Osmose inverse alimentée par le photovoltaïque pour le traitement des eaux usées

L’osmose inverse pour le traitement de l’eau peut être maximisée avec une consommation d’énergie plus faible en l’alimentant avec du photovoltaïque solaire, selon une étude récente des chercheurs de l’Université Mohammed V à Rabat, au Maroc.

Par rapport aux procédés thermiques, l’osmose inverse peut être utilisée pour éliminer presque tous les contaminants et les polluants dans le traitement de l’eau, à un coût d’investissement moindre, ainsi qu’à un coût global plus faible. Toutefois, ses besoins élevés en énergie ont jusqu’à présent limité la diffusion de cette technologie pour de telles applications. Les pompes à haute pression à osmose inverse nécessitent généralement une consommation d’énergie comprise entre 4 kWh/m³ et 19 kWh/m³, selon la taille des unités industrielles.

Le groupe de chercheurs marocains affirme que la combinaison de l’osmose inverse et de la production d’électricité photovoltaïque peut contribuer à améliorer le rejet des chlorophénols dans le processus de traitement des eaux. Les chlorophénols sont des composés organiques toxiques, incolores et faiblement acides qui sont des contaminants omniprésents dans l’environnement.

Les universitaires ont fait la démonstration d’une unité d’osmose inverse avec un module tubulaire contenant une membrane composite à couche mince en polyamide enroulée en spirale et une pompe à haute pression. Des modules polycristallins et un stockage au lithium-ion ont également été inclus dans la modélisation.

Les chercheurs ont utilisé une méthode de réseau neuronal artificiel (ANN) pour analyser les paramètres de fonctionnement de l’osmose inverse sur le rejet de chlorophénol et la consommation d’énergie. Ces paramètres comprennent le débit d’alimentation, la concentration initiale de chlorophénol, la température, la pression initiale et le taux de récupération de l’eau.

« Les eaux usées fortement chargées en chlorophénol nécessitent une faible pression d’alimentation et un taux élevé de récupération de l’eau, pour éviter ou réduire le phénomène de colmatage des membranes », indiquent les chercheurs.

La fiabilité du modèle ANN a été réalisée à l’aide d’un ensemble de tests basés sur deux grandeurs statistiques. L’une d’elles était le coefficient de corrélation, qui est une mesure statistique de la force de la relation entre les mouvements relatifs de deux variables. L’autre était l’erreur quadratique moyenne (EQM), qui est une mesure d’évaluation du modèle souvent utilisée avec les modèles de régression.

À l’aide de ce modèle, les scientifiques ont calculé la quantité d’eau produite, le rejet de chlorophénol et la consommation d’énergie photovoltaïque.

« Les résultats ont montré que les valeurs optimales obtenues, relatives à une pression d’alimentation de 9,713 atm, un taux de récupération de l’eau de 40%, un débit d’exploitation de 10^-4 m³/s et une température de 40° C pouvaient éliminer 91% du chlorophénol avec une consommation d’énergie de 0,8 kWh/m³ », précisent les scientifiques. « Cette consommation nous a permis de déduire qu’un panneau solaire photovoltaïque d’une puissance crête de 280 Wc et une capacité de batterie de 9,22 kWh est suffisant pour produire 1 m³/jour ».

Toutes ces valeurs sont considérées comme optimales par le groupe de chercheurs, qui affirme que l’osmose inverse pour le traitement de l’eau alimentée par le solaire a un fort potentiel, en particulier dans les pays ensoleillés comme le Maroc.

Lors d’une prochaine étape, les scientifiques prévoient de mener une analyse technico-économique pour évaluer les coûts d’investissement et de fonctionnement du système d’osmose inverse. Ils ont présenté les conclusions de leur étude – « Parametric study to enhance performance of wastewater treatment process, by reverse osmosis-photovoltaic system » -,  récemment publiée dans Applied Water Science.