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Osmose inverse et eau industrielle : de nouveaux marchés

31 decembre 2020 Paru dans le N°437 à la page 83 ( mots)
Rédigé par : Patrick PHILIPON

Technologie maintenant bien établie, l’osmose inverse conquiert aujourd’hui de nouvelles niches industrielles. En particulier dans le domaine de l’économie circulaire.

L’osmose inverse (OI) n’est pas à proprement parler une technologie émergente. Utilisée depuis des décennies pour le dessalement de l’eau de mer, elle est également solidement installée sur le marché industriel des utilités, où elle entre en concurrence avec les “déminées” classiques, à base de résines échangeuses d’ions, pour préparer l’eau des chaudières et des tours aéroréfrigérantes (TAR).

Des marchés solides…

« Le marché de l’eau pour chaudière vapeur est mature mais relancé actuellement par les C2E (certificats d’économie d’énergie). Le C2E - Ind-UT-125 (Traitement d’eau performant sur chaudière de production de vapeur) promeut de fait l’osmose inverse » affirme Salvador Perez, dirigeant de Chemdoc Water Technologies. S’il ne porte pas sur une technologie particulière, ce C2E concerne des chaudières de puissance modérée pour lesquelles l’osmose est “incomparablement plus intéressante que la résine”, selon Salvador Perez. « Aujourd’hui, pour la production d’eau “énergie”, les solutions membranaires commencent à remplacer les résines » confirme Philippe Boust, directeur commercial d’Elmatec.
OptiSOFT, application accessible en ligne calcule le bilan complet du cycle de l’eau chaufferie et permet d’établir avec précision les pertes des purges de déconcentration et les économies réalisées.

Pourquoi ce succès ? L’osmose inverse n’exige pas de réactifs (acide et soude indispensables aux “déminées”) donc pas de stockage, avec ce que cela comporte en termes d’installations, de formation du personnel, de contraintes environnementales et de sécurité. Plus besoin non plus de purger les chaudières aussi souvent, donc de gaspiller de l’énergie, ni d’utiliser de grandes quantités de sels de régénération pour l’adoucisseur puisque les membranes peuvent travailler avec un eau dure, moyennant l’ajout de très faibles doses de séquestrants. Il est également inutile de protéger la chaudière avec des produits anticorrosion, antitartre, ou équilibreurs de pH. Les mêmes arguments valent pour la production d’eau de TAR. L’OI a de plus l’avantage de supprimer les bactéries, dont les légionnelles qui posent un véritable problème dans ces tours. Très logiquement, la plupart des fournisseurs sont bien présents sur ce marché : Aquaprox I-Tech, Chemdoc, John Cockerill, BWT, Elmatec, Hydrobios, Polymem, Suez ou Veolia, entre autres, proposent des solutions.

... et d’autres en émergence

L’osmose perce aujourd’hui dans d’autres domaines, par exemple l’industrie agroalimentaire. « Au delà des performances de l’osmoseur en lui-même, ce marché exige des précautions sanitaires particulières » précise Santiago Parent, de Veolia Water Technologies. Conçu selon les règles d’hygiène édictées par l’EHEDG (European Hygienic Engineering and Design Group) le Nurion® de Veolia équipe, entre autres, un leader de la production de lait infantile. Suez propose pour sa part ses osmoseurs BEV Series. Elmatec développe également des solutions Food & Bev. « Les fabricants de boissons sucrées utilisent l’osmose inverse pour obtenir une eau de qualité constante et se débarrasser des sels. Ces derniers tendent à précipiter avec les solutés sucrés, créant des dépôts au fond des bouteilles » explique Philippe Boust, directeur commercial d’Elmatec.
L’alimentation infantile est un cas particulier. « Les taux de chlorates admissibles sont très bas. Les industriels utilisant de l’eau potable du réseau, qui est chlorée, doivent éliminer les chlorates de leur eau ingrédient. Cela a fait émerger une application de l’osmose qui n’existait pas » affirme pour Salvador Perez (Chemdoc). De manière plus générale, la préoccupation croissante pour les micropolluants est en train de créer un nouveau marché pour les techniques membranaires, estime-t-il.
Christophe Le Coq, gérant d’Hydrobios, rapporte pour sa part un “rush” sur l’osmose au printemps 2020. « Durant et après le confinement, beaucoup de laboratoires se sont tournés vers la production de solutions hydro-alcooliques, et avaient donc besoin d’eau purifiée » explique-t-il. Santiago Parent (Veolia) souligne de son côté l’émergence du marché des data centers. Amazon, Google, Microsoft et autres géants de l’informatique construisent en effet d’immenses fermes de serveurs qui exigent de grandes quantités d’eau pure pour leur refroidissement.

Recycler l’eau...

S’il n’existe toujours pas d’incitation financière ou d’obligation réglementaire en France, les industriels se tournent de plus en plus vers la réutilisation d’une partie de leur eau, que ce soit en sortie de process ou de STEP. Et là encore, l’osmose a son mot à dire. « Nous voyons apparaître de plus en plus de projets de réutilisation en France, à la fois pour répondre à des tensions sur la ressource en eau et pour une question d’image des industriels » remarque Marie Poinsot, ingénieure commerciale chez Polymem. « Le re-use est un marché longtemps évoqué sans passage à l’acte, mais de vrais projets émergent aujourd’hui. Avec la sécheresse, beaucoup d’industriels sont désormais confrontés soit à un tarissement physique de leur ressource en eau, soit à des restrictions de prélèvement provenant de la préfecture. Cela bouscule l’immobilisme des autorités et va pousser la France à combler son retard en la matière » espère Salvador Pérez. Il cite par exemple un projet de réutilisation d’eau de STEP chez un industriel de la conserve de légumes, à concurrence de 30 % de sa consommation totale d’eau. « En combinant ultrafiltration et osmose inverse, nous résolvons la question sanitaire et celle des micropolluants. Ce qui était une étude exploratoire est devenu un projet concret suite à une lettre de la préfecture… », explique-t-il. Pour le re-use, Chemdoc a développé une nouvelle gamme d’osmoseurs : R-Oasys.
Le PROflex de Suez dispose d’un grand nombre de configurations pour répondre au mieux aux demandes des clients.

Et de fait, l’activité Reuse est l’un des trois segments de marché d'Aquaprox I-Tech (Industrial Technologies). L’entreprise dispose d'une cinquantaine de références qui recyclent plus de 3.000.000 de m³ par an sur le marché industriel français. Elle a ainsi développé une installation de Reuse pour le compte d’un important industriel qui permet de traiter, puis de réutiliser en tête de process, quelques 15 m³/h d’effluents précédemment envoyés en station d’épuration communale. Le process associe un prétraitement physico-chimique, puis biologique avec des techniques membranaires qui se composent successivement d’une filtration grossière à 10 microns, d’une ultrafiltration et d'une finition sur osmose, ce qui permet de recycler 85 % de l’effluent antérieurement rejeté. « D’un effluent qui partait en station d’épuration communale, le traitement en a fait une eau de process recyclée en tête de process. Les 15 % restants peuvent faire l’objet d’une évapo-concentration qui permet de recycler à nouveau 10-12 % du volume restant vers des eaux d’utilités, le concentrat (3 à 5 %) étant envoyé en centre de destruction », résume Thomas Feron, directeur général.

Réalisé en standard, l’osmoseur d’Hydrobios rencontre un franc succès avec, pour la première fois intégrée, sa nouvelle cartouche Nano ARG d’ultrafiltration au seuil de 0,2 micron pour le modèle en place.  Nano ARG se décline en 2,5 et 4,5 pouces de diamètre et 10; 20; 30; 40 pouces de longueur.

BWT France en a aussi fait un axe stratégique en développant une offre d’essais industriels mobiles destinés au recyclage des eaux industrielles. La solution BWT PLUG & REUSE, dont le format container est mobile, rend possible la réalisation d’un projet pilote à l’échelle industrielle pour constater les potentialités de la stratégie à privilégier. Equipé des dernières technologies d’UF et d’osmose inverse, il permet de remettre un bilan complet des CAPEX/OPEX et d’améliorer les différentes étapes du cycle industriel.

KWI France a également développé une unité de traitement MBCR containerisée, avec sa société sœur ItN Nanovation, fabricant de membranes céramique, pour traiter les eaux usées de manière économique dans l’optique d’une réutilisation de l’eau.
Installation AQUAPROX I-TECH de RE-USE 15 m3/h.

Cette solution membranaire est modulable et offre un avantage économique de par sa durée de vie importante et ses faibles coûts d'exploitation et de maintenance grâce à sa robustesse et l’utilisation limitée des produits chimiques.

Les stations de Salher sont équipées quant à elles de modules d’ultrafiltration à membranes tubulaires hydrophiles renforcées en fibres creuses, permettant ainsi de générer un rétrolavage régulier et de limiter l’écrasement ou l’éclatement.
SIRION TM ADVANCED permet une optimisation des performances en temps réel via la plate-forme cloud ainsi qu’un écran tactile IHM convivial de sept pouces..

« La demande de solutions de re-use est de plus en plus importante » poursuit Samuel Morelle, directeur des ventes France chez Suez Water Technologies & Solutions. La firme a pour cela développé la membrane AG.FR entre autres. « Nous avons optimisé sa construction pour minimiser le colmatage de la membrane, donc les nettoyages, grâce à un prétraitement qui évite également le développement d’un biofilm », précise Kristen Barroso, de Suez Water Technologies & Solutions. Suez travaille actuellement sur une solution de re-use à base d’osmose chez un industriel de l’agroalimentaire. « C’est un marché difficile étant donné la rigueur des normes EDCH (eau destinée à la consommation humaine). Un groupe de travail chez Suez aide les industriels à monter leurs dossiers pour convaincre les autorités sanitaires » souligne Samuel Morelle. Elmatec propose également des solutions de re-use, par exemple dans l’industrie des batteries automobiles.

L’unité de traitement KWI combine un processus de traitement biologique basé sur la technologie MBBR avec une ultrafiltration consécutive sur des membranes plates en céramique.

On peut également récupérer de l’eau dans les fumées, qui sont essentiellement un mélange de vapeur d’eau, de CO2 et de divers polluant. « Nous avons fait le premier projet de ce type en France, sur une centrale de co-génération de Dalkia installée sur un site sucrier et soumise à de fortes contraintes en termes de prélèvement » révèle Salvador Perez (Chemdoc). Tout un nouveau marché s’ouvre ainsi pour l’osmose inverse.

Dans cette optique, le fournisseur de procédés de traitement et de recyclage à base de membranes, Firmus dote son procédé de recyclage des eaux grises d’un simulateur FGWRS® permettant de démontrer l’intérêt du recyclage des eaux grises avec valorisation énergétique en intégrant plusieurs paramètres (consommations d’eau, choix des usages de l’eau recyclée, fréquentation de l’établissement) pour mener des études de sensibilité. Les clients visualisent en temps réel les économies possibles en termes d’eau et d’énergie mais aussi en termes de préservation de la ressource en eau, ce qui est souvent leur priorité.

... ou récupérer des produits

L’eau n’est pas la seule ressource recyclable. « L’osmose inverse intervient aussi, en tant que maillon ou traitement final, dans la récupération de produits jusqu’ici considérés comme des déchets : sels, acides, etc. », explique Kristen Barroso (Suez WTS). Témoin le nouveau système breveté, RO Tower, destiné au traitement d'effluents très fortement chargés et avec des éléments membranaires pouvant travailler au delà des 100 bars.
« Nous pouvons concentrer des effluents salins jusqu’à 15 %, avec un taux de récupération de 95 % », souligne Kristen Barroso.
Salvador Perez (Chemdoc) signale également un “changement de mentalité”, et affirme que l’osmose inverse est systématiquement présente dans les projets de récupération de produits dans les effluents. « Nous avons plusieurs projets en agroalimentaire avec des effluents très sucrés. Si son énorme DCO pose un problème aux STEP, le sucre est un bon carburant pour la méthanisation, ou peut être purement et simplement récupéré. Un de nos clients, industriel de la boisson, Sirops Monin, pourra désormais vendre son concentrat sucré à un méthaniseur, au lieu de payer des sommes importantes pour le dégrader » explique-t-il. En 2019, Chemdoc a aussi remporté un prix de l’innovation pour un procédé à base d’osmose inverse installé sur une centrale nucléaire. « EDF veut récupérer les produits, entre autres l’ammonium, qu’il fait circuler dans ses circuits de refroidissement » explique Salvador Perez.
Pour la réutilisation de l’eau et/ou la récupération de produits dans les effluents, une autre technique membranaire, l’électrodialyse, a également son mot à dire. Elmatec, en particulier, la met en œuvre, seule ou combinée à l’osmose inverse.

L’osmose, seule ou accompagnée

« La plupart du temps, l’osmose inverse est un maillon d’une solution plus complète » affirme Samuel Morelle (Suez). Et de fait, quelle que soit la qualité de l’eau entrant dans l’usine, en particulier sa dureté, un prétraitement est en général nécessaire avant d’en arriver à l’osmose proprement dite. « Tous les skids d’osmose comprennent au moins un “filtre cartouche” en amont pour éviter que des MES pénètrent dans les tubes de pression. Cela diminue la fréquence des arrêts pour nettoyage et augmente la durée de vie des membranes » explique Santiago Parent (Veolia). Charbon, filtration multimédia ou clarification classique peuvent intervenir. De plus en plus souvent, on fait cependant appel à l’ultrafiltration (UF). « Depuis quelques temps, nous installons une cartouche d’UF dans nos systèmes pour protéger nos membranes d’osmose. Cela s’inclut facilement dans le skid sans augmenter son encombrement » rapporte Christophe Le Coq (Hydrobios). Isabelle Duchemin, directrice commerciale et marketing de Polymem, abonde : « le couplage ultrafiltration et osmose inverse est la valeur ajoutée de Polymem. Nous concevons nos skids ainsi depuis le début ». Salvador Perez (Chemdoc) confirme : « nous couplons systématiquement l’ultrafiltration et l’osomose inverse pour des applications un peu délicates comme le re-use ou la récupération des sucres ».
Autre problème récurrent : le matériau des membranes ne supporte pas le chlore. « Les skids possèdent tous, en amont du filtre cartouche, un point d’injection de séquestrant du chlore, en général du métabisulfite de sodium » précise Santiago Parent (Veolia).
Par ailleurs, aussi performante soit-elle, l’osmose inverse ne peut pas produire de l’eau ultrapure ou suffisamment déminéralisée pour alimenter certaines applications très exigeantes. « Dans ces cas, nous la couplons avec un traitement de finition à base de contacteurs membranaires ou d’électro-déionisation (EDI) » explique Salvador Perez (Chemdoc). Ce que confirme Santiago Parent (Veolia) : « aujourd’hui, beaucoup d’applications exigent une EDI en continu après l’OI. C’est le cas des chaudières vapeur, en particulier à haute pression, ou de l’industrie pharmaceutique » . Les unités Terion® de Veolia, pourvues de systèmes d’EDI, s’adressent à ces marchés. Suez combine également OI et EDI dans sa série Pro E-Cell, tout comme Elmatec, avec ses solutions sur mesure combinant OI et techniques d’électro-séparation. 


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