UMR CNRS 6144
Génie des Procédés Environnement et Agroalimentaire
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GEnie des Procédés
Environnement - Agroalimentaire
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Procédé de prétraitement d’eau de mer avant osmose inverse en présence de phytoplancton

Introduction/contexte

Face aux besoins croissants d’eau douce dans le monde, pour la consommation des populations, l’irrigation et l’industrie, le dessalement d’eau de mer est aujourd’hui indispensable. Parmi les procédés de dessalement, l’Osmose Inverse (OI) équipe 51% des installations mondiales. Toutefois, les unités d’OI voient leurs performances chuter au cours du temps, en raison du (bio)colmatage des membranes d’OI dus notamment aux changements de composition de la ressource eau de mer au cours des saisons et particulièrement en présence de blooms algaux. Pour limiter ces phénomènes et assurer une qualité d’eau d’alimentation constante aux membranes d’OI, des prétraitements d’eau de mer sont préconisés [1]. Certains prétraitements ont été mis au point spécifiquement en présence d’un épisode d’efflorescence de microalgues, pour l’aquaculture par exemple [2], mais peu dans les filières de dessalement d’eau de mer.

Objectif du projet

La recherche d’un prétraitement efficace nécessite une meilleure compréhension des mécanismes de rétention des microalgues par les différentes opérations unitaires mises en oeuvre (FAS, MF/UF, NF), ainsi qu’une meilleure compréhension du phénomène de biocolmatage. Ces travaux ont vocation à répondre à ces deux problématiques directement liées aux consommations énergétiques, à la qualité de l’eau produite et à la durabilité des matériaux constitutifs des opérations unitaires présentent dans la filière de potabilisation. L’étude s’appuie sur une revue bibliographique comprenant: la caractérisation des blooms algaux rencontrés au niveau des usines de dessalement d’eau de mer dans le monde ainsi que les procédés de prétraitement existants et leur mode de conduite en période d’efflorescence algale. La nouveauté concerne la mise en œuvre d’une filière de dessalement spécifique de la présence de ces blooms dans la ressource.

Resultats

Dans les usines de dessalement d’eau de mer par osmose inverse (OI), l’apparition d’efflorescences algales entraîne des dysfonctionnements des étapes du prétraitement et notamment de l’ultrafiltration (UF) : colmatage rapide des membranes et détérioration de la qualité du perméat. L’objectif de ce travail de thèse a été dans un premier temps de comprendre les mécanismes de colmatage et de rétention des membranes d’UF avec prétraitement par filtre à sable (FAS) et posttraitement par nanofiltration (NF) pour ensuite proposer une filière d’avenir de prétraitements lors de blooms algaux dans la ressource d’eau de mer. Une unité d’UF frontale, équipée de membranes fibres creuses en PVDF a été utilisée à flux constant et en mode externe-interne. Trois eaux de mer spécifiquement préparées pour l’étude ont été ultrafiltrées, une sans micro-algues, une enrichie en culture d’H.triquetra et une enrichie en surnageant de culture d’H.triquetra. Les deux dernières eaux entraînent un sévère colmatage de la membrane d’UF. Pour limiter ce colmatage, deux filtres à sable (FAS), monocouche et bicouche, ont été placés en amont de l’UF. Il ressort que la filtration granulaire bicouche améliore légèrement les performances de l’UF. Les mécanismes de rétention dans les filtres granulaires ont aussi été étudiés. La teneur en matières organiques dissoutes reste importante dans toutes les eaux produites (2,3-5,7 mgC/L). Enfin, l’étude préliminaire d’une étape de nanofiltration comme post-traitement de l’UF et en remplacement d’un 1er étage d’OI a permis à la fois d’abattre 99% de la matière organique mais aussi de dessaler partiellement l’eau de mer (60%) pour des gains d’énergie et de taux de conversion très appréciables dans un contexte très concurrentiel où chaque innovation fait la différence pour l’attribution des marchés du dessalement qui sont des marchés dont la croissance est à 2 chiffres. La nouvelle filière de prétraitement d’eau de mer proposée, associant FAS–UF–NF, devrait, dans des conditions optimales, faire face efficacement aux efflorescences algales.

Mots Clés : Filtre à sable, Ultrafiltration, Nanofiltration, Prétraitement d’eau de mer, Efflorescences algales, Dessalement, Matières organiques, Mécanismes de colmatage.

Applications possibles

La protection des bassins d'aquaculture

Le dessalement d'eau de mer

 

Publications

Plantier S., Castaing J.-B., Sabiri N.-E., Massé A., Jaouen P. et Pontié M. (2013). Performance of a sand filter in removal of algal bloom for SWRO pre-treatment, Desalination and Water treatment, 51, 1836-1846

Pontié M., Derauw J.-S., Plantier S., Edouard L. et Bailly L. (2013). Seawater desalination : nanofiltration- a substitute for reverse osmosis ?, Desalination and Water treatment, 51,485-495

Projets