Relation entre le volume de perméat et la température de l'eau dans le fonctionnement de l'osmose inverse (OI)
La température de l'eau à l'entrée est l'un des paramètres de fonctionnement les plus importants et les plus directs qui affectent le volume de perméat d'une pompe. Système ROÀ pression d'eau d'entrée constante, plus la température de l'eau d'entrée est élevée, plus le volume de perméat du système d'osmose inverse est important ; inversement, plus la température de l'eau d'entrée est basse, plus le volume de perméat est faible. Il ne s'agit pas d'une simple augmentation linéaire, mais son impact est considérable. Les principes scientifiques sous-jacents reposent principalement sur les deux points suivants :
1. Changements de viscosité de l'eau
C’est la raison principale. Les molécules d’eau sont plus fortement liées entre elles à basse température, ce qui entraîne une faible fluidité et une viscosité accrue. L’eau froide à haute viscosité doit surmonter une plus grande résistance pour traverser les pores extrêmement petits (environ 0,0001 micromètre) de la structure. Membrane Ro, ce qui ralentit naturellement le débit et réduit le volume de perméat par unité de temps.
À l'inverse, lorsque la température augmente, les molécules d'eau deviennent plus actives, leur viscosité diminue et elles deviennent plus « glissantes », ce qui leur permet de traverser plus facilement et plus rapidement les pores de la membrane, augmentant ainsi le volume de perméat.
2. Modifications des propriétés des matériaux de la membrane
La membrane d'osmose inverse (généralement un matériau composite en polyamide) est sensible à la température. Une augmentation de température provoque une légère dilatation de la structure poreuse de la membrane polymère, ce qui ouvre légèrement les pores. Cela réduit la résistance à l'eau et augmente ainsi le débit de perméat.
Dans la conception et le fonctionnement des systèmes d'osmose inverse, un concept crucial est le facteur de correction de température (TCF).
Le débit de perméat nominal d'un système d'osmose inverse est généralement basé sur une température d'eau d'alimentation standard, le plus souvent 25 °C. La relation entre le débit de perméat réel et le débit de perméat standard peut être calculée à l'aide d'une formule empirique :
Débit de perméat réel = Débit de perméat standard × TCF
Le TCF est généralement calculé à l'aide d'une formule exponentielle, généralement sous la forme :
TCF = exp[K × (1/(273+T) - 1/298)]
Où T est la température réelle de l'eau d'alimentation (°C), K est une constante liée au matériau de la membrane (généralement entre 2000 et 3000), et 298 est la température Kelvin (273+25) correspondant à la température standard de 25°C.
En règle générale, en prenant 25 °C comme référence, pour chaque degré Celsius de baisse de température, le débit de perméat diminue d'environ 2 à 3 %. Inversement, pour chaque degré Celsius d'augmentation de température, le débit de perméat augmente d'environ 2 à 3 %.
Impact de la température de l'eau sur le fonctionnement du système et contre-mesures
Débit d'eau insuffisant en hiver : c'est le problème le plus fréquent. Les basses températures de l'eau en hiver entraînent un débit d'infiltration très insuffisant, pouvant ne pas suffire à satisfaire les besoins en eau. Voici quelques solutions :
Installation d'un préchauffeur d'eau d'alimentation : Chauffer l'eau d'alimentation à une température supérieure à 15-20 °C à l'aide d'électricité ou de vapeur peut atténuer considérablement ce problème.
Augmenter le nombre d'éléments de membrane : concevoir le nombre de membranes en fonction de la température minimale de l'eau prévue lors de la phase de conception initiale du système, mais cela augmente l'investissement initial.
Augmentation de la pression de fonctionnement : L’augmentation temporaire de la pression de la pompe haute pression permet de « forcer » l’eau froide à haute viscosité à travers la membrane, mais cela augmente la consommation d’énergie et peut aggraver l’encrassement de la membrane.
Problèmes liés aux forts débits d'eau en été : Bien que des températures et une production d'eau élevées puissent sembler positives, elles présentent également des risques potentiels :
Taux de récupération excessif : Un taux de récupération du système excessivement élevé (eau produite/eau d’alimentation) peut entraîner une forte augmentation de la concentration en sel du côté du concentré, provoquant facilement l’entartrage et l’encrassement de la membrane.
Légère diminution du taux de dessalement par membrane : à des températures d’eau excessivement élevées, les molécules d’eau s’agitent trop, ce qui peut entraîner une augmentation du nombre d’ions de sel à travers la membrane et, par conséquent, une légère diminution de la qualité de l’eau produite (conductivité). Les membranes d’osmose inverse ont généralement une température maximale d’utilisation (généralement 45 °C).