Présentation des procédés de désalinisation de l’eau mer

Distillation La distillation est un procédé de séparation selon lequel un composé volatil d’unesolution est évaporé et ensuite condensé. Cette technique est la plus ancienne utilisée pour désaliniser l’eau de mer. Il y a deux principaux procédés utilisant la distillation : la distillation à plusieurs effets et la distillation à détentes étagées.

 La distillation à plusieurs effets

La distillation à plusieurs effets (figure 13) se produit dans une série d’évaporateurs et utilise leprincipe de réduction de la pression dans les cellules qui permet la vaporisation de l’eau de mer sans fournir de chaleur supplémentaire après le premier effet (Khawajia et al., 2008). L’eau de mer est chauffée dans le premier corps d’évaporation par destubes alimentés par la vapeur d’une source extérieure.

La vapeur émise par ébullitiondans ce corps (effet) sert à évaporer l’eau dans le deuxième corps. La vapeur dechauffe condensée dans le premier corps est récupérée sous forme d’eau douce à lasortie du deuxième corps. Cette opération est répétée dans plusieurs effets (de 4 à 21). Q = me cPΔT + ms ΔHvap/𝐧 Q : consommation d’énergie de la distillation à plusieurs effets (Joules) ; n : nombre d’effets ; me et ms : respectivement masse d’eau de mer admise et masse d’eau douceproduite (kilogramme); cp : chaleur spécifique de l’eau de mer (kilocalories) ; ΔT : écart entre la température d’ébullition et la température de l’eau mer à l’entrée de l’enceinte (degrés Celsius) ; ΔH vap : chaleur de vaporisation moyenne de l’eau dans les différents corps (kilocalories).  

Distillation à détentes étagées

Dans le procédé de distillation à détentes étagées (figure 14), la vaporisation de l’eau de mer est obtenue par une succession de réduction de pression dans chaque étage. L’eau salée est tout d’abord chauffée puis introduite dans une première chambre à basse pression, de sorte qu’une partie est instantanément vaporisée. La vaporisation d’une partie de l’eau produit une diminution de température de la solution restante. Cette solution est introduite dans la chambre suivante à pression plus réduite et le processus est ainsi répété dans plusieurs étages (50 étages peuvent être installés dans une usine). La vapeur produite est refroidie par échange de chaleur avec l’eau de mer d’alimentation et condensée sous forme d’eau désalinisée.

Les unités de désalinisation par distillation à détentes successives opèrent à des températures comprises entre 120°C et 90°C, ce qui tend à augmenter la productivité.Pour éviter l’entartrage quiest dû aux ions bicarbonates,l’eau de mer est traitée par l’ajout d’inhibiteur d’entartrage comme des poly phosphates ou bien par neutralisation des bicarbonates avec l’acide sulfurique.La saumure est recyclée dans ce procédé pour réduire le débit de prétraitement del’eau d’alimentation et par conséquent son coût.Cette technique permet d’atteindre de très grandes capacités (supérieures à 25000 m3 /j), mais la consommation énergétique est supérieure à celle de la distillationà multiple effet (Danis, 2003).

Osmose inverse

La désalinisation de l’eau de mer par osmose inverse est réalisée en appliquant à la solution à désaliniser, une pression supérieure à la pression osmotique de cette solutionsous l’effet de laquelle l’eau s’écoule à travers une membrane semi-perméable dans ladirection inverse (du compartiment contenant l’eau salée vers le compartiment d’eau douce) (figure 15). Ce procédé est simple, mais pose un vrai problème au niveau del’encrassement des membranes, qui nécessite un prétraitement poussé de l’eau de mer. Figure 15: Mise en évidence de l’osmose inverse (Danis, 2003) Avant le prétraitement chimique, l’eau de mer d’alimentation est filtrée pour retirer les solides en suspension et les particules de dimensions supérieures à 10 microns. Le prétraitementchimique inclut l’addition d’hypochlorite de sodium pour la prévention contre lacroissance des microorganismes, de 26 chlorure ferrique comme floculant, d’acidesulfurique pour l’ajustement du pH, et enfin de bisulfite de sodium pour la réductiondu chlore (Khawajia et al., 2008).

La circulation de l’eau de mer à travers les modules d’osmose inverse est assurée pardes pompes à haute pression dont la puissance est donnée par : P pompe= qv .hm /Ŋ qv : le débit volumique (m3 /s) ; hm : la différence entre pression de refoulement et la pression d’aspiration (Pa) ; Ŋ : le rendement de la pompe. La pression de fonctionnement pour l’eau de mer est comprise entre 54 et 80 bars contre une pression osmotique de l’ordre de 25 bars (Buros, 2000). La plupart des usines d’osmose inverse sont équipées par des systèmes de récupération d’énergie de pression à partir du débit de concentrât sortant à pression élevée. Cette récupération se fait au moyen d’une turbine, qui peut être couplée directement à une pompe d’alimentation des modules ou à un alternateur produisant de l’électricité (Danis, 2003).