NEWS de Janv. Fév. mars 2008 7 Fev. 2008 de 14h30 à 16h30 Réunion n°18 NEWS de Janv. Fév. mars 2008 7 Fev. 2008 de 14h30 à 16h30 Programme - Points news GAP - Synthèse Travaux Tan –Tan H. DACH Synthèses travaux stage Eby MOHAMEDOU - Projet Equipe Emergente GA&P 1

Projet MEDRC n°04As005 Comparaison des opérations de Nanofiltration (NF) et d’Osmose Inverse (OI) basse pression pour le dessalement d’une eau saumâtre Etude pilote à Tan Tan Hanane DACH Réunion GAP du 7 fév. 2008 2

Plan Présentation de la station de déminéralisation d’eaux saumâtres de Tan Tan (Maroc) Objectifs de l’étude Matériel et méthodes Résultats et discussions Conclusion et perspectives 3

Usine de dessalement de Tan Tan Station de déminéralisation d’eau saumâtre de Tan Tan; mise en service en 2003 Capacité de production 1700 m3/j. Procédé de déminéralisation : OI  Station équipée de membranes d’OI basse pression, de type BW30 440, fournies par Filmtec, modules spiralés.  Nombre de SKID : 2 Configuration en deux étages Taux de conversion global : 70%  l’eau saumâtre est caractérisée par : Salinité totale (ST) : 4000 ppm SDI = 0,3 -0,4 4

Objectifs de l’étude  Évaluation et comparaison des performances (productivité et sélectivité) de différentes membranes de NF et d’OI basse pression du marché pour les comparer entre elles pour le dessalement d’eau saumâtre (Tan Tan, maroc)  Evaluer la précision des logiciels de simulation de 3 fournisseurs de membranes : Déterminer les conditions opératoires limites (salinité totale, taux de conversion, pression trans-membranaire) d’utilisation des membranes de NF et d’OI basse pression vis-à-vis du dessalement d’une saumâtre  Evaluer les performances de ces membranes pour la défluoruration d’une eau saumâtre dopée en F- ROSA: Dow Chemical IMSDesign : Hydranautics CSMPRO : Saehan 5

(3) Système de refroidissement (T fixée à 21°C) Matériels et méthodes Pilote de NF et d’OI 2 3 1 3 1 2 (1) Réservoir d’alimentation de 2.6 m3(débit d’alimentation max. de 3 m3/h); (2) Unité Pilote NF/OI équipée d’1 tube de pression avec un module 4” de type BW30 40-40 Sm = 7,6 m2; (3) Système de refroidissement (T fixée à 21°C) 6

Matériels et méthodes Membranes testées 8 modules spiralés : 4 de NF et 4 d’OIBP ; Surface géométrique de chaque module = 7,6 m2  Dow:  BW30-4040 (OI basse pression)  BW30-LE-4040 (OI basse pression)  NF90-4040 (NF)  Hydranautics  ESPA-3 (OI basse pression)  ESNA-LF (NF)  Saehan  RE4040-BLF (OI basse pression)  NE4040-90 (NF)  RE4040-70 (NF) Conditions opératoires de mise en oeuvre  Essais réalisés à 4 taux de conversion (10, 45,70 et 90%) et 3 flux de perméat (13,19, 26 L.m-² .hr-1)  Pression d’alimentation fixée par le taux de conversion et le flux cible  Température maintenue à 21°C 7

Matériels et méthodes (2) Outils analytiques et éléments analysés TDS mètre : Salinité totale Electrodes spécifiques : Cl-, F- , NO3 -  Spectrophotomètre : Ca 2+ , Mg2+  Turbidimètre : SO42-  Absorption atomique : K+, Na+, Logiciels de simulation  Pour faire les simulations, il est nécessaire de connaître : la composition détaillée de l’eau d’alimentation, le débit de perméat, le débit d’alimentation, le taux de conversion; il faut aussi définir le nombre d’étages, le nombre de tube de pression et le nombre de module par tube de pression ainsi que le type de membrane. 8

Résultats et discussions 9

Eau d’alimentation (Tan Tan ) Composition succinte de l’eau de Tan Tan Eau d’alimentation (Tan Tan ) Normes Maroc Valeurs guides OMS (2006) T(°C) 27 - 25°C pH 7.9 6.0 - 9.2 6.5-8.5 TDS(ppm) 4010 1000 - 2000 1000 Cl-(ppm) 1349 350 - 750 250 NO3-(ppm) 20 50 F-(ppm) 1.1 0.7- 1.5 1.5 SO42-(ppm) 500 200 Hardness(ppm) 384 Na+(ppm) 595 10

Résultats de simulation But : ? feed flowrate = 2 m3/hr ; permeate flow = 0.2 m3/hr, conversion rate = 70% Membrane Type Feed Pressure (bar) Energy (kW/m3) Perm. TDS (mg/L) Cl- Perm F- Na+ SO42- Ca2+ Mg2+ BW-30 18,1 6,23 58 24 0,04 14 4 2.6 1,1 BW-30-LE 14,5 5 106 44 0,07 15 7 4,8 2,1 NF90 10,3 3,59 375 191 0,31 111 12,9 13 5,7 RE BLF 22,2 nd 124 55 0,02 28 10,7 5,6 2,4 NE90 20,4 516 264 0,01 135 9 2 NF70 19,3 1361 730 0,03 373 5,5 2,5 ESPA3 635 212 0,41 185 29 16 ESNA1-LF 9,7 1008 530 1,18 321 35 12 D O W SA- HE- AN HY DRA NAU TICS  Lorsque la simulation est réalisée, le programme fournit un bilan des performances : (le taux de rétention des membranes, la composition ionique du perméat et du rejet, la pression d’alimentation, les coûts énergétiques ROSA). 11

Perméabilité à l’eau de Tan Tan Nanofiltration : NE70 > NF90 ≥ ESNA 1 LF > NE90 Osmose inverse : RE BLF > ESPA 3 > BW30 LE > BW30 Figure 1 : perméabilité des membranes à l’eau de Tan Tan ( T = 21°C) Membrane Lp’ (L/h.m2.bar) Pc (bar) NF NE70 8.2 1.5 NF90 6.4 2.5 ESNA1 LF 6.3 2.1 NE90 Saehan 5.5 2.4 RO REBLF 5.1 3.0 ESPA3 4.6 2.9 BW30LE 3.9 2.8 BW30 12

Rétention des membranes ( Débit perméat = 0,2 m3/h , T° = 21)C) Evolution de la salinité totale dans le perméat à différents taux de conversion pour les membranes étudiées ( Débit perméat = 0,2 m3/h , T° = 21)C) Taux de conversion   qualité du perméat. Les membranes NF90 et NE90 sont les membranes de NF les plus adéquates pour ETT Dessalement partiel et Eau produite à TDS < 1000ppm 13

( Débit pérmeat = 0,2 m3/h , T° = 21°C) Pressions appliquées Pressions appliquées à différents taux de conversion pour les membranes étudiées ( Débit pérmeat = 0,2 m3/h , T° = 21°C) Les pressions appliquées en OI sont plus élevées qu’en NF ( Pression BW30 = 2 x Pression NF90) 14

Comparaison des essais pilotes avec les simulations (1) Comparaison des résultats expérimentaux avec les simulations ( Débit pérmeat = 0,2 m3/h , taux de conversion 70%, T° = 21°C) Les projections réalisées par le logiciel ROSA sont les plus proches des résultats expérimentaux . 15

Comparaison des essais pilotes avec les simulations (2) Fig : Comparaison des résultats expérimentaux avec les simulations ( Débit pérmeat = 0,2 m3/h , taux de conversion 70%, T° = 21°C) Les projections des pressions de filtration réalisées par les logiciels ROSA et ISMD sont les plus proches des résultats expérimentaux que les résultats obtenus avec SAHEAN. 16

pour les essais de dopage Membranes choisies pour les essais de dopage membrane Lp’ LMHbar-1 TDS permeate (mg/L) Domaine de pression (bar) BW30 2,4 54 - 250 8,5 – 19,1 ESPA3 5,1 78 - 578 5,4 – 12,2 NF90 6,4 190 - 1130 4,8 – 11,3 NE90 5,5 200 - 1240 5,3 - 11,7 17

Essais de dopage Evaluation de l’impact de la salinité sur les performances des membranes 3 niveaux de salinité à tester (4, 6, 10 g/L) Fig : Effet de la salinité de l’eau d’alimentation sur la qualité du permeat et sur les pressions d’alimentation ( Débit pérmeat = 0,2 m3/h , Taux de conversion 70%, T° = 21°C) Salinité   qualité du perméat. Les pressions de filtration augmentent avec la pression 18

Essais sur l’élimination du Fluor Essais de dopage Essais sur l’élimination du Fluor Dopage de l’eau de Tan Tan avec NaF à 5, 10 et 15 ppm en F- Fig : Evolution de la concentration en fluorures dans le perméat en fonction de la concentration d’alimentation ( Débit pérmeat = 0,2 m3/h , Taux de conversion 70%, T° = 21°C) La concentration initiale en F- n’affecte pas les performances de la BW30 En NF , la concentration en F- dans le perméat augmente avec la concentration initiale Le F- est réduit par les membranes de NF à des valeurs satisfaisantes qui ne dépassent pas les normes OMS ( sauf pour la NE90 à 15 ppm) 19

Conclusion Des 4 membranes de NF testées, la NF90 et la NE90 sont sans doute les plus adéquates et les plus concurrentes à la BW30 pour le dessalement d’une eau saumâtre de 4 g/L. elle permettent un dessalement partiel et permettent aussi de préparer une eau destinée à la consommation humaine ( TDS ≤ 1000 ppm) à des pressions 2 fois plus faibles et à des taux de conversions plus élevés (90%). le logiciel ROSA de DOW est le plus précis; Ce logiciel permet de donner des informations sur la tendance en terme de rétention et de pression nécessaire pour le système Les membranes NF90 et N90 ne sont plus utilisables pour la préparation d’une eau destinée à la consommation humaine à partir d’une eau saumâtres d’une salinité inférieure à 8 g/L Les essais d’élimination du Fluor confirment les meilleures performances de la NF pour la défluoruration sélective des eaux saumâtres au Maroc. 20

Réunion GAP n°18, 7/02/08, à Angers Caractérisations physico-chimiques d’une membrane d’osmose inverse usagée - Cas d’Iwik « Parc National du Banc d’Arguin » (Mauritanie) Présenté par Eby O. MOHAMEDOU, sous la direction du professeur Maxime PONTIE, GA&P en collaboration avec : ABDEL KADER O. M, M.L. FAGEL, CRAER et Sonsoles GONZALES, ITC

PLAN Introduction Matériel et Méthodes Résultats et Discussion Conclusion et Perspectives

Introduction

Introduction

Prélèvement de la membrane d’osmose inverse dans le PNBA (en Mauritanie…) Du terrain…

Au laboratoire, à Angers (France)… Cell body top Cell body bottom

Membrane d’osmose inverse de type thin film composite (TFC) Polyamide Couche Polysulfone Support Polyester 0,2µm 40 µm 120µm SWHR-30

Matériel et Méthodes (VI) espaceur membrane

Conditions opératoires des autopsies 138 cm² de surface de travail. Flux d’alimentation de 0,17 m/s soit Re = 422. le conductimètre, le thermomètre, le chronomètre, l’éprouvette. L’eau distillée : pH = 5.5 , conductivité = 2.5µS/cm et la température de 20°C. AFM MEB + EDX Mesures de potentiel d’écoulement (cf. thesis A. Thekkedath)

confidentiel Résultats et discussion

MerSEA pour votre attention

Bilan PUBLICATIONS 9

Chapitres de livres : 3 (CFM, cahier n°4) Articles publiés : 1 (JIE08, AFSSA) Articles soumis ou en préparation : 5 Participation congrès 2008 : ISE08, March 08, Brésil WFC08 Leipzig, 2 comm. orales + 1 poster / oral Euromed, Nov 2008 Jordanie ------------ Stagiaires prévus au GAP en 2008 -Eby Mohamedou (doctorant) Adeline Gardien (Diagnostic et bioaccumulation du P) L3 5 L3 CBE (en cours), 2M1-SIE

ACTIVITES EN COURS

Tony : synthèse résultats caractérisations bentonites (projet MEDRC 2) + conf orale Bresil (mars 2008) - Frédéric : Biofilm à poitiers + réunion CAC (date à fixer-fin avril) - Maxime : corrections livre CFM + 1 RAPPORT MEDRC2 (en cours) + 1 comm. oral WFC08 + thèses Vince (juillet 08) et H. Dach (6 mai 08) + 5 article (en cours) - Nadjib: rapport 1A (en cours) - Naceur : Synthèse biblio pré-traitements eau de mer (reste références à joindre) - Hanane : rédaction thèse (en cours) + 1 article à soumettre + 1 comm. orale WFC08 + oral thèse - François : rédaction thèse (en cours) - Issa : article Electroanalysis (en cours) + collaboration Angers-Ouaga (signature en cours) - Eby Mohamedou : rédaction rapport GAP-ITC-CRAER (en cours)