La nanofiltration et l'osmose inverse (NF/OI) ont essentiellement les mêmes dispositions d'équipement et éliminent toutes deux les contaminants en appliquant une pression à l'eau à travers une membrane semi-perméable. L'OI est utilisée pour dessaler l'eau saumâtre et l'eau de mer, et élimine les composés organiques et inorganiques (par exemple, le nitrate) et les micro-organismes. La principale différence est que la NF élimine moins de sel (par exemple, NaCl) et d'autres ions monovalents que l'OI et est principalement utilisée pour éliminer la couleur, les contaminants organiques (par exemple, les pesticides) et abaisser la dureté (adoucissement). La distillation, comme un alambic solaire fait de matériaux locaux, est une alternative potentielle. Une méthode apparentée, la distillation sur membrane, n'est généralement pas disponible dans le commerce.

Généralement, les unités NF/OI sont préfabriquées. Certains grands systèmes sont construits sur place. OI/NF nécessitent un approvisionnement en eau sous pression fiable et ininterrompu, de lieux d'élimination du concentré (généré en continu) et des déchets de nettoyage (générés par intermittence), d'une source fiable d'électricité, de filtres à cartouche, de produits chimiques spécifiques pour l'anti-tartre et le nettoyage, et généralement de prétraitement et de post-traitement. La consommation d'énergie est plus élevée que pour les autres technologies de traitement à l'exception de la distillation. Les systèmes d'OI éliminent une large gamme de contaminants et les fiches techniques des éléments indiquent de nouveaux rejets de sel à un seul élément supérieurs à 99 % avec des performances à pleine échelle fournissant généralement une élimination de plus de 95 %. La NF élimine généralement > 95 % des matières organiques (par exemples les pesticides) et réduit la dureté d'environ 50 à 80 % et le NaCl d'environ 20 à 40 % (le rejet de la NF est plus spécifique au site que celui de l'OI). L'eau osmosée a généralement un pH bas, instable et corrosif. Une reminéralisation de l'eau traitée peut être nécessaire.

Considérations sur la conception

Les considérations de conception incluent le prétraitement et le post-traitement, l'élimination des déchets, le type de membrane et la présence d'une alimentation électrique fiable. Pour une eau à faible turbidité (< 0,3 NTU), un prétraitement minimal (filtration sur cartouche de 5 microns et ajout d'un antitartre) peut être suffisant. Sinon, un prétraitement supplémentaire est conseillé, tel que l'Ultrafiltration T.10 ou des filtres à média granulaire et un équipement de support. Un indice de densité de limon < 5 est requis par les garanties (< 4 est souhaité). Le chlore endommage la membrane et doit donc être retiré avant la filtration par OI. Le post-traitement comprend généralement l'ajout de produits chimiques pour la désinfection et pour empêcher la corrosion en aval de la tuyauterie et des appareils, par exemple, en augmentant le pH (via l'ajout contrôlé de caustique de qualité potable, d'hydroxyde de sodium). Un nettoyage sur place (CIP) périodique peut restaurer la perméabilité de la membrane, qui diminue avec le temps en raison de l'entartrage et de l'encrassement. Une élimination soigneuse des déchets est nécessaire car le concentré et les solutions de nettoyage usées contiennent de fortes concentrations de polluants.

Les paramètres de NF/OI comprennent le débit et la pression de l'eau d'alimentation, le flux (vitesse de passage de l'eau à travers la surface de la membrane) et la récupération (rapport du perméat au débit d'alimentation). La pression d'alimentation (et l'utilisation électrique associée) varie en fonction de la qualité de l'eau d'alimentation, de la teneur en sel, de la température et du type de membrane. Bien qu'il soit difficile de généraliser, la pression d'alimentation pour l'eau de mer est d'environ 65 bars et, pour l'eau à faible concentration en sel, peut être aussi basse que 7 à 15 bars. Un flux excessif entraîne une courte durée de vie, un manque de capacité et des coûts de fonctionnement plus élevés. Les essais pilotes peuvent confirmer un flux stable, qui est généralement d'environ 15 à 25 L/m²/heure. Les filtres par NF/OI fonctionnent en mode de flux croisés et une partie de la charge est recirculée. Dans l'ensemble, environ 50 % d'une alimentation en eau de mer devient un perméat, et avec des concentrations de sel plus faibles, la récupération typique est de 70 à 85 %. Une évaluation détaillée de la qualité de l'eau est nécessaire pour concevoir correctement la NF/OI. Les fabricants fournissent souvent des logiciels pour faciliter les calculs.

Matériaux

Les éléments membranaires et les récipients sont faits de plastique spécial. La tuyauterie basse pression (jusqu'à environ 3,5 bars) peut être non métallique (par exemple, fibre de verre/plastique ou acier inoxydable). Les matériaux sujets à la corrosion (par exemple, acier au carbone, galvanisé, fonte ductile, cuivre, etc.) ne sont pas utilisés. Certains matériaux peuvent devoir être importés.

Applicabilité

La NF/OI peut être utilisée dans la réponse aiguë et éventuellement dans les phases ultérieures de stabilisation et de relèvement. Elle peut être utilisée comme un traitement en une seule étape, car elle a une excellente qualité de filtration. Des systèmes automatisés à petite échelle montés sur châssis sont disponibles et peuvent être installés en quelques heures et sont parfois appliqués dans des endroits éloignés. Dans les situations où seule de l'eau salée ou saumâtre est disponible ou que les puits d'eau souterraine sont contaminés par de l'eau salée (par exemple, en raison d'un tsunami), les systèmes d'OI peuvent être le seul moyen de dessaler rapidement l'eau. En raison de la grande complexité, de la demande énergétique et des coûts, en particulier pour un fonctionnement à plus long terme, d'autres technologies pourraient être envisagées en premier lieu, en particulier lorsque les contaminants sont principalement des micro-organismes pathogènes.

Fonctionnement et entretien

Les principaux coûts opérationnels comprennent l'électricité, les produits chimiques, les filtres à cartouche ou à membrane, les coûts d'opérateur et de gardien et le remplacement à long terme des éléments d'OI. Il est impératif que le personnel opérant l'OI/NF soit bien formé et soutenu sur le long terme. Étant donné que les procédures de fonctionnement et d'entretien nécessitent une expérience de la conception du système respectif ainsi que de l'automatisation des processus, de l'électronique et de la surveillance en ligne, le personnel qualifié doit entretenir l'OI/NF pour une viabilité à long terme. Ainsi, un bon service après-vente et une assistance sur site doivent être disponibles localement via un distributeur ou un fabricant. Pour minimiser l'encrassement et le tartre de la membrane, des agents antitartre et d'autres produits chimiques sont fréquemment utilisés. La durée de vie de la membrane peut atteindre jusqu'à 5 ans avant son remplacement.

Santé et sécurité

L'élimination des virus, des bactéries, de Giardia et de Cryptosporidium varie d'environ 2 log (99 %) à 4 log (99,99 %) et plus. Le fonctionnement de l'OI nécessite des produits chimiques potentiellement dangereux, tels que des acides et des bases. Un transport, un stockage et une formation appropriés sont nécessaires pour assurer la sécurité des opérateurs et du public. Les dangers les plus courants concernent le travail en hauteur, l'exposition au bruit et aux produits chimiques, le contact avec des équipements rotatifs, l'électricité, les fluides à haute pression et le feu. Les déchets (nettoyants concentrés et usés) doivent être éliminés de manière sûre et acceptable pour l'environnement, car ils contiennent des contaminants concentrés.

Coûts

Dans l'ensemble, l'OI/NF est une technologie à coût élevé. Les installations d'OI mobiles d'une capacité de 1 000 à 2 000 L/h coûtent entre 10 000 et 100 000 USD selon le fabricant et la configuration. Les frais de transport peuvent être élevés selon l'emplacement. Les coûts de fonctionnement sont également élevés en raison des exigences en matière d'électricité, de produits chimiques spéciaux, de remplacement des filtres à cartouche et d'opérateurs qualifiés.

Considérations sociales et environnementales

En raison de la complexité de l'équipement et des opérations, des opérateurs spécialisés, éduqués et bien formés sont nécessaires, et ceux-ci peuvent ne pas être disponibles sur place. L'eau a un goût plat, ce qui peut entraîner le rejet de l'utilisateur. La NF et l’OI produisent de la saumure (solution saline concentrée) en tant que déchet, nocif pour les milieux aquatiques. Les deux systèmes consomment beaucoup d'énergie. Lorsque des combustibles fossiles sont utilisés pour produire de l'électricité, l'empreinte CO2 est élevée.