Gestion efficace des concentrats (rejets) générés par les applications de dessalement

Les concentrats des usines de dessalement contiennent des niveaux élevés de sels, de produits chimiques et de contaminants, ce qui rend difficile leur élimination ou leur réutilisation sans traitement supplémentaire. Les principaux défis sont les suivants :

1. Impact environnemental : La salinité de la saumure est beaucoup plus élevée que celle de l’eau de mer ou de l’eau brute, ce qui rend son élimination problématique. Le rejet d’une saumure à forte salinité dans l’environnement, surtout dans les écosystèmes marins, peut altérer la chimie de l’eau locale, réduire le niveau d’oxygène et nuire à la vie marine. La salinité élevée limite également le potentiel de réutilisation du concentrat dans l’agriculture, l’alimentation des aquifères ou les processus industriels sans traitement supplémentaire, car la plupart des cultures et des processus industriels ne peuvent tolérer des niveaux de sel aussi élevés.
2. Déchets corrosifs : La forte teneur en sel de la saumure accélère la corrosion de la tuyauterie, des pompes et des autres infrastructures. Cela entraîne des réparations et des remplacements plus fréquents, qui font hausser les coûts d’investissement et d’exploitation.
3. Toxicité des sous-produits : La saumure contient souvent des produits chimiques résiduels issus des processus de prétraitement, notamment des coagulants, des antitartres, ainsi que des sous-produits de procédés, comme les métaux lourds, qui rendent la saumure plus toxique que l’eau de mer.
4. Coûts d’élimination : Les méthodes d’élimination conventionnelles, comme le rejet dans les eaux de surface ou l’injection en profondeur, sont de moins en moins réalisables en raison de la réglementation environnementale plus stricte. Les autres solutions, comme l’injection en profondeur ou les bassins d’évaporation, sont coûteuses et peuvent être limitées par la disponibilité des terrains ou les conditions géologiques. De plus, lorsque les sites d’élimination appropriés sont éloignés, le transport du concentrat pose des problèmes logistiques et fait davantage monter les coûts. Trouver des solutions d’élimination rentables et durables s’avère aujourd’hui une priorité absolue pour les industries.
5. Volumes élevés : Les procédés de dessalement, notamment l’osmose inverse (OI), produisent des volumes relativement importants de concentrats. La gestion de ces volumes présente des défis opérationnels et logistiques considérables.

Solutions de gestion des concentrats

Les solutions conventionnelles pour la gestion du concentrat issu du procédé de dessalement font appel à plusieurs techniques d’élimination.

1. Rejet dans les eaux de surface : Le rejet du concentrat dans les plans d’eau comme les baies, les lacs ou les océans est la méthode la plus répandue, notamment pour les grandes usines de dessalement de l’eau de mer. Toutefois, les préoccupations environnementales entraînent des restrictions sur cette pratique.
2. Élimination à l’égout : Certaines petites usines de dessalement rejettent le concentrat dans le réseau municipal des eaux usées. Cependant, cette approche est souvent limitée par la capacité et les restrictions réglementaires.
3. Injection en profondeur : Fréquente dans les usines de dessalement de taille moyenne à grande, cette méthode permet d’injecter le concentrat dans des aquifères profonds. Elle nécessite toutefois des autorisations et des études géotechniques approfondies.
4. Bassins d’évaporation : Utilisés dans les usines de petite et moyenne taille, les bassins d’évaporation sont une option réalisable dans les régions arides à taux d’évaporation élevés. Toutefois, elles présentent des limites en raison du coût du terrain et de la réglementation environnementale.
5. Épandage sur le sol : Dans certains cas, la saumure peut être épandue sur le sol, pour l’irrigation ou les bassins de percolation. Bien qu’il s’agisse d’une solution peu coûteuse, son efficacité dépend fortement du climat local et de la qualité du sol.
6. Mélange avec de l’eau de moindre salinité : Le mélange du concentrat avec de l’eau à faible salinité peut diluer la saumure avant son élimination.

Comme la nécessité d’une meilleure gestion du concentrat et d’une réduction des déchets liquides se fait de plus en plus sentir, on assiste à l’émergence de nouveaux processus et de nouvelles technologies d’optimisation.

1. Optimisation du taux de récupération par osmose inverse : L’osmose inverse est la technologie de dessalement la plus utilisée, ayant des taux de récupération de 50 % à 95 %, en fonction de la chimie de l’eau et de l’équipement utilisé. Une récupération maximale permet de réduire les déchets liquides, mais des facteurs comme la pression osmotique, la viscosité, l’entartrage, l’encrassement et les exigences en matière de qualité de l’eau limitent l’efficacité du processus.
2. Technologies à base de membranes sélectives (nanofiltration et électrodialyse inverse) : Une approche prometteuse consiste à améliorer la récupération de l’eau en permettant aux constituants non essentiels de pénétrer dans l’eau produite. La nanofiltration utilise des membranes plus perméables que l’osmose inverse pour cibler les sels divalents, ce qui accroît la récupération. L’électrodialyse inverse utilise un champ électrique pour séparer les ions et obtenir des taux de récupération plus élevés, surtout dans les eaux sujettes au tartre.
3. Osmose inverse ultra-haute pression (UHPRO) : Les membranes UHPRO offrent une solution très efficace pour traiter la saumure et accroître la récupération de l’eau, notamment dans les applications à rejet liquide réduit ou à zéro rejet liquide. Ces membranes sont conçues pour des pressions allant jusqu’à 1800 psi et peuvent traiter des saumures dont la concentration en solides totaux dissous peut atteindre de 130 000 à 150 000 mg/L. L’UHPRO apparaît comme une option potentielle pour remplacer les évaporateurs thermiques dans certaines applications.
4. Prétraitement et séparation uniques optimisés (OPUS) : Cette technologie à membranes est conçue spécialement pour les applications à encrassement et entartrage élevés. En optimisant le prétraitement avant la membrane d’osmose inverse et en fonctionnant à un pH élevé, cette technologie contrôle efficacement l’encrassement organique et l’entartrage par la silice.
5. Technologies thermiques : Ces technologies, qui comprennent les évaporateurs, sont couramment utilisées dans les systèmes à zéro rejet liquide et peuvent gérer des niveaux de solides totaux dissous allant jusqu’à 300 000 ppm. Toutefois, au‑delà de cette limite, leur efficacité diminue et l’entartrage augmente. Les cristalliseurs, un autre composant clé des systèmes à zéro rejet liquide, peuvent gérer des niveaux de solides totaux dissous allant jusqu’à 600 000 ppm ou plus, mais sont confrontés à des problèmes liés aux sels corrosifs et à des niveaux de pH extrêmes.

As industries increasingly turn to desalination to address water scarcity, effective brine management becomes essential. From membrane-based solutions to thermal technologies such as ZLD, industries have many options to reduce their environmental impact. By adopting advanced brine management strategies, industries can meet regulatory requirements, support sustainability and lower costs.

At BBA, our experts are ready to guide you through the complexities of industrial water desalination and develop sustainable, tailored solutions. For more information about advanced brine management, reach out to us.

Références

1. Voutchkov, N., State-of-the-Art of Concentrate Management for Desalination Plants, Techno Focus, 2014.
2. Greenlee, L. F., Lawler, D. F., Freeman, B. D., Marrot, B., and Moulin, P., Reverse osmosis desalination: Water sources, technology, and today's challenges, Water Research, 43(9), 2009, pp. 2317-2348.
3. Pérez-González, A., Urtiaga, A.M., Ibáñez, R., and Ortiz, I., State of the art and review on the treatment technologies of water reverse osmosis concentrates, Water Research, 46, 2011, pp. 267-283.
4. Cappelle, M., Davis, T., and Gilbert, E., Demonstration of Zero Discharge Desalination (ZDD). U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation, 2014.