De nouvelles membranes pour un meilleur traitement des eaux usées

Une collaboration entre l'Institut de technologie de Singapour et la startup locale SideStroem Water Technologies vise à optimiser les membranes d'osmose directe de type nanofiltration à l'échelle du laboratoire pour le recyclage de l'eau industrielle.

AsianScientist (1er mars 2023) — Avec la croissance démographique et l’industrialisation, la pénurie d’eau figure en tête de liste des problèmes mondiaux. Une façon d'atténuer ce problème consiste à récupérer les eaux usées, le procédé NEWater de Singapour étant un excellent exemple. Malheureusement, les processus de recyclage des eaux usées à l’échelle industrielle sont actuellement inadéquats si l’on considère l’objectif de durabilité future de l’eau.

La méthode de traitement des eaux usées la plus fréquemment utilisée dans les industries textiles et de tannerie est la nanofiltration, qui utilise une pression hydraulique élevée pour déplacer l'eau à travers une membrane tout en retenant certains sels précieux.

Cependant, la pression élevée de l’eau provoque un encrassement important de la membrane ou le dépôt de particules sur la surface de la membrane, ce qui provoque ensuite le blocage des pores de la membrane. En raison du colmatage, des cycles de nettoyage fréquents et des remplacements de membrane sont nécessaires. En tant que tel, un fonctionnement stable du système nécessite des techniques de prétraitement coûteuses et lourdes.

Non seulement le recyclage actuel des eaux industrielles est inefficace, mais il est également nocif pour l’environnement.

« La majorité des effluents sont généralement envoyés à l'incinération. En théorie, nous avons besoin de dépenser environ 620 kilowattheures d'énergie pour incinérer une tonne de flux d'eaux usées, ce qui équivaut à 266 kilogrammes de dioxyde de carbone », a déclaré le professeur agrégé Zuo Jian du pôle alimentation, chimie et biotechnologie de l'Institut de technologie de Singapour. (S'ASSEOIR).

Avec l’augmentation du coût de l’énergie et l’impact écologique néfaste des méthodes actuelles, il est impératif de trouver une solution alternative pour le recyclage des eaux usées.

Grâce à la collaboration entre le professeur agrégé Zuo et SideStroem Water Technologies (SideStroem), une nouvelle technologie d'osmose directe (FO) pour le traitement des eaux usées a été développée et est en cours d'optimisation pour une utilisation à l'échelle industrielle. Le projet combine les prouesses de recherche de la SIT, l'université d'enseignement appliqué du pays, dans le domaine de la filtration membranaire et les antécédents de SideStroem dans les procédés FO.

« L'osmose directe peut aider à atténuer les problèmes associés à la nanofiltration traditionnelle, car elle a une faible tendance à l'encrassement. Les membranes FO peuvent conserver leur stabilité opérationnelle même lorsque les eaux usées sont de nature très encrassée. Ainsi, nous pouvons éviter des processus de prétraitement coûteux », a expliqué le professeur agrégé Zuo.

En fait, FO gagne en popularité dans le traitement des eaux usées industrielles, et pour cause. Contrairement à la nanofiltration, la FO ne nécessite pas de pression externe et consomme ainsi moins d’énergie. En plus de sa faible tendance à l'encrassement, il convient également aux solutions sensibles à la pression et à la chaleur.

De plus, SideStroem a fabriqué des membranes FO spéciales de type nanofiltration (type NF), capables de récupérer et de recycler sélectivement l'eau et les sels monovalents des flux d'eaux usées.

La collaboration avec le professeur agrégé Zuo a permis de réaliser des progrès significatifs avec les membranes. Celles-ci incluent des taux de rejet élevés des ions divalents (plus de 99 %) tout en maintenant de faibles taux de rejet des ions monovalents, des taux d'extraction de solutés monovalents 50 fois plus élevés et une perméabilité à l'eau pure trois fois plus élevée que celle des membranes FO commerciales.

Compte tenu de ces caractéristiques, le professeur agrégé Zuo a souligné deux avantages clés de la FO par rapport aux technologies de nanofiltration traditionnelles :

« FO est capable d'atteindre des taux de récupération d'eau plus élevés et démontre une résilience et une stabilité opérationnelle de haute performance dans des applications difficiles à fort encrassement, réduisant ainsi le besoin de processus de prétraitement approfondis. »

Une telle technologie offre l’énorme avantage de réduire les dépenses opérationnelles de traitement des eaux usées tout en augmentant le rendement des ressources récupérées – une amélioration considérable par rapport aux méthodes de traitement actuelles.