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Introduction sur le dessalement BEI ERE 2009 2010 .pdf



Nom original: Introduction sur le dessalement _ BEI ERE 2009 - 2010.pdf
Titre: Introduction sur le dessalement | BEI ERE 2009 - 2010

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BEI ERE 2009 - 2010
Bureau d'Etudes Industrielles Energies Renouvelables et Environnement
Production adduction d'eau potable › Usine de dessalement

Introduction sur le dessalement
1. Introduction sur le dessalement

Le dessalement est un procédé de déminéralisation. Il a pour but l’obtention d’eau de salinité voisine de celle des eaux douces naturelles à partir d’eau
de mer ou d’eau saumâtre (GERMAIN, COLAS, ROUQUET, 1997).
Dans cette partie, nous nous attacherons à présenter les différentes techniques de dessalement existantes et à les décrire brièvement puisqu’elles ne
feront pas l’objet de notre étude.
Les différents procédés peuvent être classés selon le principe sur lequel ils se basent comme présenté dans le schéma suivant :

1. La distillation

Compression
de vapeur
A
multiples
effets
A
détententes
successives
2. La
congélation
3. L'échange
d'ion
4. Extraction par
solvant
5. Electrodialyse
6. Osmose
Inverse
A.

La Distillation
Les procédés de séparation par distillation consistent en un simple changement de phase d’une solution d’eau salée qui passe, de l’état liquide à l’état
gazeux en agissant sur l’élévation de la température et/ou la diminution de la pression. L’eau chauffée s’évapore, les sels vont précipiter, puis par une
condensation de cette vapeur d’eau et un recueillement avec des organes spéciaux on obtient de l’eau douce. La séparation par distillation repose donc
sur la technique de vaporisation (METAICHE, 2000).
Trois procédés se partagent le marché du dessalement thermique : Le procédé de distillation à détente étagée (MSF), le procédé de distillation à
multiples effets (Multi-Effect Distillation MED) et le procédé à compression de vapeur (vapor compression).

Distillation à compression de vapeur
Le dessalement par compression de vapeur consiste à mettre sous pression la vapeur d’eau de mer, pour la réchauffer, avant de la réintroduire dans la
même enceinte pour la condenser en faisant évaporer une autre quantité d’eau de mer.

La compression peut être obtenue par de la vapeur issue d’un générateur de vapeur en utilisant un éjecteur (thermo-compression), ou bien en utilisant
un compresseur et on fait alors du dessalement par compression mécanique de vapeur. La condensation de la vapeur provoque le réchauffement de
l’eau salée qui se vaporise sous l’effet d’une diminution de pression.

Procédé de dessalement par compression de vapeur (ALAOUI, 2008)

Distillation à effets multiples
Ce procédé permet d’améliorer la consommation spécifique de l’évaporateur à simple effet afin d’en augmenter le rendement en récupérant la chaleur
d’apport pour une nouvelle distillation et le processus s’effectue comme suit (BOUKEMIDJA, 2007):

Dans la première cellule de distillation, l’eau de mer ruisselle sur un serpentin de tubes chauffés ou sur des plaques, grâce à la chaudière. Elle
se transforme ainsi en vapeur à seulement 70°C, grâce à une pression inferieure à la pression atmosphérique. Cela évite l’entartrage des
tuyaux

L’eau de mer non transformée en vapeur s’accumule au fond de la cellule. Elle se concentre davantage de sels car celui-ci n’est pas
vaporisable

L’eau est pompée, puis envoyée dans la cellule 2

La vapeur entre dans la deuxième cellule, puis se condense dans le serpentin. Ce passage à l’état liquide dégage assez d’énergie pour en
céder à l’eau de mer. Celle-ci ruisselle sur les tubes ainsi chauffés et se vaporise

Le même processus se répète dans la troisième cellule. En pratique, on peut placer en série jusqu’à 6 ou 7 cellules de distillation

Le dernier serpentin est refroidi par l’eau de mer

La vapeur condensée dans les serpentins donne de l’eau douce. Il faut 2 à 4 litres d’eau salée pour obtenir 1 litre d’eau douce.

Procédé de dessalement par distillation à multiples effets MED (ALAOUI, 2008)

Distillation Multi-Stage Flash (MSF) ou par détentes successives
Ce procédé dit flash consiste à maintenir l’eau sous pression pendant toute la durée du chauffage, lorsqu’elle atteint une température de l’ordre de
120°C elle est introduite dans une enceinte (ou étage) où règne une pression réduite . Il en résulte une vaporisation instantanée par détente appelée
flash. Le phénomène de flash est reproduit ensuite dans un deuxième étage où règne une pression encore plus réduite. La vaporisation de l’eau est ainsi
réalisée par détentes successives dans une série d’étages où règnent des pressions de plus en plus réduites. On peut trouver jusqu’à 40 étages
successifs dans une unité MSF industrielle (BOUGOUFA, 2004).

Procédé de dessalement par distillation multi flash MSF (ALAOUI, 2008)

B.
La congélation
Lorsqu’on refroidie une eau de mer jusqu’à environ - 2 °C, il y a formation de cristaux de glace constitués d’eau douce. L’eau de mer étant alors plus
concentrée, elle résiste mieux à la congélation. Si on fait baisser davantage la température, la production de glace augmente, le sulfate de sodium
décahydraté à tendance à précipiter à - 9 °C. Pour produire de l’eau pure, il est donc préférable de ne pas refroidir l’eau au dessous de cette
température (DESJARDINS, 1997).

C.

Echange d’ion

Ce procédé consiste en une élimination totale des sels par l’utilisation des produits chimiques appelés « échangeurs d’ions » qui sont des substances
granulaires insolubles. Ils comportent dans leur structure moléculaire des radicaux acides ou basiques susceptibles de permuter les ions positifs ou
négatifs fixés sur ces radicaux, contre des ions de même signe (Na+ et Cl-) se trouvant dans l’eau de mer. On utilise des résines synthétiques, les unes
capables d’absorber les anions, les autres les cations.

D.

Extraction par solvants
L’extraction par solvant est l’opération fondamentale qui permet d’extraire un composé (soluté) d’un liquide, par un autre liquide (solvant). Cette méthode
repose sur la miscibilité de certains solvants avec l’eau, sans être solvant pour les sels. On obtiendra de l’eau douce par extraction, on peut schématiser
cette opération comme suit :

La phase liquide I est un mélange homogène. Le solvant ne doit pas être miscible avec l’un des deux composés initiaux, l’inerte et le solvant ne sont pas
miscibles. Le mode de dispersion des deux phases peut être gravitaire par agitation ou par pulsation (AMAMRA, 1999).

E.

Electrodialyse
Ce procédé de séparation membranaire consiste à séparer électriquement les molécules de NaCl contenues dans une eau concentrée, en anions (Cl-) et
en cations (Na+). Puis à une dialyse par des membranes appropriées séparant l’eau douce et les ions produits (BENSAADI, 2004).
Un liquide fortement ionique soumis à un champ électrique par deux électrodes entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel continue, voit
ses cations Na+ se diriger vers l’électrode négative (cathode) tandis que ses anions Cl- vont se diriger vers l’électrode positive (anode). Si rien n’entrave
leur mouvement, ils viennent se fixer sur les électrodes de signes opposés, c’est le phénomène d’électrolyse.
Par contre, si l’on place entre les deux électrodes un ensemble de membranes de dialyse sélectives :

Les unes négatives, perméables aux cations seulement
Les autres positives, perméables aux anions seulement
Les deux types de membrane doivent se disposer alternativement comme l’indique la figure suivante, afin d’éviter la migration des ions.

Le système comporte trois paires de membranes, les compartiments 1, 2, 3, 4 et 5 sont alimentés par un courant d’une solution de chlorure de sodium,
les ions des compartiments 1, 3 et 5 passent dans les compartiments 2 et 4 sous l’effet du champ électrique créé par les électrodes. L’eau des
compartiments 1, 3 et 5 s’appauvrit en sel (se dessale) tandis que celle des compartiments 2 et 4 se concentre en sel (saumure).

http://www.emse.fr/~brodhag/TRAITEME/fich9_2.htm

F.

Osmose inverse
L'osmose est basée sur le principe fondamental de l'équilibre. Lorsque deux liquides contenant differentes concentrations de solides dissous sont mis en
contact, ceux-ci se mélangent jusqu'à uniformisation des concentrations. Lorsque ces deux liquides sont séparés par une membrane semi-perméable
(laquelle laisse passer les liquides tandis que les solides dissous restent dans leur compartiment), le liquide contenant la plus faible concentration de
solides dissous va traverser la membrane pour aller dans le liquide contenant la plus forte concentration de solides dissous. Après un temps donné, le
niveau de l'eau sera plus élevé d'un côté de la membrane. La différence de hauteur est appelée pression osmostique.

http://culturesciences.chimie.ens.fr/Fig1DessalementMerRenaudin.jpg

En appliquant une pression supérieure à la pression osmotique, l'effet inverse se produit. Les liquides sont refoulés au travers de la membrane, laissant
les solides dissous derrière.
Pour purifier l'eau à l'aide de membrane d'osmose inverse, l'effet d'osmose naturel doit être inversé. Afin de forcer l'eau de la solution saumâtre
(concentration en sels élevée) à aller dans la solution douce (concentration en sels basse), l'eau doit être pressurisée à une pression d'opération
supérieure à la pression osmotique. Par conséquent, la saumure devient plus concentrée.

C’est sur ce procédé que nous allons réaliser notre étude. En préambule, il convient de résumer les étapes de notre étude. Il faut tout d’abord se pencher
sur la qualité de l’eau de mer à traiter, puis sur le lieu de pompage : distance des côtes, profondeur. Ensuite, étant donné que le procédé d’osmose
inverse est très sensible au colmatage, il y a toute une batterie de prétraitements à mettre en œuvre pour obtenir l’eau la moins chargée possible. Vient
ensuite le dimensionnement du module de dessalement à proprement parlé, avec comme objectif le meilleur rendement pour une qualité d’eau fixée.
Pour conclure, pour être propre à la consommation, l’eau osmosée devra passer par des post traitements comme l’ élimination du bore ou une
chloration.

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