Article initialement publié par Water Tech Online | 07 juillet 2024 | Rédigé par Jon Goodman
L’encrassement organique irréversible pourrait-il être relégué au passé pour les membranes d’osmose inverse (OI) ?
Alors que les pénuries d'eau douce s'aggravent à l'échelle mondiale, la demande de récupération et de réutilisation durables de l'eau devient plus urgente. Les industries se tournent de plus en plus vers des sources d'eau supplémentaires, telles que les eaux usées, pour obtenir une eau purifiée et réutilisable.
Les systèmes d'osmose inverse (OI) constituent une technologie clé dans le traitement des eaux usées industrielles, traitant des milliards de gallons d'eau chaque année en vue de leur réutilisation. Cependant, ces systèmes rencontrent fréquemment des difficultés opérationnelles en raison de la forte teneur en matières organiques des eaux usées, ce qui entraîne un encrassement biologique et organique des membranes d'OI et une augmentation des coûts d'exploitation. La demande croissante de réutilisation des eaux usées entraîne un besoin urgent de membranes d'OI innovantes, capables de résister à l'encrassement et de maintenir un fonctionnement stable avec un minimum d'arrêts, garantissant ainsi aux industries l'atteinte efficace de leurs objectifs de production.
Limitations traditionnelles de l'OI
L'osmose inverse (OI) est une solution essentielle pour la purification de l'eau dans de nombreux secteurs. Cependant, malgré son adoption généralisée et l'expertise de ses utilisateurs, les systèmes d'OI traditionnels présentent encore de sérieux défis opérationnels. Des dizaines de milliers de systèmes d'OI industriels actuellement utilisés sont gênés par l'encrassement organique et biologique, ce qui diminue les performances globales du système et réduit la durée de vie des membranes.
Les systèmes de traitement des eaux usées fortement encrassées effectuent souvent des nettoyages chimiques fréquents afin de maintenir les performances des membranes. Ce processus accélère la dégradation des membranes, obligeant les exploitants à remplacer fréquemment leurs membranes pour maintenir des performances adéquates et répondre aux besoins en eau. Ce cycle de nettoyage et de remplacement augmente non seulement les coûts d'exploitation, mais entraîne également des temps d'arrêt considérables, perturbant ainsi le fonctionnement de l'usine et impactant les objectifs de production.
Bien que les membranes d'osmose inverse « anti-encrassement » soient disponibles depuis de nombreuses années, leurs performances sont similaires à celles des membranes d'osmose inverse standard. Or, l'encrassement biologique et organique demeure le principal obstacle au bon fonctionnement des systèmes. La résolution de ces problèmes est essentielle pour améliorer les performances des systèmes et réduire les surcoûts d'exploitation.
Les coûts cachés du nettoyage
Bien que la quasi-totalité des exploitants de systèmes membranaires s'accordent à dire que le nettoyage est un casse-tête et perturbe le fonctionnement de l'usine, la plupart ignorent le coût exact du nettoyage, car ces coûts varient et sont considérés comme faisant partie du budget d'exploitation général. Les coûts de nettoyage comprennent la main-d'œuvre, les temps d'arrêt, l'eau d'appoint, le traitement des eaux usées, l'énergie et les produits chimiques. Bien que les détails varient (par exemple, le coût des temps d'arrêt est bien plus élevé pour un système qui peine à répondre à la demande, et les nettoyants formulés coûtent plus cher que les produits chimiques génériques en vrac), une analyse des exploitants d'osmose inverse en Amérique du Nord a révélé un coût médian de nettoyage de 43.08 $ par élément 8040 et par nettoyage.
Si l’on tient également compte du fait que les utilisateurs effectuant des nettoyages alcalins au moins 12 fois par an sont souvent obligés de remplacer leurs membranes RO tous les deux ans — et parfois plus souvent dans les applications de traitement des eaux usées — on peut constater que le prix de la membrane ne représente qu’une petite partie du coût total de possession.
RO réinventé
Les progrès technologiques en matière d'osmose inverse (OI) ont été progressifs au cours des 45 dernières années. La plupart de ces évolutions concernent les techniques de fabrication et l'introduction d'additifs permettant d'améliorer le taux de rejet du sel et de réduire la consommation d'énergie. Cependant, les différences entre les fournisseurs d'OI sont restées minimes. Face à la volonté croissante des entreprises de réduire leurs besoins en eau douce en traitant les eaux usées industrielles en vue de leur réutilisation, il est urgent de développer des solutions de traitement innovantes.
Pour répondre aux exigences et aux défis croissants des industries modernes, une transformation fondamentale de la chimie des membranes d'osmose inverse est nécessaire. ZwitterCo a réalisé cette innovation en intégrant sa nouvelle technologie zwitterionique anti-encrassement à des membranes d'osmose inverse commerciales éprouvées. Résultat : des membranes nécessitant beaucoup moins de nettoyage pour une restauration complète de leurs performances, établissant ainsi une nouvelle norme en matière de membranes résistantes à l'encrassement.
Ces membranes sont conçues pour remplacer les membranes d'osmose inverse conventionnelles et/ou résistantes à l'encrassement, confrontées à l'encrassement organique ou biologique provenant de sources d'alimentation telles que les eaux usées, les eaux de surface et les effluents traités. Conscients de la nécessité d'une mise en œuvre simple, les éléments d'osmose inverse ZwitterCo sont des solutions de remplacement directes, ne nécessitant aucune modification du système. Ces éléments sont disponibles en versions basse énergie, rejet élevé et haute pression.
Nettoyage moins fréquent
Certains avantages d'un nettoyage moins fréquent des membranes semblent évidents, d'autres moins. Une façon d'envisager ces avantages est de les regrouper selon les catégories suivantes : performance, fonctionnement et économie. Sans oublier la durabilité.
Le nettoyage chimique dégrade les membranes d'osmose inverse. L'encrassement entraîne non seulement une perte de performance irréversible (d'où la nécessité de facteurs de performance dans les logiciels de projection des entreprises d'osmose inverse), mais aussi, à mesure que les membranes sont nettoyées, elles laissent passer davantage de solutés, ce qui augmente la conductivité du perméat. Pour les opérateurs utilisant des technologies de polissage en aval, telles que l'électrodéionisation (EDI) ou les résines échangeuses d'ions, un passage plus important implique des régénérations plus fréquentes et des coûts d'exploitation plus élevés.
Réduire le nettoyage présente de nombreux avantages opérationnels. Soyons francs, le nettoyage est un véritable casse-tête. Allonger les intervalles de nettoyage augmente la disponibilité, aide les opérateurs à atteindre leurs objectifs de production (volume et qualité de l'eau) et évite le recours au personnel supplémentaire ou aux heures supplémentaires. Les systèmes d'osmose inverse sont conçus pour fonctionner parfaitement avec le moins d'intervention directe possible. Réduire la fréquence de nettoyage simplifie la vie de tous.
Bien entendu, ces mesures entraîneront des avantages économiques. Outre la réduction des coûts des produits chimiques, de l'eau d'appoint, du traitement des eaux usées, de l'énergie et des heures supplémentaires, les avantages économiques peuvent provenir d'une disponibilité accrue ou d'une réduction des temps d'arrêt imprévus. Un autre avantage majeur est la prolongation de la durée de vie des membranes. Comme indiqué précédemment, le nettoyage détruit les membranes. En réduisant la fréquence de nettoyage, les membranes dureront plus longtemps, réduisant ainsi les coûts importants de remplacement.
Toutes ces réductions (utilisation de produits chimiques, eaux usées générées et envoi de vieilles membranes à la décharge) sont une bonne nouvelle pour l’environnement.
À qui cela peut-il aider ?
Les utilisateurs d'osmose inverse utilisant des eaux d'alimentation à forte teneur en matières organiques ou à fort potentiel d'encrassement biologique ont un besoin urgent de membranes résistantes à l'encrassement. Ce phénomène est fréquent pour les eaux usées ou les effluents d'eaux usées traitées, les eaux de surface et les flux de procédés industriels. Parmi les secteurs les plus touchés figurent la production d'électricité, les industries chimiques, le raffinage et l'agroalimentaire.
Le maintien des volumes d'eau dans la production d'électricité est essentiel à l'efficacité de ses opérations. Dans le cycle de la vapeur, des pertes d'eau et de vapeur se produisent naturellement, généralement par évaporation ou par utilisation industrielle. Ces pertes doivent être compensées par une eau d'appoint correctement traitée. Tout comme le maintien des volumes d'eau est crucial pour la production d'électricité, la qualité de l'eau l'est tout autant.
Les centrales électriques nécessitent des membranes d'osmose inverse pour purifier efficacement l'eau utilisée dans divers procédés, notamment pour l'alimentation des chaudières. Une eau propre et pure est essentielle pour éviter l'entartrage et la corrosion, qui peuvent réduire l'efficacité et augmenter les coûts de maintenance. Comme nombre de ces centrales purifient les eaux de surface pour leur appoint, un élément d'osmose inverse tel que ZwitterCo RO assurera un débit et une qualité de perméat stables, même pour les charges à teneur en COT élevée. Grâce à la chimie des membranes zwitterioniques, les éléments d'osmose inverse ZwitterCo nécessitent des nettoyages chimiques moins fréquents, offrant aux centrales électriques un fonctionnement fiable avec des temps d'arrêt système nettement réduits.
Le lixiviat de décharge est un exemple d'application des eaux usées où l'osmose inverse est largement utilisée pour réduire l'ammoniac, les PFAS et les traces de composés organiques volatils (COV) avant leur rejet. Les systèmes d'osmose inverse comportent généralement plusieurs passages utilisant de l'eau de mer ou d'autres éléments membranaires haute pression afin de minimiser le volume de concentré tout en respectant les exigences de rejet. Dans les procédés multipasses, le perméat, ou eau produite, du système de premier passage est raffiné par le système de second passage (et ainsi de suite). Avec une charge organique comme le lixiviat, les membranes du premier passage s'encrassent souvent rapidement et nécessitent un nettoyage fréquent, parfois quotidien.
L'osmose inverse ZwitterCo, intégrée à un élément haute pression et conçue pour fonctionner jusqu'à 1,200 1,450 psi, a été utilisée pour traiter les lixiviats de décharge à haute résistance lors du premier passage d'un procédé multipassage. Ces membranes réduisent le nettoyage requis et devraient doubler (voire plus) leur durée de vie. Une analyse économique réalisée pour cet utilisateur a révélé des économies potentielles de plus de 8040 XNUMX $ par an par élément XNUMX grâce à un nettoyage réduit et à une durée de vie prolongée de la membrane.
Le développement de membranes plus résistantes à l'encrassement est un objectif de l'industrie de l'osmose inverse depuis des décennies. Malgré des améliorations progressives dans la chimie des membranes, la conception des espaceurs d'alimentation, les biocides et les produits chimiques de nettoyage, ainsi que le fonctionnement et la conception des systèmes, l'encrassement reste la cause la plus fréquente de dysfonctionnements des systèmes et de remplacement des membranes. Cette évolution dans l'innovation en science des matériaux permet non seulement de réaliser des économies et de réduire les temps d'arrêt, mais aussi d'évoluer vers des pratiques opérationnelles plus efficaces et durables.
ZwitterCo
À propos de l’auteur
Jon Goodman | Vice-président, Développement commercial chez ZwitterCo
Les 35 ans de carrière de Jon Goodman dans le domaine des membranes témoignent d'une passion pour la résolution de défis critiques. Il met à profit son expertise en vente, en gestion de marché et en développement stratégique pour diriger le développement commercial de ZwitterCo. Auparavant, Jon a dirigé les opérations commerciales de TriSep/Microdyn-Nadir/Mann+Hummel et de FilmTec Membranes (qui faisait alors partie de Dow Chemical). Jon se concentre sur l'accélération de la croissance et l'adoption par le marché de la technologie membranaire innovante de ZwitterCo.
