Une entreprise américaine du secteur de l'énergie était en quête de moyens permettant de réduire sa demande en eau dans toutes ses activités, et ce, afin de réduire son impact environnemental et d'améliorer sa durabilité. L'un de leurs sites désirait particulièrement trouver des solutions pour réduire les prélèvements d'eau douce sur la nappe aquifère locale.
Le propriétaire a contacté Veolia afin d'étudier les solutions pour réduire la consommation d'eau d'alimentation associée au système d'eau déminéralisée sous-traité. Par le biais de scénarios de test et d'essais pilotes, il a été démontré que la consommation d'eau pouvait être réduite de plus de 10 %.
L'osmose inverse (OI) a été défini comme élément prioritaire pour réduire la consommation d'eau douce.
L'OI est une technologie à membrane utilisée comme déminéralisateur préliminaire, éliminant jusqu'à 98 % des matières dissoutes totales. Il s'agit d'un processus continu qui divise une source d'eau d'alimentation en deux flux d'effluents : un flux d'eau purifiée appelé « perméat » et un flux de déchets appelé « concentré » qui contient les matières dissoutes rejetées. Le système d'OI est décrit en pourcentage de récupération, c'est-à-dire le pourcentage d'eau d'alimentation récupérée sous forme de perméat. Les systèmes d'OI sont généralement exploités avec une fourchette de récupération oscillant entre 65 et 75 %, ce qui veut dire que 25 à 35 % du flux d'eau d'alimentation se transforme en flux de déchets. La solution pour répondre au défi de l'usine a consisté à maximiser le pourcentage de récupération, réduisant ainsi le volume d'eau d'alimentation nécessaire pour une production donnée de perméat.
Plusieurs facteurs sont pris en compte pour déterminer le pourcentage de récupération idéal d'un système d'osmose inverse, notamment la qualité souhaitée du perméat, le potentiel d'encrassement de l'eau d'alimentation et la concentration prévue de sels modérément solubles dans le flux de déchets.
Historiquement, le taux de récupération a été établi afin de garantir un fonctionnement fiable de l'OI sans devoir utiliser de produits chimiques tartrifuges. Cette eau d'alimentation spécifique contient des niveaux élevés de silice, un contaminant pouvant provoquer un encrassement important de la membrane et empêcher son fonctionnement s'il atteint des concentrations élevées. Augmenter la récupération (OI) à un niveau plus élevé, comme nous l'avons suggéré, aurait nécessité l'utilisation d'un tartrifuge spécifique pour prévenir la précipitation de silice en sortie du système d'OI. La centrale a demandé à Veolia de fournir un système temporaire de « validation de concept » en vue de vérifier l'augmentation du pourcentage global de récupération du système. Pour y parvenir, nous avons installé un petit skid d'OI séparé afin de traiter directement le concentré du système OI principal. Durant cette période d'essai, le perméat de l'OI de récupération a été recyclé et renvoyé dans l'entrée du système d'OI principal.
Résultat
Tout au long de la période d'essai, des données ont été recueillies sur le nouveau flux de déchets concentrés et sur le perméat produit par l'OI de récupération (illustration 2). Les paramètres opérationnels de l'OI de récupération ont été contrôlés pour déterminer la viabilité du nouveau procédé sur le long terme.
L'essai a démontré qu'en ajoutant la bonne quantité de tartrifuge, 50 % du flux de déchets concentrés pouvait être traité à des niveaux de qualité acceptables permettant sa réutilisation, et ce, sans que le système ne présente de signes d'encrassement à cause de la silice précipitée.
La récupération de 50 % du concentré (OI) perdu correspondait à une réduction prévue de ~13,9 MMUSG par an d'apport en eau douce. Cela représente une réduction de plus de 10 % de la demande sur la nappe aquifère, ce qui dépasse l'objectif fixé pour cette évaluation.
Sur la base des résultats, deux options sur le long terme se sont révélées viables. La première a été l'ajout permanent d'une OI de récupération séparée. La deuxième a consisté à modifier légèrement le système d'OI existant pour obtenir la même récupération nette du système.