Le tube à disque à osmose inverse (DTRO) est apparu comme une technologie de séparation membranaire de pointe, en particulier dans les scénarios de traitement des eaux usées à forte concentration. Cet article se concentre sur le système DTRO à deux étages, en analysant ses avantages structurels, ses mécanismes opérationnels et ses cas d'application dans des industries telles que les lixiviats de décharge, les eaux usées industrielles et les eaux usées municipales. En abordant les limites du DTRO à un seul étage - y compris une faible récupération d'eau et l'encrassement des membranes - la configuration à deux étages atteint des performances supérieures, ce qui en fait une solution essentielle pour le recyclage moderne des ressources en eau.1. IntroductionL'osmose inverse (OI) est une pierre angulaire du traitement avancé des eaux usées, mais les membranes d'OI enroulées en spirale traditionnelles sont confrontées à des défis dans le traitement des eaux usées à forte salinité et à forte charge de polluants (par exemple, les lixiviats de décharge avec une DCO > 5 000 mg/L et des TDS > 30 000 mg/L). Le DTRO, commercialisé pour la première fois dans les années 1980, utilise une conception unique de module à tube à disque avec des promoteurs de turbulence, ce qui lui permet de résister à des conditions de fonctionnement difficiles. Le système DTRO à deux étages - combinant un premier étage à haute pression et un deuxième étage à moyenne pression - optimise davantage la récupération de l'eau et le rejet des contaminants, répondant ainsi à la demande croissante de gestion durable des eaux usées.2. Principes techniques du DTRO à deux étages2.1 Configuration à un seul étage contre configuration à deux étagesDTRO à un seul étage : Traite les eaux usées brutes en une seule passe, atteignant ~70 à 80 % de récupération d'eau, mais laissant un concentré à forte concentration (TDS > 60 000 mg/L) qui nécessite une élimination supplémentaire.DTRO à deux étages :Premier étage : Fonctionne à 60 à 80 bars, traitant les eaux usées brutes pour produire du perméat (60 à 70 % de récupération) et un concentré primaire.Deuxième étage : Traite le concentré primaire à 40 à 60 bars, récupérant 30 à 40 % d'eau supplémentaire du concentré.Récupération globale : Jusqu'à 90 %, le volume de concentré final étant réduit de 70 à 80 % par rapport aux systèmes à un seul étage.2.2 Composants clésModules à tube à disque : Disques en polypropylène empilés avec des canaux d'écoulement, empêchant le compactage de la membrane et permettant une vitesse de flux transversal élevée (1 à 3 m/s) pour minimiser l'encrassement.Pompes haute pression : Pompes centrifuges en acier inoxydable avec variateurs de fréquence (VFD) pour un contrôle précis de la pression.Système de nettoyage chimique : Unités CIP (Clean-in-Place) avec des solutions acides/alcalines pour éliminer l'entartrage (par exemple, CaCO₃, SiO₂) et l'encrassement organique.3. Avantages de performance3.1 Récupération d'eau plus élevéeEn retraitant le concentré, le DTRO à deux étages réduit l'apport d'eau douce et le rejet des eaux usées. Par exemple, une usine de lixiviat de décharge de 1 000 m³/jour utilisant le DTRO à deux étages produit ~900 m³/jour de perméat (conforme aux normes de réutilisation GB/T 19923-2005) et seulement ~100 m³/jour de concentré final.3.2 Rejet amélioré des contaminantsMatière organique : Rejet de la DCO > 99 % (de 10 000 mg/L à 98 %, rejet des métaux lourds (Pb, Cd, Cr⁶⁺) > 99,9 %.Micro-polluants : Élimination efficace des produits pharmaceutiques (par exemple, l'ibuprofène) et des perturbateurs endocriniens (EDC) par tamisage et adsorption sur membrane.3.3 Atténuation de l'encrassement des membranesLa conception à deux étages répartit la charge de polluants sur les étages :Le premier étage traite les solides en suspension (SS) et les colloïdes élevés, protégés par un système de prétraitement (par exemple, ultrafiltration, charbon actif).Le deuxième étage traite le concentré à faible teneur en SS, réduisant le taux d'encrassement de 40 à 50 % par rapport aux systèmes à un seul étage.Durée de vie de la membrane : 3 à 5 ans, 2 à 3 fois plus longue que l'OI enroulée en spirale dans des applications similaires.4. Applications industrielles4.1 Traitement des lixiviats de déchargeÉtude de cas : Une décharge municipale de Shanghai (2023) a installé un système DTRO à deux étages de 500 m³/jour. Résultats :Qualité du perméat : DCO < 80 mg/L, NH₃-N < 10 mg/L, TDS 100 000 mg/L) et des hydrocarbures. Le DTRO à deux étages récupère 85 % de l'eau pour la réutilisation dans les tours de refroidissement.Industrie minière : Traite le drainage minier acide (DMA) avec des métaux lourds élevés (Cu²⁺, Zn²⁺). Le perméat répond aux normes d'eau potable (directives de l'OMS) après post-traitement.5. Défis et perspectives d'avenir5.1 Défis actuelsConsommation d'énergie : Les systèmes à deux étages nécessitent ~2 à 3 kWh/m³ d'électricité, ce qui est supérieur à celui des systèmes à un seul étage (~1,5 kWh/m³).Coût des membranes : Les membranes DTRO sont 2 à 3 fois plus chères que les membranes enroulées en spirale, bien qu'une durée de vie plus longue compense cela au fil du temps.5.2 Tendances futuresIntégration avec les énergies renouvelables : Couplage avec l'énergie solaire/éolienne pour réduire l'empreinte carbone (par exemple, une usine de 1 000 m³/jour en Australie utilise des panneaux solaires de 500 kW pour alimenter les pompes).Surveillance intelligente : Systèmes basés sur l'IA (par exemple, algorithmes d'apprentissage automatique) pour prédire l'encrassement et optimiser les cycles de nettoyage, réduisant ainsi les temps d'arrêt de 30 %.Innovation des matériaux membranaires : Développement de membranes DTRO modifiées au graphène avec un flux plus élevé (jusqu'à 40 L/m²·h) et une résistance chimique.6. ConclusionLe système DTRO à deux étages représente un changement de paradigme dans le traitement des eaux usées, équilibrant haute efficacité, durabilité et fiabilité. Sa capacité à gérer des conditions d'eaux usées extrêmes tout en maximisant la récupération de l'eau le rend indispensable pour les industries confrontées à la pénurie d'eau et à des réglementations environnementales strictes. À mesure que la technologie des membranes progresse et que les coûts diminuent, le DTRO à deux étages jouera un rôle central dans la transition mondiale vers une économie de l'eau circulaire.Mots-clés : DTRO à deux étages ; Traitement des eaux usées ; Récupération de l'eau ; Encrassement des membranes ; Lixiviat de déchargeCet article fournit un aperçu complet du DTRO à deux étages, des principes techniques aux applications réelles, soulignant son potentiel à relever les défis urgents liés à l'eau au 21e siècle.
