Le Procédé de l’Osmose Inverse Principe de l’osmose et de l'osmose inverse : - L’osmose : Ce terme est utilisé pour décrire le phénomène par lequel l'eau pure se déplace d'une solution moins concentrée vers une solution plus concentrée quand ces solutions sont séparées par une membrane semi – perméable ayant la caractéristique de retenir les sels, comme l'indique la figure1.a. Figure-1.a : L’osmose - L’équilibre osmotique : le flux d'eau pure décrit plus haut s’arrête naturellement quand l'équilibre osmotique est atteint. A ce point, il existe à travers la membrane une pression entre les deux solutions. Elle est appelée "pression osmotique", figure-1.b. La pression osmotique d'une solution est définie comme la pression nécessaire pour arrêter le flux osmotique à travers une membrane semi - perméable. Figure-1.2 : L’équilibre osmotique - L’osmose inverse : De façon à obtenir de l'eau potable à partir d'une eau salée dans un processus identique, en d'autres termes renverser le flux de l'eau pure (c.à.d. l'eau pure se déplace d'une solution plus concentrée vers une solution moins concentrée), on doit appliquer sur la solution la plus concentrée une pression plus grande que la différence en pression osmotique; c'est le phénomène de l'osmose inverse, figure-1.c. Figure-1.3 : L’osmose Inverse La pression osmotique est fortement fonction de la concentration du soluté (ou plus précisément de l'activité du soluté). On peut montrer que, pour une solution aqueuse électrolyte, la pression osmotique est donnée par la relation suivante : vR Tx VW Où : v: nombre d'ions par molécule de soluté R: constante des gaz parfaits T: température absolue x: fraction de la molécule du sel VW: volume molaire de l'eau Flux à travers les membranes d'osmose inverse Dans le phénomène de l'osmose inverse montré précédemment, on a supposé des membranes parfaites, c'est à dire des membranes qui laissent passer l'eau pure tout en rejetant complètement les sels. Malheureusement, ce n'est pas le cas en pratique. Les membranes laissent passer l'eau aussi bien que le sel, mais en très faible quantité. Plus une membrane retient les sels et plus elle est meilleure. Le mécanisme par lequel la membrane assure cette séparation n'est pas encore bien connu. Cependant, pour les besoins d'engineering on peut se rapprocher du comportement réel des membranes en faisait les deux (02) suppositions suivantes : a) Le flux d'eau à travers la membrane est directement proportionnel à l'excès de pression appliquée à travers la membrane par rapport à la pression osmotique (∆Π) existant à travers la membrane. Le flux d'eau, J W, à travers la membrane peut être écrit comme suit : J W k1 P b) Le flux de sels à travers la membrane est directement proportionnel à la différence de concentration (ΔCs) existant entre chaque côté de la membrane. Le flux de sels, JS, peut être écrit comme suit : J S k 2 CS Les constantes de proportionnalité k1 et k2 sont des propriétés des membranes elles-mêmes, elles dépendent de la température du système et de la composition des sels de la solution. Les unités sont habituellement les suivantes: Pression…………………………………..atmosphère. Flux……………………………………….grammes / cm².sec. Concentration & densité………………….grammes / cm3. k1…………………………………………grammes/cm .sec.atm. k2………………………………………….cm/sec. Coefficient de diffusion………………..cm²/sec. La polarisation de concentration Pour avoir une bonne performance, la membrane doit avoir une abondante perméabilité à l’eau pure et tout en retenant le maximum de sel. Donc la surface de la membrane doit naturellement faire à une importante concentration de sel dans le coté saumure de la membrane, cet effet nommé polarisation. Cette augmentation de concentration de sel au niveau de la membrane résulte à la diffusion de sel vers la solution d’alimentation. Dans un régime permanent c’est la situation suivante qui se développe (figure-a) : Figure: a – Courbe de polarisation En considérant les deux équations de flux (Jw et Js), la polarisation produit deux effets. D’une part, on obtient une augmentation de la pression osmotique au niveau de la surface de la membrane et ce qui résulte en la réduction de la force potentiel ΔP – ΔΠ et par conséquent à une diminution du flux d’eau pure. Et d’autre part, la force potentiel de la différence de concentration à travers la membrane augmente en résultant sur un plus important passage de sel et donc à une mauvaise qualité d’eau produite. On peut définir une mesure adimensionnelle de la polarisation qu’on appelle ‘degré de polarisation’ comme suit : α = ( Cw - Cb ) / C b Membranes d'Osmose Inverse Une membrane est comme une feuille mince, son épaisseur est de l'ordre de 0.1 mm, qui forme une barrière physique entre deux fluides tout en gardant un certain degré de communication entre eux. La particularité décisive des membranes est la tendance d'une membrane particulière d'être plus perméable à certaines espèces qu'à d'autres. C'est cette propriété qu'on utilise dans la technologie des traitements d'eau, dont le but des applications, est d'utiliser des membranes qui se rapprochent le plus de la condition parfaite d'être sélectivement perméable à une espèce et absolument imperméable à l'autre. En plus de la propriété principale d'une membrane d'être sélectivement perméable, cela exige au plus une force additionnelle qui permet aux espèces de se déplacer à travers la membrane. En effet, le flux (le débit / unité de surface) d'un composant quelconque à travers la membrane est proportionnel à la force de poussée. Actuellement, les mécanismes par lesquels le sel et l'eau se déplacent à travers une membrane semi - perméable avec des perméabilités différentes ne sont pas entièrement connus. Il y a deux types de membranes qui sont établies pour l'osmose inverse : les membranes asymétriques et les membranes composites. Les membranes asymétriques Elles sont produites à partir d'une solution d'un polymère d'acétate de cellulose dans un bon solvant comme l'acétone, avec l'addition d'un agent qui permet la formation de pores tel que le perchlorate de magnésium acqueux. Cette procédure est résumée dans les étapes suivantes: Solution : le polymère est rendu en une solution visqueuse dans un solvant (acétone) avec l'agent formateur de pores. Moulage : une couche fine (150-250 microns) de la solution est étalée sur du verre plat ou sur une matière poreuse (tissu) si la membrane est directement moulée sur son support. Evaporation : le film obtenu précédemment est ensuite exposé à l'air pour permettre à une partie du solvant de s'évaporer. Le temps d'évaporation peut varier de seconde en minutes. Gélation : la membrane avec son support est trompée dans l'eau pour un certain temps, ce qui permet la solidification de la membrane. Traitement thermique : la membrane subit alors un traitement dans un bain chaud à une température variant entre 60 et 85 °C pour quelques minutes. La membrane produite par ce processus est relativement solide (support facilement manipulé). Beaucoup de travaux de recherche ont été effectués pour établir les mécanismes de formation de membranes et pour trouver les conditions, les ingrédients et le facteur temps qui optimisent le processus efficacement. La structure des membranes asymétriques Parmi les efforts de recherche entrepris dans la fabrication des membranes, un grand effort a été consacré pour déterminer la structure, et les mécanismes de transferts des membranes asymétriques. Plusieurs techniques ont été utilisées mais la plus directe implique la microscopie électronique. Comme indiqué dans la figure-2, ces examens montrent deux régions principales ; il y a une très mince couche (0.1 à 2 microns), habituellement appelé "active" ou "couche - A" qui se trouve au dessus d'une couche très poreuse de 100 à 200 microns d'épaisseur. La couche inférieure agit seulement comme support et n'affecte pas le processus de séparation dans le fonctionnement de l'osmose inverse. Souvent une partie de la couche contient une zone intermédiaire (couche B) dans laquelle la structure est en transition entre la couche A et de la région très poreuse (couche C). A B C Fine Grossière Très poreuse Figure -2 : Structure de membrane asymétrique. Les membranes composites Du moment que différentes propriétés sont exigées dans une membrane et notamment de sa couche active et de son support, et les améliorations d'une couche dans une membrane asymétrique sont ordinairement au détriment de l'autre. Pour cela, il paraît raisonnable de préparer les couches séparément. Il existe une technique qui consiste à former une couche de support poreux, ensuite revêtir cela avec une couche active beaucoup plus fine. Une telle membrane fut produite en utilisant l'acétate de cellulose et le nitrate pour le support poreux, ensuite ce support est revêtu avec une couche active de triacétate de cellulose de 40 microns d’épaisseur. D'autres membranes composites sont obtenues par la réalisation d'une couche poreuse et ensuite traitées chimiquement la surface pour former une couche active (Figure-3) Couche de membrane filtrante Support poreux Matériau de tissu Figure-3 : Structure d'une membrane composite Les premières membranes utilisées commercialement dans des unités d'osmose inverse pour le traitement de l'eau, étaient des membranes en acétate de cellulose asymétriques. Elles ont montré un taux de réjection de NaCl entre 92 et 97 % et des flux de 0.4 et 0.8 m3 /m²/jour. Ces membranes restent jusqu'à présent convenable pour le dessalement des eaux saumâtres. L'expérience a montré que les membranes d'acétate de cellulose possèdent deux faiblesses : - Elles sont susceptibles à l'hydrolyse. Si le PH de l'eau d'alimentation sort de la plage entre 3 et 8, alors l'acétate de cellulose tend à être hydrolysé et perd de ses caractéristiques de réjection. - Une utilisation prolongée à haute pression, ces membranes ont tendance à souffrir d'un phénomène irréversible de compactage de la couche poreuse résultant à la diminution de la perméabilité de l'eau, ce qui implique une perte de flux. De part le souci de développer des matériaux alternatifs pour surmonter les problèmes cités plus haut. L'objectif principal dans le développement des membranes est d'assurer une amélioration des flux et des caractéristiques de séparation. Concernant spécialement le dessalement de l'eau de mer, des taux de réjection élevés ainsi que la capacité de supporter les hautes pressions de fonctionnement nécessaires, sans pour autant diminuer en performance sont des facteurs particulièrement cruciaux. Parmi les matériaux qui ont été étudiés et développés, "les polyamides" (Nylon aromatique) ont connu probablement le plus de succès comme alternative à l'acétate de cellulose. Ces polyamides comportent la chaîne caractéristique CO - NH entre les anneaux d'aromatique. Ils ont été utilisés dans des unités de dessalement d'eau de mer. Les polyamides ont été employés pour produire des membranes composites à couche (film) mince. Elles peuvent être fabriquées sous forme de feuilles ou bien en forme de fibres creuses. Un exemple de cette dernière est la membrane DuPont B9 (figure-4) qui a connu des applications dans les installations d'osmose inverse. Figure-4. Unité de polymère se répétant d'une membrane B9 Ces fibres creuses sont des membranes asymétriques avec la couche active se trouvant à l'extérieur du tube. Des diamètres typiques sont de l'ordre de 90 microns de diamètre externe et 40 microns de diamètre interne. Les fibres creuses n'exigent pas des flux aussi élevés comme dans les autres formes de membrane, cela est du premièrement à la possibilité d'avoir une grande densité de ce film ce qui résulte à obtenir une surface d'échange très élevée par unité de volume et en second lieu parce que des flux élevés d'eau pure à travers la membrane ne peuvent pas être obtenus à cause des petites dimensions de l'intérieur de la fibre qui limite l'écoulement de l'eau dans la fibre. Une valeur typique est de 0.03 mètre/jour par une membrane d'eau de mer fonctionnant à une pression de 55 bars et un taux réjection à 99 %. Ces membranes possèdent une marche de tolérance du pH plus large que celle en acétate de cellulose (pH 4 à 9). Mais possèdent deux (02) faiblesses qui rendent essentiel un bon prétraitement de la solution d'alimentation. Premièrement, elles sont extrêmement sensibles aux attaques par le chlore et deuxièmement un ensemble de très fines fibres agissent comme un très bon filtre, ce qui facilite son colmatage par les matières en suspension se trouvant dans l'eau d'alimentation. Beaucoup de récents progrès dans les membranes d'osmose inverse ont été effectués dans les membranes composites. Une particularité extrêmement importante dans ce type de membrane est la possibilité de produire des couches actives beaucoup plus minces que celles des formes asymétriques. Les améliorations des performances d'un certain nombre de ces membranes composites récemment développées sont indiquées dans la figure-5. Une d'elles, PEC - 100 avec une réjection de NaCl de 99,5 % consiste à une couche active en polyester (bout croisé) sur une base microporeuse de polysulphone, cette membrane démontre une bonne stabilité dans une plage de PH entre 3 et 12 à des températures allant jusqu'à 60°C et possède un autre avantage important, qui contrairement aux autres membranes lesquelles nécessitent un stockage dans une solution, elle peut être stockée à sec. Cependant, comme les membranes polyamides, quelques unes de ces membranes composites non cellulosiques, telle que la PEC - 100 et PA - 300, sont sensibles aux attaques du chlore. Un autre type de membranes a été étudié et appelé "membrane dynamique". C'est un type de membrane qui est formée in situ sur des supports poreux en passant une variété de solutions aqueuses à travers le système. Ces types de membranes ne possèdent pas une bonne combinaison de flux et de réjection, mais elles possèdent l'avantage de fonctionner à hautes températures. Figure-5 : Performances des quelques membranes composites (blanc) Et quelques membranes asymétriques (hachuré) Les modules d'osmose inverse Les membranes sont fabriquées sous différentes formes et sont mises en application sous forme d'un ensemble qui comprend : le corps de pression tubulaire qui permet de supporter la pression requise, à l'intérieur de ce corps vient s'insérer le module. Plusieurs types de configuration de modules existent actuellement. Le module tubulaire C'est la technologie la plus simple, elle est identique à celle des échangeurs de chaleur tubulaires. Le liquide haute pression peut circuler soit à l'intérieur du tube (figure-6) (système Patterson Candy) soit à l'extérieur (système SFEC). Ce type de module présente l'avantage de ne nécessiter qu'un prétraitement très simple ou même inexistant dans certain cas. Son inconvénient majeur est son coût élevé et son manque de compacité 300 m² /m3. Figure-6: Module tubulaire Le module plan Ce type de module présente l'inconvénient d'être peu compact et d'investissement élevé, il semble peu compétitif pour le dessalement de l'eau de mer. Il devrait par contre se développer dans le secteur agro - alimentaire. Il a néanmoins connu un intérêt particulier ces dernières années dans les petites unités de traitement d'eau. Figure-7 : Module plan Le module spiral Dans ce type de module, la membrane semi – perméable enveloppe un support poreux tout en étant enroulée en spirale autour d'un tube rigide dans lequel circule l’eau filtrée à travers la membrane. Le liquide à traiter renfermant les sels dissous entre par l'une des extrémités du rouleau et passe axialement à travers la membrane où il est recueilli par un support spongieux jusqu'au tube centrale. L'avantage de ce système mis au point aux USA par Gulf Général Atomic est d'être très compact (600 m²/m3) et d'un prix de revient assez faible. D'autre part, il nécessite un prétraitement moins sophistiqué que le module type fibres creuses. Figure-8 : Le module Spiral Le module fibres creuses Ce type de module utilise des membranes qui se présentent sous forme de capillaires de diamètre compris entre quelques m et quelques mm. L'eau de mer circule en général à l'extérieur des fibres, sous l'effet de la pression, l'eau pure est poussée à travers la paroi de la paroi de la fibre avant d'être recueillie à l'intérieur de la fibre. Ce système présente l'avantage d'être excessivement compact (30 000 m²/m3). Mais il présente toutefois l'inconvénient de se colmater assez facilement et par la même de nécessiter un prétraitement plus important. Figure-9: Module fibres creuses Principe d’une unité de dessalement par osmose inverse Ce procédé de dessalement repose sur le principe de la filtration sous l’effet d’une force de pression. Si le principe parait simple, son application n’est pas pour autant. En réalité, comme l’indique le schéma ci-dessous, une installation classique de ce type comprend les éléments suivants: - Une pompe d’alimentation qui fourni à l’unité l’eau brute à traiter. - Un système de pré-traitement qui consiste à un traitement physicochimique de l’eau brute. Cette mesure a pour but de minimiser les effets de colmatage et d’entartrage des membranes. Le prétraitement dépend de la nature physico-chimique de l’eau à traiter. - Une pompe haute pression qui fourni à l’eau brute la pression nécessaire pour assurer la filtration de l’eau douce. - Un ensemble de(s) module(s) d’osmose inverse comprenant le tube de pression et la membrane. D’un système de post-traitement qui s’agit généralement d’un dosage chimique de l’eau produite pour lui donner les caractéristiques voulues. - Eventuellement un système de récupération Figure-1 : principe d’une unité de dessalement ANALYSE DE DIFFERENTES INSTALLATIONS Introduction Dans les chapitres précédents, ont été traités les différents types de modules de membranes et leur analyse théorique pour déterminer leurs performances respectives. Ces analyses théoriques sont basés sur les hypothèses que les valeurs des constantes des flux de membrane, k1 et k2, ainsi que leurs variations en fonction des température, pression, concentration en sel et analyse de l’eau brute sont connus. Les constructeurs des modules de membranes commerciales ne donnent pas les performances de leurs modules en ces termes. Les éléments de performance sont généralement donnés en terme de performance d’un module particulier dans des conditions standard spécifiques. Cette performance, dans des conditions autres que les conditions standard, est déterminée à l’aide de facteurs de corrections empiriques présentés sous forme d’expressions et de graphes qui permettent de la prédire. Si les données des détails géométriques des modules sont suffisamment connues, alors les constantes de bases des membranes peuvent être évaluées à partir des données commerciales de performance. Alternativement, les constantes peuvent être mesurées expérimentalement pour un module particulier. Une fois ces constantes (ainsi que chacune de leurs variations) sont connues alors l’analyse théorique complète du module peut être utilisée pour la conception d’une installation complète. D’un autre côté, l’engineering d’une installation consiste à utiliser un des modules décrits dans les chapitres précédents pour concevoir toute une unité. Comme il a été vu, il existe en général deux types d’installations : les unités d’eau de mer et les unités d’eau saumâtre. Unité d’eau de mer L’état de développement d’installations d’osmose inverse d’eau de mer ayant des taux de réjections assez élevés pour entreprendre le dessalement à partir d’une eau standard (35 000 ppm (mg)) en une seule passe est déjà atteint, mais une telle performance est à la limite des possibilités actuelles. Le problème avec l’eau de mer réside en sa pression osmotique qui est de l’ordre de 30 à 40 bars, ce qui représente environ 50 % de la pression de fonctionnement possible. C’est surtout pour cette raison ainsi que pour des considérations de colmatage que le taux de conversion des installations d’eau de mer est maintenu à un niveau de 30 %. Si la concentration de l’eau dépasse 35 000 ppm, alors l’utilisation d’une deuxième passe, totale ou partielle, est à envisager pour ramener la concentration de l’eau produite au dessous de 500 ppm. Unité d’eau saumâtre Les membranes d’eau saumâtre sont moins rigides que celles d’eau de mer, elles peuvent alors opérer avec des flux plus élevés. La pression osmotique est également plus faible, ce qui permet d’appliquer une pression de fonctionnement qui représente la pression de poussée nette. La qualité d’eau produite avec une passe simple est suffisamment bonne pour ne pas recourir à une seconde passe. Cependant s’il y a un problème de rejet de saumure ou de manque d’eau brute, alors il est préférable d’opérer avec des taux de conversion aussi élevés que possible afin de minimiser le problème de rejet de saumure et de prévoir éventuellement de faire passer la saumure à travers plusieurs modules successifs. Dans les cas extrêmes où la concentration de saumure est assez élevée, il est possible d’utiliser des modules d’eau de mer dans les derniers modules en série. Les configurations possibles d’une unité Unité à simple module Evidemment, le plus simple configuration d’une unité est celle formée par un simple module comme le montre la figure 1-a. Dans ce cas l’analyse de l’unité et du module est la même. La performance de l’unité se limite alors à celle du module. Les très petites installations pour utilisation personnelle ou sur petits bateaux en tendance à avoir cette configuration en fonctionnant à relativement faible taux de conversion. Figure-1-a : Diagramme d’une unité à simple module Unité à modules multiples en parallèle La capacité de production d’une installation simple indiquée précédemment peut être augmentée en disposant plusieurs modules en parallèle (voir figure 1-b). Les performances de l’unité en termes de la qualité d’eau produite et taux de conversion demeurent identiques au module simple. Cette configuration peut s’appliquer aux unités d’eau de mer à simple passe utilisant les membranes fibres creuses ou aux systèmes ne nécessitant pas un taux de conversion élevé. Figure-1-b : diagramme d’une unité à modules multiples en parallèles Passes en série de la saumure Dans les systèmes à modules spirales ou tubulaires, le taux de conversion possible pour une configuration simple est généralement limité par souci de garder la vitesse de la saumure assez grande et minimiser ainsi l’effet de la concentration polarisation et la formation de tartre. Pour augmenter le taux de conversion d’un système, il suffit donc d’introduire le rejet de saumure (toujours à haute pression) du premier module (ou d’ensemble de modules en parallèle) dans un second module (ou ensemble de modules) et produire davantage d’eau douce à partir du flux de rejet. Et pour améliorer davantage le taux de conversion, plusieurs modules peuvent être ainsi installés en séries le long du flux de saumure. Dans les systèmes à membrane spirale plusieurs modules peuvent être disposés en série dans le même tube de pression. Deux types de montage en étage sont représentés dans la figure 1-c. et 1-d. Dans les unités où le taux de conversion n’est pas particulièrement élevé, la disposition de plusieurs étages directement en série peut être appliquée à la saumure (figure1-c). C’est le cas où des modules ‘spirales’ sont connectés en série dans le même tube de pression. La saumure d’un module entre dans le module suivant comme eau d’alimentation et ainsi de suite le long des modules un par un. Le taux de conversion augmente et la saumure en passant de module en module perd de l’eau continuellement, par conséquent sont débit ainsi que sa vitesse diminue dans les modules. Dans les cas où le taux de conversion est élevé, la diminution de vitesse qui en résulte peut entraîner des problèmes de colmatage, alors il est adopté une configuration où les modules sont disposés en séries en nombre décroissant (figure 1-d). Ici les vitesses sont stimulées dans chaque étage en diminuant le nombre de modules en parallèle. Il est ainsi possible d’obtenir un taux de conversion élevé tout en évitant les pires effets de polarisation de concentration. Figure 1-c : diagramme d’une unité avec séries de passes directes de saumure Figure- 1-d : diagramme d’une unité avec séries de passes dégradées de saumure Séries de Passes d’eau produite – totales ou partielles Dans des cas de haute salinité de saumure, comme dans la cas des eaux de golfes et de mers fermées, ou si l’eau produite est de qualité très requise, il n’est pas possible d’atteindre une telle qualité en une seule passe à travers la membrane. Dans de tels cas on peut alors passer l’eau produite, entièrement ou partiellement, à travers une ou plusieurs passes, voir figure1-e. Ici l’eau produite dans la première passe est re-pressurée avant d’être passé dans un second modules pour augmenter davantage sa pureté. L’eau d’alimentation de la seconde passe ne nécessite pas de prétraitement mais on utilise usuellement une cuve tampon tout en s’assurant d’éviter sa contamination. Normalement, la seconde passe est effectuée avec un taux de conversion très élevé afin de récupérer le maximum possible d’eau de la première passe. Le fonctionnement à taux de conversion très élevé peut nécessiter l’utilisation d’un étagement dégradé de la saumure dans la deuxième passe, si la passe est assez grande pour contenir plusieurs modules. Figure 1-e : Unité de dessalement avec passe d’eau traitée Parfois l’eau produite dans la première passe possède une salinité un peu trop élevée, alors on désire prévenir d’une possible détérioration de l’eau brute ou encore pour parer à l’inévitable détérioration des membranes avec l’age. Dans de tels cas on utilise une deuxième passe partielle où une partie seulement de l’eau produite dans la première passe est injectée dans cette seconde passe. Le reste est by-passé puis mélangé avec le produit, plus pure, de la seconde passe. Une deuxième passe partielle et bien conçue donne à l’unité une bonne flexibilité qui lui permet de répondre et s’adapter à des exigences non prévues. Le flux de rejet d’une seconde passe possède généralement une concentration bien plus faible que celle de l’eau d’alimentation de la première passe, ce flux est alors recyclé et mélangé avec le flux d’eau d’alimentation de cette dernière. Quoique le débit de ce flux de rejet est faible par rapport à celui de l’eau d’alimentation principale, ce recyclage a un double effet en réduisant un peu la concentration de l’eau brute et en assurant un taux de conversion maximum (économie d’eau déjà prétraitée). . Engineering d’une unité d’osmose inverse Dans la plupart des unités d’osmose inverse les modules représentent seulement une petite partie de l’installation, en termes de taille physique et nombres de composants. Une installation typique consiste en un système de prétraitement (dont la taille peut être plus grande et parfois aussi coûteux que la section d’osmose), une pompe d’alimentation basse pression, une pompe d’alimentation haute pression, un système d’instrumentation et de contrôle, un système de lavage de membrane, une turbine de récupération d’énergie, des prise d’échantillons, cuves de stockage, système de mélange et de post-traitement. Dans ce chapitre sont présentés les aspects relatifs aux pompes et turbines, systèmes de lavage, matériaux de fabrication et configurations de montages et d’arrangements. Les configurations de montages et d’arrangements : La complexité d’un système quelconque varie en fonction de sa taille, de la nature de l’eau à traiter et du degré d’automatisation requis. A titre d’exemple, prenons deux cas : une grande installation d’eau de mer et une petite installation d’eau saumâtre. Les configurations ordinaires possibles sont présentées par les figures- 4 et 5. Petite unité de dessalement d’eau saumâtre Figure- 4 : Petite unité de dessalement d’eau saumâtre La figure-4 présente le diagramme d’une petite unité à un module conçue pour le dessalement d’une eau saumâtre. Le prétraitement indiqué ici comporte un filtre à sable ainsi qu’un filtre à cartouche. Ce prétraitement suppose que l’eau brute n’est pas riche en éléments favorisant la formation de tartre. Le diagramme montre : - Une pompe d’alimentation basse pression munie d’une vanne et d’un indicateur de pression. - Un prétraitement comprenant un filtre à sable et à cartouche pour protéger la membrane et la pompe H.P. - Des indicateurs de pression de chaque côté du filtre à cartouche pour indiquer l’état du filtre et alerter d’une éventuelle baisse de pression. - Une prise d’échantillon après le filtre pour mesure de l’indice de colmatage. - Un interrupteur basse pression en amont de la pompe HP pour la protéger d’un éventuel manque d’alimentation - Une pompe Haute Pression qui peut être à piston et dans ce cas elle doit être munie d’un absorbeur de pulsation. Une valve de pression est également à envisager. - Des interrupteurs de pression et de température en aval de la pompe HP pour protéger la membrane. - Des indicateurs de pression et des prises d’échantillons sont prévus dans les trois circuits d’alimentation en eau brute, d’eau produite et rejet de saumure du module. - Des débitmètres sont incorporés dans les circuits d’eau produite et de rejet de saumure pour pouvoir contrôler et régler les performances de l’unité. - Une vanne de contrôle de débit dans le circuit de rejet de saumure pour pouvoir régler et contrôler la pression du système. - Un interrupteur de pression est prévu dans le circuit d’eau produite pour protéger la membrane d’un éventuel retour de pression excessif. Cette configuration représente le strict minimum d’instrumentation et de prétraitement. Si l’eau brute possède un potentiel d’entartrage et de colmatage, il faut alors prévoir un système de prétraitement élaboré. Des éléments supplémentaires peuvent être inclus, tels que : - Contrôle et réglage du pH - Contrôle de dureté précédent la pompe HP - Rejet automatique d’eau produite en cas de conductivité très élevée - Dosage d’agent antitartre - Prétraitement par échangeur d’ions. Grande unité de dessalement d’eau de mer Figure- 5 : Grande unité de dessalement d’eau de mer par O.I. Le diagramme indiqué dans la figure-5 représente une seule rame de modules d’une unité d’osmose inverse d’eau mer de grande capacité. Comme on peut le voir, cette unité possède une deuxième passe partielle. Les modules utilisés particulièrement ici peuvent être des membranes en polyamides du type spirale. Le prétraitement se compose : - d’une stérilisation - d’une grille tournante - d’une injection de coagulant - d’un mélangeur - d’une filtration sur sable multi granulés - d’un ajustage de pH - d’une injection d’antitartre - d’un mélangeur et filtration à cartouche LE PRETRAITEMENT DANS LE PROCEDE D’OSMOSE INVERSE La qualité du prétraitement de l’eau brute est probablement le plus important facteur contribuant au bon fonctionnement d’une installation d’osmose inverse. L’osmose inverse dépend de la disponibilité d’un flux de saumure assez propre au niveau de la surface de la membrane. Sans cela, la membrane se colmate rapidement en entraînant une baisse de production et de rejection de sel. Dans ce cas il serait nécessaire d’augmenter la pression pour maintenir la production, et si cette situation perdure, le changement des membranes s’imposera. Pour éviter cela et afin d’avoir une durer de vie raisonnable des membranes, il est indispensable de concevoir un prétraitement d’eau brute adéquat pour chaque installation. En général, il est impossible de concevoir un système de prétraitement applicable à toutes les eaux d’alimentation (brutes), chacune doit être traitée particulièrement. La dimension et les types de prétraitement dépendent: - De la quantité et la qualité de l’eau brute à traiter - Du type de membrane et de la configuration utilisée. Afin d’établir un prétraitement pour un système d’osmose inverse particulier, il faut connaître un minimum d’information relative à l’eau brute, à savoir : - Quantité d’eau brute et température - Composition chimique en termes de : Ca++, Mg++, Na++, K++ HCO 3-, SO4--, Cl-, NO3-. - Gaz dissous, résidu à sec, présence de silice, pH - Turbidité, couleur, colloïdes - Source : eau de mer, eau de forage, eau de surface etc. Types de colmatage Ils existent cinq classes majeures de colmatage qui peuvent affecter les membranes d’osmose inverse : 12345- Entartrage : couche solide Dépôt d’oxide : couche gélatineuse Encrassage : couche boueuse Colloïdal : couche électrostatique Biologique : couche visqueuse 1- L ’Entartrage Contrairement aux procédés à distillation, l’entartrage dans l’osmose inverse s’effectue à température ambiante. Par conséquent, les effets de la concentration et du pH sont relativement plus importants. De façon à réduire les risques d’entartrage, l’élimination des constituants qui provoquent l’entartrage n’est pas très économique normalement, mais la réduction du taux de conversion est souvent utilisée lorsque l’eau brute est suffisamment abondante et le problème de rejet de saumure ne se pose pas. Les constituants majeurs provoquant l’entartrage dans les systèmes d’osmose inverse sont : Le carbonate et/ou bicarbonate de calcium, le sulfate de calcium, l’hydroxyde de magnésium, le sulfate de strontium et la silice. Dans l’eau de met c’est le carbonate et le bicarbonate de calcium qui ont tendance à se former en premier lors de la concentration de l’eau. Certaines eaux de puits peuvent déjà être saturées en sulfate de calcium ou en silice. Un agent antitartre, tel que l’hexamétaphosphate de sodium (HMPS), est presque toujours ajouter à l’eau brute pour réduire les risques de précipitation des sels de calcium, baryum et strontium. Les produits antitartres, contrairement aux agents de séquestration, n’agissent de façon stoechiométrique (i.e. sur la base de calcul mole/mole). Le dosage de l’antitartre est difficilement calculé avec précision mais est généralement une question d’expérience pratique. Les dosages utilisés sont normalement dans la plage de 01 à 10 ppm (mg) selon les caractéristiques de l’eau brute. Par exemple, un constructeur recommande un dosage de HMPS de 02 % par poids de la concentration de Ca++ dans l’eau brute. Les principales méthodes disponibles pour parier à ces tartres sont : Carbonate :- adoucissement par échange basique : remplacer les Ca/Mg par Na qui possède un carbonate soluble – dosage maximum : 800 mg/litre – procédé trop cher pour installation de grandes capacités (+ de 9000 m3/jour). - adoucissement à la chaux : précipite les calcium et bicarbonates en carbonate de calcium et le magnésium en hydroxyde de magnésium – non adéquat pour moins de 5000 m3/jour. - dosage d’acide : remplace le bicarbonate par des éléments plus solubles ou sulfate. Contraignant et coût élevé de l’acide. - séquestration : ne suffit pas seule comme antitartre pour cause de dosage incorrecte, poches de stagnation ou mauvaise de procédure de mise à l’arrêt Sulfate : :- adoucissement par échange basique : voir ci-dessus - séquestration : voir ci-dessus - Eviter les conditions de saturation (concentration très élevées) Silice : - Augmenter la température : augmente la solubilité : coût d’énergie et effet sur les membranes. - adoucissement à la chaux : élimine une partie de la silice, carbonate de calcium et hydroxyde de magnésium- inapproprié pour moins de 5000 m3/jour. - Eviter les conditions de saturation (concentration très élevées) Concernant la formation de tartre de silice il est intéressant de noter que les récentes recherche ont indiqué que, étant donné que la saumure est concentrée pour un temps assez court, des solubilités atteignant le double du degré de saturation peuvent être tolérées puisque les cristaux n’auront pas le temps de se former avant d’être évacué par la saumure. Cependant, la présence d’oxydes pouvant provenir de l’oxydation des métaux divers d’une installation peut provoquer un tartre d’oxyde de métal/silice même à basses températures. 2- Dépôt d’oxyde Le fer, le manganèse, le sulfure, et à un degré moindre l’aluminium représentent les problèmes des dépôts d’oxydes. Dans des conditions d’oxydation (présence d’oxygène dissous et pH élevé), il peut se former un précipité d’oxyde gélatineux sur la membrane provoquant ainsi son encrassement. Des substances dissoutes telles que le sulfite d’oxygène ou sels ferreux (prés à donner un précipité d’oxydes) ainsi que les oxydes de sulfure et de fer (après exposition à l’oxygène) peuvent être volontairement oxydés pour ensuite être éliminer par filtration ou par mesure préventive de formation d’oxydes. Cette dernière méthode est souvent utilisée et nécessite que la source d’alimentation et la canalisation d’eau brute soient réalisées de façon à empêcher l’air et d’autres oxydants de pénétrer dans le système. L’élimination ou réduction de l’oxygène peut être accomplie soit par désaération sous vide ou hydrogénation, respectivement. Par mesure de précaution, bisulfite de sodium qui agit comme un nettoyeur d’oxygène est normalement injecté dans les différents traitements cités plus haut. Ces méthodes ne sont pas recommandées dans le cas d’un fonctionnement intermittent ou de la présence d’une main d’œuvre non qualifiée. Si l’oxygène n’est pas éliminé, des on peut utiliser d’autres méthodes aussi acceptables : - addition d’acide : il permet de garder le fer dans la solution, le pH doit être de l’ordre de 5. Acide coûteux et difficilement manipulable - échange d’ion : élimination des cations nuisibles, pratique si le fer et le manganèse sont au-dessous de 5 ppm - stabilisation : l’ hexamétaphosphate de sodium à 5 ppm de concentration peut le formation de précipité si le total fer et manganèse n’excède pas 1 ppm. Des concentrations dépassant 10 ppm doivent être évitées afin de ne pas favoriser le colmatage ‘fouling’ biologique. 3- et 4- Encrassage et colmatage colloïdal La plupart des eaux naturelles contiennent de la matière en suspension dont la taille et le type de ces particules sont très variables. Une classification majeure peut être faite en les divisant en deux groupes, celui des colloïdes et des non colloïdes. Les colloïdes consistent en de petites particules gardées dispersées dans la solution par la présence des charges de surface. Le tableau suivant donne une idée de la panoplie de matière en suspension : Type de particule Gravier Sable gros Sable fin Vase Bactéries Virus Colloïdes taille 10 mm 1 mm 100 μ 10 μ 1–5μ 50 mμ 1 – 1000 mμ temps de dépôt (si non Chargée) 1 seconde 10 secondes 1 minute 1 heure 1 semaine 2 années 1 semaine – 100 années Les grosses particules peuvent physiquement bloquer le passage de la saumure dans certaines configurations, notamment les modules fibres creuses. C’est l’effet connu de l’encrassage. Dans les eaux souterraines, avec des puits ou forages proprement aménagés, la présence de ces particules peut être réduite au minimum en utilisant généralement une filtration allant jusqu’à 5 microns. Les particules de colloïdes chargées adhèrent à la membrane formant ainsi sur sa surface une couche qui régresse la perméabilité de l’eau, alors ils doivent être éliminer de l’eau brute. Etant généralement de petites particules et ne pouvant pas être filtrés, les colloïdes subissent souvent le double processus de la coagulation. Dans une première phase, la déstabilisation, les charges de surfaces sont détruites ou neutralisées, pour ensuite dans une deuxième phase, la floculation, les particules neutralisées sont rassemblées pour former des ensembles assez gros pour être éliminés par sédimentation et/ou filtration. Le tableau suivant indique un exemple de colloïdes et leur sous-classification : Type de colloïdes colloïdes de surface Hydrophillique/phobique (charge) Oxydes de métaux plupart positive Hydrophobique Oxydes non-métaux négative Hydrophobique Sulfites négative Hydrophobique Argile négative Hydrophobique Couleurs organiques négative Hydrophobique Protéines plupart positive Hydrophillique Les colloïdes hydrophobiques sont plus faciles à coaguler que les hydrophilliques. La méthode de coagulation la plus utilisée consiste à produire un autre colloïde de surface de charge opposée. Les particules de colloïdes de charges opposées ont tendance à s’attirer mutuellement et se regrouper en neutralisant les charges de chacune d’elles. La formation, par conséquent, de particules plus grosses, non chargées et pouvant subir une floculation. Pour nettoyer les eaux contenant des colloïdes chargées négativement, on utilise habituellement des colloïdes de charges positives à partir d’hydroxydes d’aluminium ou de fer. De tels colloïdes peuvent être produite en ajoutant à l’eau les produits chimiques suivants : aluminium + chaux*, ou aluminium + poudre de soude, ou sulfates ferreux + chaux* + oxygène dissous, ou chlorite ferrique + chaux* + sulfate ferrique, ou chlorite ferrique * La chaux dans ces réactions est souvent fournie par l’alcalinité déjà présente dans l’eau. Le pH optimum pour la coagulation peut varier de 3 à 9. La floculation dans le processus est favorisée par le mélange de la solution, ce qui augmente le taux de collision entre les particules. Ceci est souvent obtenu mécaniquement et simplement par l’utilisation simplement d’un mélangeur (moteur + hélice). Cependant, dans les systèmes de prétraitement d’osmose inverse de petites capacités, la coagulation s’effectue le plus souvent dans la canalisation, alors que la floculation prend place lors du passage dans le filtre à sable où les particules sont stoppées dans les couches du filtre. A noter après l’injection du coagulant, il faut assurer suffisamment de temps de mélange et de réaction avant la filtration. Les filtres à sable rapides sont normalement utilisés pour débarrasser du flux d’eau brute les matières solides et les colloïdes coagulés en suspension dans l’eau d’alimentation des systèmes. Ces filtres peuvent être employés en série commençant avec du gros sable qui retient la grosse matière et ensuite du sable fin comme finition. Ils sont habituellement rincés l’eau pure à intervalles réguliers avec un lavage à contre-courant. Le filtre de sécurité standard constitué de filtres à cartouches utilisé dans les systèmes d’O.I. ne constitue pas un moyen fiable pour l’arrêt des particules de colloïdes. Le but de ces filtres est de protéger les membranes de toute matière filtrable ayant pu passer par erreur dans le système de prétraitement. Ces filtres dispose de mesure de la pression différentielle qui indique à travers les pressions mesurées (entrée/sortie) leur degré de colmatage. Si la différence de pression à travers le filtre augmente rapidement, cela indique qu’un problème s’est produit au niveau du prétraitement ou qu’un changement s’est produit dans la composition de l’eau brute. Ce filtre peut assurer cependant une mesure de protection aux membranes à court terme. Etant donné le coût élevé de ces éléments, ils ne devraient pas être utilisés pour l’élimination de grosse quantité de matière filtrable. Un bon fonctionnement du système de filtration et le degré de colmatage ‘fouling’ d’un système de membrane avec les colloïdes en suspension peuvent être indiqué en trouvant son indice de colmatage ‘fouling’ ‘I.C.’ ou encrassement ‘plugging’. Cet indice est mesuré de la manière suivante : On utilise un filtre standard de 0,45 micron pour filtrer un flux d’eau continu pendant 15 minutes à une pression de 30 psi. On mesure le temps ,t 1, de passage des premières 500 ml et 15 minutes plutard on mesure le temps,t 2, de passage d’autres 500 ml. L’indice de colmatage/encrassement est alors donné par la relation suivante : I.C. = ( 1 – t1 / t2 ) x 100 L’eau de mer ordinaire possède in I.C. d’une valeur supérieure à 95 %. L’expérience a montré que pour éviter un encrassement excessif de la membrane, il faut gardé l’I.C. de l’eau prétraitée à une valeur inférieure à 50%. 5- Colmatage biologique Le colmatage biologique affecte le système de membrane de deux manières. Premièrement, les micro-organismes, trouvant une nutrition abondante, peuvent croître sur la surface de la membrane ainsi que les surfaces internes du côté saumure d’une installation d’O.I.. Ce colmatage se caractérise par : - l’augmentation de la chute de pression à travers le module de membrane - la diminution de l’eau produite - l’augmentation de la salinité de l’eau produite. Deuxièmement, certains organismes attaquent directement certains types de membranes en les détruisant éventuellement. Ces deux effets sont évidemment indésirables et sont pratiquement évités par la stérilisation de l’eau brute. La stérilisation est ordinairement accomplie par un dosage de chlore à cause de sa disponibilité à bon marché, c’est un moyen facilement contrôlable et peut assurer une désinfection résiduelle . Dans certains systèmes, un chlore résiduel de 1 mg/l(ppm) de concentration est maintenu dans l’eau brute pour minimiser la croissance biologique, et de temps en temps effectuer un traitement de choc en augmentant la concentration à 9 – 10 mg/l (ppm). La chloration est généralement effectuée en injectant le chlore liquide dans le circuit d’eau brute mais on peut également utiliser l’éléctrochloration pour l’eau de mer. Les membranes d’acétates de cellulose peuvent supporter des doses de chlore assez élevées, pouvant atteindre 50 mg/l (ppm), pour des petites périodes de temps de 20 minutes environ. Contrairement, les membranes polyamides ne peuvent supporter aucun degré de chlore, et sa présence doit être éliminée. L’effet du chlore sur les polyamides se caractérise d’abord par une réduction du flux, pour ensuite devenir fragile et cassante entraînant une augmentation dramatiquement le passage de flux et de sel. Pour de telles membranes, on pratique soit une dé-chloration ou une autre méthode de stérilisation. La dé-chloration assurant l’élimination des traces de chlore peut s’effectuée par une des réactions suivantes : Dioxide de sulphur: SO2 + Cl2 + 2H2O = 2HCl + H2SO4 Bisulfite de sodium: NaHSO3 + Cl2 + H2O = NaHSO4 + 2HCl Sulphite de sodium: Na2SO3 + Cl2 + H2O = Na2SO4 + 2HCl Thiosulfite de sodium: 2Na2S2O3 + Cl2 = Na2S4O6 + 2NaCl Charbon actif: C + 2Cl2 + 2H2O = 4HCl + CO2 Autres méthodes: Lorsque la chloration n’est pas applicable, d’autres méthodes de stérilisation peuvent servir d’alternatives, telle que l’utilisation de l’ozone, les rayons ultraviolets et l’ultrafiltration. Un bref aperçu sur les avantages et inconvénients de chaque système est présenté ci-dessous L’ozone : Avantages : rapide et puissant, efficace sur une grande plage de pH et températures Inconvénients : coûteux (investissement et fonctionnement), peu soluble dans l’eau et difficile à contrôler et maîtriser Rayons ultraviolets : Avantages : ne nécessite pas l’introduction de matière, degré de puissance non affecté par d’autres constituants, efficace dans courtes expositions, aucun effet des surdoses Inconvénients : n’affecte pas certains spores et virus, nécessite une eau claire, pas de désinfection résiduelle, procédé coûteux, ne stérilise pas les membranes Ultrafiltration : Avantages : simple et efficace, prétraitement complet en lui-même Inconvénients : coûteux, donc convient pour petites installations seulement. Ces procédés montrent les principales manières d’un prétraitement convenable pour d’élimination de colmatage. En plus de ce phénomène de colmatage, le prétraitement d’un système doit également prendre en charge d’autres problèmes de l’eau brute d’alimentation. Certaines eaux souterraines sont naturellement chaudes. L’effet de la température réduit la vie effective de la membrane. Plus la température augmente et plus une grande surface de membrane est nécessaire pour la même eau. Pour cela, l’eau brute doit être refroidie en utilisant parfois des tours de refroidissement. Le sulfite d’hydrogène a également un effet désastreux sur la membrane, il ordinairement traiter par une ou deux méthodes. L’eau d’alimentation peut subir un dégazage pour être traiter au chlore de façon à éliminer le maximum de gaz et laisser le peu qui reste s’oxyder au sulfate. Si l’eau est assez dure, cela peut nécessiter un dosage à l’acide pour empêcher l’entartrage du dégazeur. Alternativement tout les agents oxydant, l’air et le chlore, sont exclus. Ceci garde le sulfite d’hydrogène dans le flux d’eau tout en prêtant attention au ‘fouling’ biologique. Cela impose également un haut niveau d’entretien et de fonctionnement. Conclusion Il est important de rappeler qu’il n’existe pas de système de prétraitement universel qui peut être appliquer à tout état de figure et situation. L’analyse complète de l’eau brute doit être soigneusement examinée pour concevoir un prétraitement particulier à chaque cas. Quoique que l’ultrafiltration, de plus en plus utilisée, peut offrir un système proche de l’universel si d’avantages de progrès seront réalisés. Il reste pour le moment très coûteux, alors utilisé principalement dans les petites installations. Le post traitement comporte : - une décarbonations - une stérilisation au chlore - une stabilisation par addition de chaux Considération d’éléments de conception d’une unité d’O.I. Si les installations de dessalement par osmose inverse (O.I.) utilisent en général le même principe de fonctionnement, celles-ci diffèrent quelque peu dans les détails de leur conception en fonction : • Des données du site (qualité et température de l’eau, nature du site…) • De la manière dans laquelle le constructeur perçoit son optimisation de fonctionnement en fonction des données de l’installation (taille, qualité d’eau produite…) Eléments de fonctionnements d’une unité d’O.I. Le fonctionnement et l’opération d’une installation de dessalement par osmose inverse comportent et nécessitent les éléments suivants: 1) Sources d’alimentation • • • Alimentation hydraulique : eau saline, solutions de dosage, eau traitée Alimentation électrique : source énergétique (380 v, 220 v, 110 v) Alimentation pneumatique : air comprimé 2) Les usagers des sources d’alimentation • C’est les différents éléments, pièces et équipements qui composent l’ensemble de l’installation et qui utilisent une ou plusieurs sources d’alimentation citées plus hauts. • Exemple: une pompe d’alimentation d’eau brute, pour son fonctionnement celle-ci utilise à la fois une alimentation hydraulique et électrique. 3) Paramètres de fonctionnement • C’est les différents paramètres de fonctionnement d’une installation d’O.I., à savoir ; pressions, débits, température, turbidité, pH, conductivité • Les paramètres de fonctionnement sont généralement le produit des sources d’alimentation et des usagers de l’installation Modes opératoires Dépendamment de la taille de l’installation et du besoin en eau, le mode opératoire peut être soit : • • Permanent : l’installation fonctionne 24h/24h, c’est le cas des grandes installations intermittent : généralement applicable pour les petites installations, quelques 3 dizaines, voir centaines de m /jour Le fonctionnement peut s’effectuer également soit : • • en mode automatique : le contrôle et la gestion des usagers sont pilotés de manière automatique à l’aide d’un système intégré qui contrôle et gèrent les paramètres de fonctionnement. en mode manuel : dans ce cas les usagers sont contrôlés et gérés par l’opérateur qui ajuste les paramètres de fonctionnement en manipulant manuellement l’installation. Les performances des modules de membranes sont donné par les constructeurs en terme de flux et qualité d’eau sont basés sur des paramètres standard de fonctionnement - Température 25°C Pression donnée (exemple: eau de mer: 70 bars) Salinité de l’eau de mer: 35000 PPM Mais en pratique les conditions sont généralement différentes des conditions standards Pour déterminer les performances d’une installations dans les conditions réelles, le fournisseur fournie soit une fiche de calcul et/ou un logiciel qui prend en compte les différents facteurs de correction: Coefficient de Rétention du Flux de la Membrane – CRFM Facteur de Correction du Passage de Sel – FCPS Facteur de Correction de Température – FCT Facteur de Correction de Pression – FCP L’ Electrodialyse Une cellule électrochimique simple Les anions et les cations dans la solution sont attirés par les électrodes de Platinum Réactions des électrodes : - 2 Électrode gauche : 2Cl = Cl + 2e + Électrode droite : 2H + 2e = H 2 Dans la cellule chimique, l'électrode qui produit les électrons (réaction1) est connue sous le nom d'«anode» et celle qui consomme les électrons (réaction2) est appelée «cathode». Une cellule électrochimique simple Principe de fonctionnement Dans un ensemble d'électrodialyse, le flux d'alimentation en eau saline circule à travers les compartiments cellulaires formés par les membranes d'échange d'ions. Sous l'influence d'une différence de potentiel électrique, les ions chargés négativement (p. ex. chlorure) migrent vers l'anode chargée positivement. Ces ions passent à travers la membrane d'échange d'anions chargée positivement, mais sont empêchés de migrer davantage vers l'anode par la membrane d'échange de cation chargée négativement et donc rester dans ce flux qui devient concentré avec les anions. Les espèces chargées positivement (p. ex. le sodium) migrent vers la cathode chargée négativement et passent à travers la membrane d'échange de cations chargée négativement. Ces cations sont empêchés de se migrer davantage vers la cathode par la membrane d'échange d'anions chargée positivement. A la suite de la migration d'anions et de cations à travers les membranes correspondantes, le résultat global du processus d'électrodialyse nous donne des compartiments à solutions concentrées de saumure et des compartiments avec des solutions plus diluée sous forme d’eau douce. Périodiquement, la direction du flux ionique est inversée en inversant la polarité du courant électrique appliqué pour former le EDR (électrodialyse reverse). Assemblage de membranes d’électrodialyse Unités d’électrodialyse
