Autopsie d’une membrane d’osmose inverse usagée prélevée dans le Parc National du Banc d’Arguin (PNBA) en Mauritanie : cas d’étude de Teichitt Autopsy of an old reverse osmosis membrane from Mauritania: case study of Teichitt

Résumé

L’objectif de ce travail est d’étudier l’état de vieillissement d’une membrane d’osmose inverse (OI) usagée prélevée en Mauritanie sur une unité de dessalement installée par la coopération canarienne à Teichitt dans le parc national du banc d’Arguin et de lui appliquer une démarche d’autopsie. L’usure de la membrane est caractérisée par une augmentation significative de la perméabilité hydraulique (25 % d’augmentation) et une diminution de la rétention en sels (10 % à 30 % de diminution). Un modèle de transfert de matière de type diffusion-convection permet de montrer l’augmentation du caractère convectif du transfert, lorsque la pression transmembranaire augmente et en particulier au-delà de 15 bars. Ainsi, l’usure de la membrane d’OI induit son rapprochement vers un transfert de matière combiné de solubilisation-diffusion/convection, typique d’une opération de nanofiltration (NF). L’analyse topographique par AFM de la surface de la membrane usagée en comparaison de la membrane neuve laisse apparaître des « cavités » à plusieurs endroits de la surface usagée traduisant la dégradation physique de celle-ci. De plus, la rugosité de surface de la membrane usagée avec 74 nm est apparue supérieure à celle de la membrane neuve avec 54 nm, ce qui nous informe de la présence de matières colmatantes, dont la nature reste encore à déterminer. Par contre, l’étude de la dégradation chimique des membranes usagées et neuves par la détermination de leur point isoélectrique (PIE) à partir d’une mesure de potentiel d’écoulement transmembranaire ne montre pas de modifications significatives de ce paramètre (PIE = 2,5), preuve de la non-dégradation chimique interne de la membrane. Enfin, les résultats d’une étude statistique préliminaire sont présentés. Celle-ci consiste à évaluer l’hétérogénéité de l’usure en matière de perméabilité hydraulique et de rétention d’une solution de NaCl 0,1 M à 15 bars et 19 °C, pour six coupons différents pris sur les trois feuilles de membranes constituant le module d’osmose inverse usagé. Une tendance se dégage, elle montre en particulier que l’usure est hétérogène, non seulement au sein d’une même feuille de membrane, mais aussi au sein des différentes membranes constituant le module. En résumé, il est observé pour la première fois qu’une vieille membrane d’OI employée pendant deux années pour le dessalement d’eau de mer, dans les conditions d’utilisation sahariennes en Mauritanie (sans pré-traitements), acquiert une microporosité qui lui confère les propriétés d’une membrane de nanofiltration.

Mots-clés :

• Membrane,
• osmose inverse,
• eau de mer,
• vieillissement,
• autopsie,
• nanofiltration

Abstract

Currently used reverse osmosis (RO) membranes from desalination units are burned at the end of their life as membranes for seawater desalination. In the future, a possible alternative would be to reuse the old RO membranes as nanofiltration (NF), ultrafiltration (UF) or microfiltration (MF) membranes, i.e. for wastewater treatments, but before reuse, the level of RO membrane degradation must be evaluated by autopsy studies.

Our goal in the present study was to demonstrate for the first time that a used RO membrane could be used for nanofiltration. The used RO membrane was purchased from a desalination bench scale unit based in the town of Teichitt (in north-west Nouakchott, Mauritania). Membrane autopsy studies showed an increase in its hydraulic permeability (25%) and a concurrent decrease in its salt rejection behaviour (10% to 30%). We also studied the modification of mass transfer before and after ageing, and demonstrated the onset of a convective component in the mass transfer of salts and an increase in membrane hydraulic permeability. Furthermore, the determination of the isoelectric point (IEP) of the membrane, using streaming potential measurements across the membranes, showed no change in IEP, with a value of 2.5 ± 0.2 . A preliminary study, based on a statistical evaluation of membrane degradation from hydraulic permeability and salt rejection experiments, showed heterogeneous wear of the membrane (most important in the centre). Finally, we observed for the first time that after two years of use for desalination, a used RO membrane had acquired a microporosity that corresponded to the properties of a new NF membrane.

Keywords:

• Membrane,
• reverse osmosis,
• seawater,
• ageing,
• autopsy,
• nanofiltration