De véritables solutions clé en main pour la purification de l'eau par membrane

La conversion d'un large éventail d'eaux de source en eau purifiée par membrane de haute qualité est essentielle pour répondre aux applications dans de multiples secteurs allant de la fabrication industrielle, à la production pétrolière et gazière offshore, à la production d'aliments et de boissons, aux produits pharmaceutiques, à la microélectronique et à la production d'électricité.

Par Cameron W. Hipwell, PE

La conversion d'un large éventail d'eaux de source en eau purifiée par membrane de haute qualité est essentielle pour répondre aux applications dans de multiples secteurs allant de la fabrication industrielle, à la production pétrolière et gazière offshore, à la production d'aliments et de boissons, aux produits pharmaceutiques, à la microélectronique et à la production d'électricité.

En particulier, la production d’électricité à partir de combustibles fossiles est très gourmande en eau, car elle consomme une part importante de toute l’eau traitée dans les pays développés.

Les eaux de source allant des rivières et des lacs à l'eau potable municipale, en passant par l'eau de mer, doivent toutes subir une série d'étapes pour produire de l'eau traitée adaptée à l'utilisation finale. Les centrales électriques peuvent être situées dans les régions côtières, à l'intérieur des terres, près des rivières et des lacs, ou dans des endroits utilisant de l'eau potable municipale, des eaux souterraines ou des effluents secondaires traités biologiquement. Les impuretés présentes dans ces différentes sources sont les matières totales en suspension (TSS), les espèces colloïdales telles que la silice, les matières totales dissoutes (TDS) et la matière organique dissoute. La nature et les niveaux respectifs de ces impuretés déterminent l'adéquation de l'eau et les étapes de traitement nécessaires à son utilisation dans une centrale électrique.

La clé de la production d’eau purifiée sur site est l’utilisation de systèmes de processus de filtration membranaire. Les processus de filtration bien reconnus de microfiltration (MF), d'ultrafiltration (UF), de nanofiltration (NF) et d'osmose inverse (RO), illustrés à la figure 1, fournissent chacun des degrés discrets d'élimination des matières en suspension ou colloïdales et, dans les cas de nanofiltration et osmose inverse, rejet d'espèces ioniques dissoutes spécifiques.

Chacun de ces procédés utilise des membranes semi-perméables mais, dans le cas du MF, peut également inclure des filtres en profondeur microporeux.

La production d’eau de haute pureté et ultrapure est essentielle pour répondre aux exigences de fonctionnement des chaudières et des turbines dans l’ensemble du secteur de la production d’électricité.

Les principaux services d'approvisionnement en eau au sein d'une centrale électrique, comme le montre la figure 1, comprennent l'eau d'appoint brute pour l'ensemble de l'usine, l'eau d'appoint de la chaudière pour le circuit eau/vapeur, l'eau de refroidissement du condenseur de la turbine à vapeur et l'eau de refroidissement auxiliaire. D'autres services d'eau qui peuvent être requis, en fonction de l'usine spécifique, comprennent l'eau d'appoint pour les systèmes de désulfuration des gaz de combustion, l'eau pour la manipulation et l'élimination des cendres et, dans le cas des installations à turbine à gaz à cycle simple et combiné, la nébulisation directe de l'eau du air d'entrée de turbine à gaz (compression humide) pour augmenter la puissance et le contrôle des émissions (NOx).

L'eau purifiée est caractérisée par des limites spécifiques en fonction de son utilisation finale. Le paramètre général le plus largement utilisé dans l’industrie et la production d’électricité est celui des matières solides dissoutes totales (TDS). Dans la fabrication d'aliments et de boissons, par exemple, un perméat NF ou RO ayant des niveaux de TDS de 5 à 100 mg/litre est généralement acceptable et pour l'eau d'appoint des tours de refroidissement, les niveaux de TDS peuvent être compris entre 100 et 500 mg/litre.

Cependant, pour les services d'eau pure plus exigeants, tels que l'eau déminéralisée pour les applications de production d'électricité ou la fabrication de dispositifs médicaux, les valeurs de résistivité/conductivité sont les plus pratiques. La capacité de l’eau à conduire l’électricité est déterminée par la concentration d’espèces ionisées dissoutes. L'eau désionisée a une faible conductivité de 0,055 μsiemens par rapport à l'eau de mer ayant une conductivité >50 000 μsiemens.

Par commodité, le paramètre de l'eau ultrapure le plus cité est l'inverse de la conductivité exprimée en mégohms (MΩ), ainsi l'eau déminéralisée avec une conductivité de 0,055 μsiemens a une résistance de 18 MΩ. L'eau ultrapure avec une résistivité de 18 MΩ est généralement spécifiée comme requise pour les applications sévères telles que la fabrication de semi-conducteurs et la production d'eau d'appoint pour les chaudières supercritiques. Pour la plupart des applications d'eau déminéralisée dans les centrales électriques, une eau avec une résistivité >10 MΩ (0,1 microsiemens) est suffisante.