La Tunisie, située dans une zone semi-aride, possède des ressources en eau limitées. Le dessalement des eaux saumâtres et de l'eau de mer et la réutilisation des eaux épurées commencent à connaître un essor certain en Tunisie. Ils sont appelés à fournir 7 % des besoins en eau en 2030. La capacité nominale de production des eaux dessalées en Tunisie s'élève à 95000 m3/j fin 2002 assurée par 60 unités de dessalement. Cette capacité a plus que doublé entre 1995 et 2002 suite à la réalisation de trois stations de dessalement pour l'eau potable dans la région sud est de la Tunisie. Elle augmentera remarquablement durant les trois prochaines décennies. C?est à partir de 1983 que les techniques de dessalement commencent à être utilisées pour satisfaire les besoins en eau des îles de Kerkennah dépourvues des ressources douces. Dans le but de rénover la station de dessalement de Kerkennah à travers une réhabilitation progressive, un programme technique ambitieux a été arrêté. Après deux ans de réhabilitation, les paramètres de fonctionnement de la station sont très satisfaisants. La station de Gabès mise en service en juin 1995, et après avoir surmonté quelques difficultés rencontrées durant la première année d'exploitation, affiche actuellement des performances qui sont largement meilleures que celles prévues contractuellement. La conception de la station de dessalement de Djerba est identique à celle de Zarzis. La composition de l'eau à dessaler est dominée par des fortes teneurs en sulfates et en chlorures et caractérisée par une dureté élevée et la présence des sulfures pour Djerba. Ce papier va analyser le rendement de quatre stations de dessalement gérées par la Sonede, discuter les actions entreprises pour améliorer leur fonctionnement et présenter les perspectives dans le domaine du dessalement.
La Tunisie, située dans une zone semi-aride, possède des ressources en eau limitées. En effet, le volume disponible d’eau naturelle par habitant et par an sera de 315 m³ à l’horizon 2030 contre 450 m³ en 2002, alors que le seuil minimum établi par les instances onusiennes est de 1000 m³. Toutefois, la Tunisie ne risque pas d’être soumise à des pénuries d'eau grâce à une politique judicieuse de gestion des ressources en eau. Cette politique est basée sur une meilleure connaissance des ressources, la mobilisation de toutes les ressources identifiées, l’économie d'eau, la rationalisation de l'exploitation, l'implication des usagers et le recours aux eaux non conventionnelles.
Depuis 1990, la Tunisie a consacré d’importants investissements pour concrétiser un objectif de taille qui est la mobilisation de 90 % de ses ressources en eau. Mission accomplie. Aujourd’hui, les priorités ont changé. L’économie d’eau vient s'adjoindre à la mobilisation des ressources. Eu égard à la croissance de la consommation et surtout en raison du gaspillage de cette ressource et dans l’objectif d’assurer l’équilibre entre l’offre et la demande à long terme, une stratégie complémentaire d'eau a été arrêtée. Elle est basée sur deux composantes essentielles : rationaliser la consommation en vue de la réduire de 30 % et renforcer à hauteur de 7 % (au lieu de 1 % actuellement) le recours aux ressources non conventionnelles au cours des 30 prochaines années.
La Société Nationale d’Exploitation et de Distribution des Eaux (SONEDE) et dont les attributions consistent en la fourniture de l'eau potable sur tout le territoire tunisien, contribue activement à la mise en œuvre de cette stratégie nationale. La SONEDE, qui compte 1 706 000 clients fin 2002, est chargée de l’exploitation, de l'entretien et du renouvellement des installations de captage, de traitement, de dessalement, de transport et de distribution de l'eau. Elle produit actuellement un million de m³ d'eau quotidiennement.
Le dessalement et la mobilisation des ressources en eau en Tunisie
Le dessalement des eaux saumâtres et de l'eau de mer et la réutilisation des eaux épurées commencent à connaître un essor certain en Tunisie et ils sont appelés à fournir 7 % des besoins en eau en 2030. L'installation des unités de dessalement de faible taille a débuté depuis les années soixante, essentiellement dans les secteurs industriel et touristique. C’est à partir de 1983 que les techniques de dessalement commencent à être utilisées pour satisfaire les besoins en eau des îles de Kerkennah, dépourvues de ressources douces.
La capacité de production d’eau dessalée
La capacité nominale de production des eaux dessalées en Tunisie s'élève à 95 000 m³ fin 2002, assurée par 60 unités de dessalement. Cette capacité a plus que doublé entre 1995 et 2002, suite à la réalisation de trois stations de dessalement pour l’eau potable dans la région sud-est de la Tunisie. Elle augmentera durant les trois prochaines décennies.
Ventilation par usage
Le secteur de l'eau potable accapare à lui seul 59 % de la capacité de
production d’eau dessalée. Le tableau suivant illustre la répartition de la capacité de production par usage :
Les techniques utilisées
Les principales techniques de dessalement, mondialement connues, sont utilisées. Les techniques membranaires sont les plus sollicitées compte tenu des tailles des unités de dessalement et de la facilité de leur mise en œuvre. L’osmose inverse assure 80 % de la capacité de production. Le tableau suivant montre la ventilation de la capacité de production entre les principales techniques de dessalement :
L’expérience de la SONEDE dans le dessalement pour l’eau potable
La SONEDE, qui produit 59 % des eaux dessalées en Tunisie, a entamé l’ère de dessalement des eaux saumâtres par la construction de la station de Kerkennah en 1983. Cette première expérience a été enrichie par la mise en service de la plus grande station de dessalement à Gabès en 1995. La réalisation de deux stations de dessalement de Djerba et Zarzis en 1999 a porté le nombre des stations gérées par la SONEDE à quatre. Toutes ces stations sont basées sur le procédé d’osmose inverse qui est le mieux adapté à l’environnement économique tunisien.
Station de Dessalement de Kerkennah
C’est en 1983 que la Tunisie a réalisé la première station de dessalement destinée à l'eau potable dans l’archipel de Kerkennah. Ce projet a permis de fournir une eau douce de qualité conforme aux normes aux Kerkenniens. Cette station de dessalement de capacité 3 300 m³/j a contribué positivement à l’évolution économique et sociale dans la région. Les eaux saumâtres proviennent de deux forages artésiens qui captent la nappe profonde de Sfax à un niveau de moins 350 mètres. Le résidu sec des forages atteint 3,7 g/l avec une température de 31° et une teneur en fer très élevée dépassant le 0,7 mg/l.
Pré-traitement
Le prétraitement vise à éliminer les matières en suspension telles
que l'hydroxyde de fer. L'indice de colmatage (SDI) doit être inférieur à 2 pour éviter toute répercussion négative sur les modules d'osmose inverse. L'oxydation de fer se fait dans un bassin de 100 m³ par aération intensive. Pour l’élimination des bactéries et des matières organiques, l'eau est traitée par injection du chlore. La station est dotée de quatre filtres à sable permettant la filtration de l'eau et la rétention des hydroxydes de fer et les matières en suspension. Pour l’élimination des particules suspendues dans l'eau de taille supérieure à 1 micron et dans le but de préserver les pompes à haute pression contre tout accident éventuel, l'eau filtrée passe par les micro-filtres. Pour éviter toute précipitation sur les membranes des sels, des sulfates de calcium ou des carbonates de calcium et de la silice, on injecte un séquestrant à l'amont des micro-filtres à raison de 3 mg/l. La H₂SO₄ est injectée pour obtenir un pH = 5,6, valeur optimale pour les modules d'osmose inverse initialement en acétate. Ce pH inhibe aussi la formation du carbonate de calcium sur la surface des membranes.
Osmose inverse
La station de dessalement de Kerkennah est équipée de quatre lignes de production d'eau d'osmose à raison de 830 m³/j, soit un total de 3 300 m³/j. L'eau filtrée est reprise par une pompe de gavage à un débit de 50 m³/h et une pression de 50 mètres. La pompe à haute pression produit une pression d'attaque de 300 mètres pour assurer le fonctionnement des modules d'osmose inverse. La station contient 144 membranes d'osmose inverse enroulées en spirale et fabriquées en acétate de cellulose (avant la réhabilitation). Ces modules sont répartis sur quatre lignes de production composées chacune de deux étages. La saumure du premier étage alimente l'entrée du deuxième étage. Le taux de conversion est de 75 %.
Post-traitement
L'eau produite par l'osmose inverse est caractérisée par la présence du CO₂ qui est éliminé à l'aide de dégazage en premier lieu et par l'ajout de la soude en phase finale. Les saumures représentent 25 % de l'eau brute, avec un RS de 14 g/l. Elles sont rejetées à la mer à moins d'un km de la station. Leur composition chimique ne représente aucun impact négatif sur l'environnement. L'eau osmosée est mélangée avec un volume d'eau filtrée dans un rapport égal au 1/6 pour obtenir une eau potable de salinité comprise entre 1,2 et 1,5 g/l.
Station de Dessalement de Gabès
La station de Gabès a été mise en service en juin 1995 pour satisfaire les besoins en eau potable de la région de grand Gabès, Bouchema, Ouedref, Methouia et El Hamma. Cette région compte 220 000 habitants en 2002. Basée sur le principe d'osmose inverse, la station est conçue pour traiter les eaux saumâtres provenant de la nappe Continentale Intercalaire et la nappe de Djefarra avec une capacité de 22 500 m³/j extensible à 30 000 m³/j. Après avoir surmonté quelques difficultés rencontrées durant la première année d'exploitation, la station affiche actuellement des performances qui sont largement meilleures que celles prévues contractuellement, tant
sur le plan productivité des membranes et le passage en sel que sur le plan maîtrise du coût du mètre cube dessalé.
Description de la station
L'eau brute provient principalement de la nappe CI caractérisée par un résidu sec de l'ordre de 3,2 g/l, dominé par de fortes teneurs en sulfates et par une dureté importante dépassant les 400 mg/l de calcium. Les eaux refroidies dans le réfrigérant de Chott El Fejjij sont parfois mélangées avec les eaux pompées à partir des forages Chenchou captant la nappe de Djeffara et qui sont légèrement plus salines. La température de l'eau d'alimentation de la station varie de 28 °C en hiver à 35 °C en été.
Dès son arrivée à l'entrée de la station, l'eau brute subit une aération intensive pour oxyder le fer et le magnésium et les transformer en hydroxydes. Les 8 filtres à sable retiennent les matières en suspension et ramènent le SDI de la valeur 4 à l'unité. La micro-filtration est poussée davantage par le passage de l'eau à travers un filtre à pré-couche à base de terres diatomées ayant une finesse maximale de filtration de 0,1 micron. Ce filtre est un point fort de la station puisqu’il réduit considérablement le pouvoir colmatant de l'eau. Les filtres à cartouches de 5 microns situés juste en amont de la pompe haute pression lui apportent une sécurité. Le pH de l'eau brute est ajusté à 7,1 par acidification à l'acide sulfurique à 99 % afin d'éviter la formation de dépôts de carbonate de calcium. L'encrassement des membranes par des sels, tels que le CaSO₄, est inhibé par l'injection de faibles doses d'un séquestrant à base de phosphonates. L'ajout de l'hypochlorite de sodium et du bisulfite est caduc depuis 1996, suite à l'avènement du colmatage biologique lors de la première année d'exploitation.
Le post-traitement est limité à une injection de soude liquide jusqu'à l'obtention d’un pH d'équilibre de l'ordre de 9, non nuisible aux ouvrages en béton et à la tuyauterie.
La configuration du système d’osmose inverse
La station comporte trois lignes d'osmose inverse (une quatrième ligne est programmée ultérieurement) de capacité 7 500 m³/j chacune. Chaque ligne d'osmose inverse comprend deux étages. Le premier renferme 42 tubes de pression, le second 24. Le tube de pression abrite 6 modules spiralés en polyamide en série. Le concentrat du premier étage alimente le second. L'eau osmosée, collectée dans deux réservoirs de 2 500 et 5 000 m³ et ayant une salinité inférieure à 200 ppm, est ensuite véhiculée vers les cinq pôles de mélange. Quant à la saumure, elle est rejetée vers la mer sans aucune répercussion négative sur l'environnement.
Les difficultés rencontrées
Deux difficultés majeures ont été rencontrées : le colmatage biologique et l'eutrophisation du bassin d'oxydation et des filtres à sable initialement non couverts.
Le colmatage biologique (biofouling)
Ce phénomène est apparu dès les premiers mois d'exploitation de la
station en 1995. Il s'est manifesté par une recrudescence bactérienne dès que le chlore est éliminé par le bisulfite. Les bactéries provoquent la formation d'un biofilm résistant qui entrave le passage de l'eau à travers les membranes et engendre des pertes de charge élevées au niveau de deux étages. L'exploitant se trouve obligé à procéder à des nettoyages onéreux. La disponibilité de la station a été réduite à 76 %. L'analyse bactériologique réalisée suite à l'autopsie d'une membrane a montré la présence massive des bactéries sur la surface de la membrane et sur l'espaceur. L'analyse chimique du dépôt a révélé qu'il contient 93 % de la matière organique.
Les prospections effectuées ont montré que les rares bactéries présentes dans l'eau et qui ont échappé à l'action du chlore procèdent à une activité biologique intense. Elle est favorisée par des conditions propices, notamment l'abondance de la nourriture constituée par des composés organiques assimilables. Ces composés sont les produits de l'oxydation de la matière organique par le chlore. D'où l'idée de priver les bactéries de leurs nourritures moyennant la suspension de la javellisation. Le résultat était spectaculaire depuis octobre 1996, date de l'arrêt de la désinfection (figure 1).
La fréquence de nettoyage était d'une fois par ligne toutes les trois semaines. Depuis la maîtrise du biofouling en 1996, aucun nettoyage n'a été effectué. Le gain en produits chimiques est important. La disponibilité de la station est redevenue entière et le taux de conversion a été augmenté de 65 % au taux contractuel de 74 % à partir de décembre 1996.
Le problème d’eutrophisation
La deuxième difficulté est née de la résolution de la première. La chloration discontinue a engendré une prolifération des algues dans le bassin d'oxydation et les filtres à sable qui n'étaient pas couverts. Ce développement algal, quoi qu'il n'ait pas gêné directement le fonctionnement des membranes, a affecté négativement l'opération de filtration et a augmenté la fréquence de lavage des filtres à sable. Une importante biomasse verte flottait à la surface et adhérait sur les parois des ouvrages. Comme toutes les chlorophycées, la prolifération de ces algues exige des conditions nutritionnelles particulières et surtout une source lumineuse continue pour achever le processus de la photosynthèse. Pour éliminer une telle prolifération, la solution raisonnable était de couvrir le bassin d'oxydation et les filtres à sable sur une superficie de 400 m² pour empêcher totalement le passage de la lumière solaire. Cette opération a été réalisée en 1999. Le succès a été total.
Station de Dessalement de Zarzis
La station de dessalement de Zarzis, de capacité 15 000 m³/j, a été
mise en service en août 1999. Elle utilise le même procédé membranaire d'osmose inverse que les deux premières stations de dessalement de Kerkennah et Gabés. La configuration du système d'osmose inverse de ces trois stations comporte deux étages à rejet en série. Cependant, la conception de la station de Zarzis (ainsi que la station de Djerba) comporte deux nouveautés. Elles consistent dans l'insertion d'une pompe booster entre les deux étages et l'entraînement des pompes haute pression et booster par des moteurs à vitesse variable. L'objectif essentiel est l'économie de l'énergie électrique et l'adaptation des paramètres d'exploitation à la qualité réelle de l'eau brute. La capacité initiale à la conception était de 12 000 m³/j et a été amenée après une année de fonctionnement à 15 000 m³/j en ajoutant d'autres modules à chaque ligne et en adaptant les pressions d'attaque. La même opération a été réalisée dans la station de dessalement de Djerba.
Présentation de la station de dessalement de Zarzis
La construction de la station de dessalement de Zarzis s'intègre dans un grand projet de renforcement et d'amélioration de la qualité des eaux distribuées dans le Gouvernorat de Médenine et Tataouine et notamment dans la région de Zarzis et l'île de Djerba.
L'eau brute provient d'un réseau de collecte comportant 8 forages captant la nappe de Mio-Pliocène de Djeffara. L'analyse chimique de l'eau, dont la température avoisine 30 °, fait apparaître la dominance d'un faciès sulfaté-chloruré sodique. La salinité d'eau s'élève en moyenne à 6 g/l. Elle est le double de celle traitée auparavant dans les stations de dessalement de Kerkennah et Gabés.
Le pré-traitement comporte une oxydation des métaux par aération, une décarbonatation et décantation, une filtration sur filtres à sable, un ajustement du pH, une micro-filtration et l'injection d'un séquestrant pour inhiber les dépôts des sels. Le post-traitement consiste en une opération de dégazage et une augmentation de l'alcalinité par l'ajout de la soude. La station comporte trois lignes d'osmose inverse de capacité unitaire 5 000 m³/j. L'eau filtrée est injectée dans le bloc d'osmose inverse en trois phases. En première étape, l'eau est reprise par une pompe de gavage et refoulée à un débit de 278 m³/h et une pression de 80 m. Dans la deuxième phase, une pompe haute pression commandée par un variateur de vitesse fournit la pression nécessaire au fonctionnement des modules d'osmose inverse. La pression d'attaque avoisine les 150 mètres. En dernière phase, une pompe inter étage, de pression de refoulement de 50 mètres et à vitesse variable, est intercalée entre le premier étage et le second. La station est équipée par 756 modules spiralés en polyamide type Hydranautics (CPA3). Chaque ligne est divisée en deux étages. Le premier comporte 28 tubes de pression et le second 14. La saumure du premier alimente l'entrée de deuxième étage. Le taux de conversion adopté est de 75 %.
Une nouvelle conception
Dans un système RO d'eau saumâtre à deux étages, la salinité de l'eau à dessaler dans le premier étage est moins élevée que dans le second étage, alors que la pression nette d'attaque est plus impor
tante dans le premier étage que dans le deuxième. Cette difficulté est traitée dans un système RO traditionnel, par l'application d'une contre-pression côté permeat du premier étage en agissant sur une vanne. Cette contre-pression doit être compensée par la pression d'entrée. Ceci induit une perte d'énergie non négligeable. Une solution alternative consiste dans l'insertion d'une pompe booster entre les deux étages. L'avantage de cette approche est le gain d'énergie en plus de la meilleure répartition de débit de permeat et de passage en sel.
Justification du choix des variateurs de vitesse
Les pompes d'un système d'osmose inverse sont dimensionnées en tenant compte, d'une part d'un colmatage éventuel des membranes et d'autre part d'une augmentation de la salinité de l'eau brute. Généralement, une marge de sécurité dans la hauteur manométrique de la pompe est considérée. Au démarrage, on est dans l'obligation de réduire l'ouverture de la vanne d'entrée de la ligne d'osmose inverse pour compenser le surdimensionnement des caractéristiques de la pompe. Ceci induit une perte d'énergie. Pour pallier cette perte, il a été décidé d'entraîner les pompes haute pression et booster de la station de dessalement de Zarzis par des moteurs électriques à vitesse variable commandés avec des variateurs de vitesse en agissant sur la fréquence de la tension appliquée. Ce choix est devenu opportun suite aux progrès enregistrés dans la fabrication des variateurs de vitesse, tant sur le plan encombrement que sur le plan des prix. L'adaptation des vitesses des pompes du système d'osmose inverse aux caractéristiques exigées par le procédé permet d'éviter les pertes dans l'étranglement des vannes. Le gain énergétique dans la station de dessalement de Zarzis dû à cette amélioration est estimé à 12 % durant les premières années d'exploitation.
Station de Dessalement de Djerba
L'île de Djerba, bien ancrée dans l'histoire et qui compte 150000
habitants, connaît un essor économique et social rapide fondé sur le tourisme et le développement agricole. Les ressources disponibles ne suffisent plus pour subvenir aux besoins de la région qui souffre de la rareté des ressources d’eau douce mais qui dispose d'un potentiel important d'eau saumâtre. La construction de la station de dessalement de capacité initiale 12 000 m³/j, dont les travaux ont débuté en 1997, est une solution rentable qui permet de mobiliser des ressources saumâtres renfermant une importante quantité de sulfures. Ces sulfures nécessitent un traitement élaboré. Quatre techniques ont été essayées en coordination avec le constructeur pour maîtriser les sulfures. La station dispose alors de plusieurs alternatives pour dessaler les eaux saumâtres de la nappe Mio-pliocène.
Présentation de la station
La conception de la station de dessalement de Djerba est identique à celle de Zarzis. La composition de l'eau à dessaler est dominée par de fortes concentrations en sulfates et en chlorures et caractérisée par une dureté élevée. Lors de la création des forages près de la faille de Gallala, il a été décelé une quantité considérable de sulfures dans l'eau brute. La teneur en mg/l par forage varie de 10 à 30.
La problématique
L'eau sulfurée en contact avec de l'oxygène de l'air dans le bassin d'oxydation prend un aspect laiteux, témoignant de la présence de soufre élémentaire sous forme de colloïdes très difficiles à floculer et à retenir sur les filtres à sable ou sur les filtres à cartouches. Les essais préliminaires effectués dans la station de dessalement de Djerba sans l'utilisation des décanteurs ont montré qu'il est très difficile d'avoir un SDI acceptable et compatible avec les membranes d'osmose inverse. Quand le soufre élémentaire arrive à la surface des membranes, un encrassement irréversible se produit. Le traitement basé sur une élimination du soufre colloïdal par procédé classique de coagulation et filtration s'est avéré peu efficace. La station de dessalement de Djerba est dotée d'un pré-traitement consistant et souple.
Les solutions préconisées
Il existe deux catégories de techniques pour éliminer les sulfures d'hydrogène : les procédés aérobie et le procédé anaérobie.
Les procédés aérobie
Trois voies ont été examinées et explorées dans cette catégorie :
- * éliminer le H₂S par dégazage à l'entrée de la station ;
- * précipitation des sulfures par les sels de sulfates et décantation ;
- * oxydation de dérivés soufrés et décantation.
Les essais effectués pour étudier l’opportunité des deux premières voies n’étaient pas concluants. La troisième alternative a été testée dans la station de dessalement de Djerba. La station a fonctionné en aérobie pour une période d'essai de trois mois avec un pré-traitement qui consiste en une aération d'eau brute accompagnée d'une décarbonatation à la chaux et suivie d'une décantation et d'une filtration sur des filtres à sable. L'eau brute traitée contenait 11 ppm de dérivés soufrés. L'élimination du soufre élémentaire qui se forme après oxydation se fait soit par adsorption sur les particules de CaCO₃ produites par la décarbonatation, soit lors de la phase de décantation où la majeure partie du soufre est précipitée avec la boue carbonatée. Une petite quantité de soufre peut traverser les filtres à sable et les filtres à cartouches et atteindre probablement les membranes. La turbidité à la sortie des décanteurs variait entre 20 et 40 NTU. Le pH de la décarbonatation se situait autour de 10,2.
Presentation of the plant
The Djerba desalination plant is identical in design to the Zarzis plant. The composition of the feedwater is dominated by heavy concentrations of sulphates and chlorides and is characterised by a high degree of hardness. During drilling operations near the Gallala fault, high levels of sulphurs were detected in the raw water. Concentrations from one borehole to another varied from 10 to 30 mg/l.
Problems encountered
When the sulphurous water comes into contact with oxygen in the air in the oxidation basin it takes on a milky appearance reflecting the presence of elemental sulphur in the form of colloids that are very difficult to flocculate and to retain in sand filters or on cartridge filters. Preliminary trials in the Djerba desalination plant without the use of settling basins showed that it is very difficult to have an acceptable SDI compatible with reverse osmosis membranes. When the elemental sulphur comes into contact with the surface of the membranes irreversible clogging occurs. Treatment based on elimination of colloidal sulphur by the classic coagulation and filtration process did not prove to be effective. The Djerba desalination plant is equipped with a pre-treatment that is flexible and gives consistent results.
The recommended solutions
There are two categories of techniques to eliminate hydrogen sulphide: aerobic and anaerobic.
Aerobic technique
In this first category three methods were examined and explored:
- * elimination of H₂S by degasification at entry to the plant;
- * precipitation of sulphurs by sulphate salts and sedimentation;
- * oxidation of sulphur compounds and sedimentation.
Trials to determine whether the first two methods were appropriate were inconclusive. The third alternative was tested in the Djerba desalination plant. The plant operated aerobically for a trial period of three months with a pre-treatment consisting of aeration of the raw water accompanied by lime softening and followed by sedimentation and filtration through sand filters. The treated raw water contained 11 ppm of sulphurous compounds. Removal of the elemental sulphur that formed after oxidation was either by adsorption on particles of CaCO₃ produced by carbonate removal or by a phenomenon occurring in the sedimentation phase where the majority of the sulphur was precipitated with the calcium carbonate sludge. A small amount of sulphur could pass through the sand filters and cartridge filters and probably reached the membranes. Turbidity at the exit of the settling basins varied between 20 and 40 NTU. The pH of carbonate removal was in the region of 10.2.
après oxydation se fait soit par adsorption sur les particules de CaCO3, produit par la décarbonatation, soit par un phénomène d’entraînement dans la phase de décantation et dans laquelle la majorité du soufre précipite avec la boue de calcaire. Une faible quantité de soufre peut passer aux filtres à sable et aux filtres à cartouches et probablement atteindre les membranes. La turbidité à la sortie des décanteurs oscille entre 20 et 40 NTU. Le pH de décarbonatation avoisine 10,2. Le rendement de ce procédé est influencé par plusieurs facteurs notamment la teneur en boue dans le décanteur, la fréquence des purges, le pH de décarbonatation et la qualité de la chaux utilisée. Lors des essais, il était très difficile de stabiliser les paramètres de fonctionnement de la station. Il a été décidé alors d'abandonner cette piste.
Le procédé anaérobie
Il consiste dans le maintien de la ligne de pré-traitement et d'osmose inverse dans les conditions anaérobies sans aucun contact avec l'oxygène ou un autre oxydant. Le pH est ajusté de telle façon à favoriser la formation du gaz H2S qui traversera aisément les membranes et se trouvera aussi bien dans le perméat que dans la saumure. Le H2S présent dans l'eau osmosée est facilement strippé. Le gaz dégagé est neutralisé par la soude concentrée. Des précautions sont prises pour respecter les normes et la réglementation en matière de concentrations des sulfures dans l'air ambiant et dans le rejet. Ce procédé est largement utilisé dans les stations traitant des eaux sulfureuses notamment en Floride aux USA.
Il a été testé sur la ligne n° 1 de la station durant deux mois en 2001. L'eau brute contenant 11 ppm de H2S est refoulée directement sans contact avec de l'air vers le bloc d'osmose inverse après passage sur les filtres à cartouches. Le pH d'entrée est ajusté à 5,5. Le SDI s'est stabilisé aux alentours de 0,2. Le gaz H2S, strippé en aval de la ligne d'osmose, est neutralisé par une circulation de la soude concentrée. Les traces résiduelles des sulfures dans l'eau produite sont transformées en sulfates pH = 8,5 par l'injection de l'eau de javel. La dose d'acide sulfurique à l'entrée est de 90 ppm/l.
Durant la période d'essai, une légère augmentation de la perte de charge au niveau du premier étage a été constatée. Elle a été rétablie après le nettoyage des modules. Le suivi des paramètres d'exploitation laisse penser que ce procédé s'adapte bien au traitement des eaux sulfureuses. Toutefois, des améliorations peuvent être apportées notamment au niveau de la micro-filtration, la corrosion et surtout la mise en place des instruments qui peuvent déceler les moindres fuites de H2S. Le sulfure d'hydrogène est un gaz toxique. L'air qui en contient 15 mg/m³ (10 ppm) peut provoquer une intoxication qui se manifeste par quelques troubles légers.
L'expérience de la SONEDE pour la mise à niveau des stations
Augmentation de la capacité de la Station de Gabès à 25 500 m³/j
Le fonctionnement très satisfaisant de la station de dessalement de
Gabés n'a pas empêché de réfléchir comment améliorer davantage son rendement et optimiser l'installation.
Selon les différentes simulations de fonctionnement de la station effectuées à un taux de conversion de 74 %, il est possible d'augmenter la capacité d'une ligne de 7 500 m³/j à 8 500 m³/j sans prendre un risque sérieux, grâce à la marge de sécurité prise lors de la conception de la station. Les conditions recommandées par le constructeur des membranes sont minutieusement respectées.
Les essais effectués sur la ligne 1 en 1997 étaient concluants. Cette capacité variable a introduit une souplesse considérable dans l'exploitation de la station. Au lieu de démarrer une nouvelle ligne, il suffit d'augmenter la capacité de la ligne en service par une simple manœuvre en modifiant les consignes de régulateurs des vannes d'entrée et de rejet. Cette extension de capacité retarde l'engagement des investissements de la quatrième ligne au-delà de 2002. La figure 2 illustre la quasi-stabilité de la salinité des eaux produites même après l'extension.
Réhabilitation de la station de Kerkennah
Problématique
La station de dessalement de Kerkennah a assuré convenablement sa mission durant les premières années après sa mise en service en 1983. Cependant, il a été constaté durant ces dernières années une diminution remarquable dans son rendement, causée par l'amortissement des équipements et surtout la réduction de la durée d'exploitation des membranes en acétate de cellulose et la fréquence élevée de leur remplacement. La courte durée de vie des membranes s'explique par la difficulté de réunir les conditions exigées et convenables pour un bon fonctionnement des modules. Elle s'explique par l'instabilité du pH, nécessaire pour éviter le phénomène d'hydrolyse, et aussi par l'inefficacité de l'opération de conservation des membranes suite à un arrêt de la production. En outre, la présence d'une importante concentration de fer dans l'eau brute a entravé l'amélioration du rendement de la phase de pré-traitement en aérobie. En effet, les particules colloïdales telles que l'hydroxyde de fer (Fe(OH)₃) sont à l'origine de l'augmentation de l'indice de colmatage SDI.
Solutions adoptées
Dans le but de rénover la station de dessalement de Kerkennah à travers une réhabilitation progressive, un programme technique ambitieux a été arrêté. Il est basé essentiellement sur un nouveau procédé
utilisant la technique de fonctionnement en anaérobie et l'usage de membranes d'osmose inverse spiralées en polyamide de haut rendement et d'efficacité incontestable prouvée par les expériences vécues. Comparées aux modules d'acétate de cellulose sur le plan consommation d'énergie, la membrane en polyamide ne demande que la moitié de la pression d'attaque nécessaire pour la production d'eau osmosée. D’où un gain considérable d'énergie électrique. D'autre part, la qualité d'eau osmosée produite est largement meilleure que celle produite par l'acétate. (plan pH - REDOX).
Pourquoi le procédé anaérobie ?
Le procédé anaérobie consiste dans le passage de l'eau saumâtre directement du forage artésien vers les membranes d'osmose inverse sans aucun contact avec l'oxygène de l'air. L'avantage essentiel de ce procédé est le fait de maintenir l'équilibre d'eau saumâtre intact et de sauvegarder sa stabilité et éviter ainsi les risques des réactions chimiques avec l'oxygène de l'air.
Le fer soluble sous la forme Fe²⁺ se transforme en Fe³⁺ en présence d'un oxydant. La figure 3 montre que le fer présent dans l'eau brute en concentration élevée demeure soluble sous la forme Fe²⁺ tant que le potentiel redox est négatif et le pH de la saumure est inférieur à 6,5. Ceci engendre un indice de colmatage inférieur à l'unité (SDI < 1), condition idéale pour le fonctionnement des modules d'osmose inverse.
L'utilisation des modules en polyamide
La ligne 3 de la station a été équipée par des modules en polyamide en mai 2001 et la ligne 4 l'a été en juillet 2001. Ainsi, la station possède deux lignes qui fonctionnent avec des membranes en acétate de cellulose et deux autres lignes en polyamide.
Résultats satisfaisants
Le tableau suivant illustre une comparaison entre les indicateurs d'exploitation de deux types de modules :
| Indicateur |
| Pression d'attaque : 300 mètres (acétate) / 160 mètres (polyamide) |
| Taux de conversion : 75 % (acétate) / 75 % (polyamide) |
| Salinité eau osmosée : 420 mg/l (acétate) / 100 mg/l (polyamide) |
| pH : 5,6 (acétate) / 6 (polyamide) |
| Capacité de la station : 3 600 m³/j (acétate) / 4 700 m³/j (polyamide) |
| Énergie kWh/m³ osmosé : 2,0 (acétate) / 1,1 (polyamide) |
Performances obtenues
Après deux ans et quelques mois de fonctionnement avec le nouveau procédé, les performances suivantes sont obtenues :
- Réduction de la pression d'attaque nécessaire pour produire de l'eau osmosée de 300 mètres à 160 mètres.
- Économie d'énergie électrique de 46 %.
- Réduction de la salinité de l'eau produite à moins de 100 mg/l.
- Économies sur la consommation de produits chimiques, par exemple suppression de l'utilisation de ...
* Réduction de la pression d'attaque nécessaire à la production d'eau osmosée de 300 mètres à 160 mètres.
* Économie d'énergie électrique de 46 %.
* Diminution de la salinité de l'eau produite à moins de 100 mg/l.
* Économie dans la consommation des produits chimiques tels que l'abandon du dosage du javel.
* Unification de l'utilisation des membranes et des produits chimiques pour toutes les stations de dessalement gérées par la SONEDE.
Diminution du coût du mètre cube osmosé de 25 %
Le coût de mètre cube osmosé produit par la station de dessalement de Kerkennah a atteint ces dernières années 760 millimes. Suite à la maîtrise de la consommation d'énergie électrique, à l'abandon de l'utilisation de certains pompages, à l'exploitation de l'artésianisme du forage d'eau brute, à l'économie dans la consommation des produits chimiques et à l'augmentation de la durée de vie de membranes, il est attendu que le coût de production d'un mètre cube diminuera de 25 %.
Perspectives du dessalement en Tunisie
Le dessalement est appelé à continuer à assurer un rôle important dans la mobilisation des nouvelles ressources en eau en Tunisie ainsi que l'amélioration de la qualité des eaux potables notamment dans le sud tunisien. Le développement du dessalement intéressera en premier lieu les secteurs industriel et touristique mais surtout le domaine de l’eau potable qui a drainé durant le dixième plan à lui seul des investissements s’élevant à 65 millions de dinars. Les projets retenus concernent l’extension de la capacité de la station de dessalement de Gabès à 30 000 m³/j par la réalisation de la quatrième ligne, la création d'une deuxième station de dessalement d’eau saumâtre à Djerba de capacité 5 000 m³ en attendant la construction d'une station de dessalement d’eau de mer dans l'île. Un autre projet ambitieux est inscrit dans le Xe plan et vise à améliorer la qualité de l'eau potable dans quatorze villes et localités situées dans le sud tunisien. D’autre part, un avis de marché de service a été lancé pour l'étude technico-économique pour la mise en œuvre du projet de dessalement d’eau de mer à Djerba et pour la préparation d'une mise en concession. Ce marché a pour mission la caractérisation technique du projet, l'étude d’opportunité et l’analyse des différentes formes de concession et le montage institutionnel de la forme de concession et analyses des risques.
Synthèses et conclusions
Les techniques membranaires contribuent amplement dans la valorisation des eaux saumâtres dans le sud de la Tunisie en renforçant les ressources en eau dans une région où l'eau douce est rare et en améliorant la qualité d’eau distribuée dans plusieurs villes. La SONEDE a acquis et continue à acquérir une grande expérience dans le dessalement des eaux saumâtres par osmose inverse. Les membranes en polyamide présentent une meilleure stabilité, un meilleur taux de rejet des sels et surtout une faible consommation spécifique en énergie électrique comparée avec les membranes en acétate de cellulose.
qui demandent une pression d’attaque importante et qui sont menacées par le phénomène d’hydrolyse. D’autre part, les modules en acétate sont difficiles à conserver dans le formol et voient leurs performances se dégrader après chaque opération de conservation, alors que les membranes en polyamide sont conservées dans le bisulfite sans difficultés, voire avec un impact positif sur l’élimination du fer déposé sur la surface des membranes.
Le pré-traitement conditionne la longévité des membranes. Il doit être le plus simple possible et doit faire intervenir le minimum de produits chimiques. Il est vivement souhaitable d’obtenir un SDI des eaux filtrées inférieur à l’unité si l’on désire maintenir les membranes en production pour une longue durée. Les 1 188 modules en polyamide de la station de dessalement de Gabés présentent toujours de très bonnes performances après huit années d’exploitation. Il est conseillé d’éviter l’utilisation dans le pré-traitement d’hypochlorite de sodium, responsable du colmatage biologique des membranes.
La consommation spécifique en énergie avoisine 1,2 kWh/m³ dans les trois stations de dessalement de Gabés, Zarzis et Djerba quoique la salinité d’eau brute soit de 6 g/l à Djerba et Zarzis. Cette salinité est le double de celle de la station de Gabés. Ceci s’explique par l’insertion des pompes booster entre les deux étages des stations de Djerba et Zarzis et l’utilisation de variateurs de vitesse pour les moteurs.
Le coût moyen des investissements au prix de 2001 rapporté au m³/jour installé des quatre stations de dessalement réalisées par la Sonede est de l’ordre de 1 000 dinars tunisiens. Il comporte les frais des équipements hydromécaniques, de l’instrumentation, des membranes, du génie civil et des études pour une salinité comprise entre 3,2 g/l et 6 g/l. Ce coût pourrait être réduit davantage moyennant l’optimisation du génie civil et la simplification des traitements chimiques.
Le coût d’eau dessalée ne prend pas en compte le coût de l’eau brute à l’entrée des stations de dessalement. Il est constitué par l’ensemble des charges courantes d’exploitation (énergie, produits chimiques, entretien...), les amortissements et les charges financières. Le coût du m³ dessalé produit par la Sonede durant 2001, pour un taux d’actualisation de 10 %, est estimé à 0,700 DT/m³ dont la structure se présente comme suit :
Composition du coût du m³ dessalé par la Sonede en 2001
| Désignation | Salaires | Énergie | Prod. chimiques | Autres | Amortissement | Total |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DT/m³ | 0,020 | 0,085 | 0,0335 | 0,160 | 0,400 | 0,700 |
| % | 2,8 % | 12,1 % | 5 % | 22,9 % | 57,2 % | 100 % |
1 DT = 0,70 euro au 1/1/2001
Notons que le prix de revient global du m³ vendu par la Sonede en 2002 est de 0,419 DT, dont l’amortissement représente uniquement 23,4 % contre 57,2 % pour le coût du m³ dessalé. Il est important d’optimiser les nouvelles stations et de réduire les frais de réalisation.
