Taux de récupération RO : équilibrer rendement et entartrage

La récupération est limitée par la solubilité des sels laissés en place. À mesure que l'eau part en perméat, le calcium, les sulfates, la silice, le baryum et le strontium se concentrent dans la saumure. L'entartrage par le carbonate de calcium est prédit par l'indice de saturation de Langelier, celui du sulfate de calcium par son propre indice de saturation, et celui de la silice par sa solubilité, qui diminue avec la température. Les garanties des membranes fixent des facteurs de concentration maximaux, et ce sont généralement ces limites, et non la pompe, qui décident de la conception.

Les petits systèmes à élément unique fonctionnent généralement à 50–60%, tandis que les ensembles multi-éléments plus grands atteignent 70–75%. Au-delà, le concentrat devient agressif : à 80% de récupération, le facteur de concentration est de 5 et une eau d'alimentation à 500 mg/L de TDS laisse une saumure à 2,500 mg/L. Chaque point de récupération supplémentaire réduit un peu les eaux usées mais raccourcit l'intervalle entre les nettoyages.

Le facteur de concentration est égal à 1 divisé par (1 − récupération). Il suppose que la membrane laisse passer l'eau mais pas le sel, ce qui est suffisamment proche pour un premier dimensionnement. Le tableau montre l'effet sur une eau d'alimentation à 500 mg/L de TDS. Notez que le passage de 65% à 75% porte la saumure de 2.9 à 4.0 fois l'eau d'alimentation, un écart bien plus important que ne le suggère la variation de dix points de récupération.

La température de l'eau d'alimentation modifie le flux d'environ 3% par °C. Un système donné pour 25 °C et 1,000 L/h délivre environ 700 L/h à 15 °C et 1,150 L/h à 30 °C à pression égale. L'eau froide augmente aussi la viscosité, ce qui accroît la pression nécessaire et peut pousser la pompe à sa limite avant d'atteindre la récupération de conception. La solubilité de la silice diminue avec la température : une récupération de 75% qui fonctionne à 25 °C peut dépasser la limite de silice à 10 °C.

C'est pourquoi la récupération doit être indiquée avec une température. Un skid vendu pour 75% de récupération à 25 °C n'est pas un skid à 75% dans une salle des machines froide d'un site nordique, et le débit de concentrat sera plus élevé que ne l'indique la fiche technique. Concevez sur le mois le plus froid, pas sur la moyenne annuelle.

Une récupération plus élevée relève d'abord du prétraitement, avant d'être une question de pompe. Chaque sel limitant a sa propre réponse, et la conception doit viser le sel qui sature en premier, pas celui qui est le plus facile à éliminer. Un adoucisseur élimine le calcium et le magnésium et relève donc les limites de carbonate et de sulfate ; l'antitartre étend les mêmes limites sans éliminer les ions ; le réglage du pH déplace les équilibres du carbonate et de la silice dans des directions opposées.

Traitez d'abord le sel limitant, puis modifiez l'ensemble. L'adoucissement est la voie la plus fiable : l'élimination du calcium et du magnésium permet 75–85% de récupération sur de nombreuses eaux d'alimentation, au prix d'une consommation de sel et d'un rejet de saumure qui lui est propre. Un ensemble à deux étages est la seconde voie : le concentrat du premier étage devient l'eau d'alimentation du second, si bien que la même eau traverse deux bancs de membranes avant de sortir.

Une récupération plus faible n'est pas un échec. Les petits systèmes de 0.5–2 m³/h fonctionnent généralement à 50–60%, car un ensemble à élément unique ne peut pas concentrer davantage sans entartrage et que le coût d'investissement d'une conception à deux étages est difficile à justifier. Les eaux d'alimentation à forte teneur en silice ou en baryum se situent souvent à 50–65% par nécessité. Les sites où l'eau est bon marché et les limites de rejet strictes peuvent préférer un volume de concentrat plus important à TDS plus faible, plus facile à réutiliser ou à rejeter.

La bonne question n'est pas quelle récupération est possible, mais quelle récupération est économique en tenant compte du coût de l'eau, des redevances de rejet, des produits chimiques de prétraitement, de la main-d'œuvre de nettoyage et du remplacement des membranes. Un système à 75% nettoyé chaque mois peut coûter plus cher qu'un système à 60% nettoyé deux fois par an.

Utilisez des débitmètres étalonnés sur le perméat et le concentrat, ou sur le perméat et l'eau d'alimentation, avec une précision d'environ 2%. Calculez la récupération à partir des deux lectures et comparez-la à la valeur de conception à la même température et à la même pression. Si le débitmètre d'alimentation est absent, perméat divisé par perméat plus concentrat donne le même résultat sans supposer un débit d'alimentation.

Relevez chaque jour la récupération ainsi que la pression, la température et la conductivité. Une baisse de la récupération à pression constante signifie généralement un encrassement ou une vanne partiellement fermée ; une hausse de la conductivité à récupération constante signifie que le passage de sel a augmenté, ce qui indique un endommagement ou une oxydation de la membrane. Aucune de ces tendances n'est visible sur une seule lecture hebdomadaire.