
  • Dans le cas d’eaux contenants des nitrates leur concentration peut en être réduite sélectivement avec l’E.D.
  • Cet exemple de calcul montre comment se faire une vague idée quant à la surface membranaire que vous nécessiteriez pour votre application.
  • En guise de conclusion, on peut affirmer que là où l’O.I. a atteint ses limites, l’E.D. montre encore un large potentiel de développement ultérieur.

     

    4.Potentiels pour des développements ultérieurs de l’E.D.

     

    Les domaines les plus importants de l’optimisation sont :

  • polarisation de concentration
  • résistance membranaire
  • Les spacers conducteurs d’ions.
  • PCA GmbH travaille sur ces problèmes. Avez-vous des questions ? Voulez-vous participer aux recherches ? Etes-vous à la recherche d’un sujet de thèse ?

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    5.Littérature

     

    [1] N.N. Greenwood, A. Earnshaw , Chemie der Elemente, VCH, 1988

    [2] R. Ludewig KH. Lohs, Akute Vergiftungen, VEB Gustav Fischer Verlag Jena, 1981

     

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