Les systèmes de filtration de l'eau à haute performance, nécessaires pour réduire la pénurie d'eau, peuvent également réduire les coûts et la consommation d'énergie, selon une nouvelle analyse menée par la Northwestern University.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont effectué une analyse de haut niveau des systèmes de filtration membranaire pour évaluer le coût, la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre associés au dessalement et au traitement des eaux usées. Les chercheurs ont spécifiquement examiné les membranes antisalissures, un système de filtration haute performance qui résiste à l'accumulation de contaminants.

Bien que les membranes résistantes aux salissures puissent coûter plus cher à l'achat, elles coûtent moins cher sur leur durée de vie que les membranes moins résistantes aux salissures, qui nécessitent un nettoyage fréquent et doivent être remplacées plus souvent. En fait, les chercheurs ont découvert que les installations municipales de traitement des eaux usées pouvaient dépenser 43 % de plus en membranes antisalissures pour le traitement des eaux usées et jusqu'à trois fois plus en membranes antisalissures pour le dessalement, tout en maintenant leurs coûts d'exploitation de base.

Alors que les infrastructures vieillissantes et les changements climatiques mettent à rude épreuve les approvisionnements en eau, de nombreuses municipalités et chercheurs explorent des processus, y compris le dessalement et le traitement des eaux usées, qui peuvent augmenter la disponibilité de l'eau à partir de ressources en eau moins conventionnelles, telles que l'eau saumâtre. Investir dès le départ dans des membranes antisalissures pourrait aider à réduire les coûts de ces systèmes de traitement généralement coûteux.

"Avec la rareté croissante de l'eau, des technologies telles que le dessalement deviennent plus importantes que jamais", a déclaré Jennifer Dunn de Northwestern, qui a dirigé les travaux. "Mais il y a toujours des compromis entre les performances techniques et le coût. Un système de filtration peut avoir des performances étonnantes, mais si le coût est trop élevé, les gens n'adopteront pas la technologie. Nous espérons que notre modélisation et notre analyse pourront aider à orienter la recherche. et développement."

L'étude a été publiée le 15 août dans la revue ACS ES&T Engineering . Il s'agit de la première étude publiée et co-écrite au niveau international par le Centre de recherche collaborative sur l'eau et l'énergie des États-Unis et d'Israël (CoWERC), un consortium mondial d'institutions de recherche, de services d'eau et d'entreprises privées qui explore de nouvelles solutions aux défis critiques du lien énergie-eau. .

Dunn est professeur agrégé de génie chimique et biologique à la McCormick School of Engineering de Northwestern et directeur du Center for Engineering Sustainability and Resilience. Sabyasachi Das et Margaret O'Connell, toutes deux membres du laboratoire de Dunn, sont les co-premières auteurs de l'article.

Dans les systèmes de filtration à membrane, une membrane agit comme une barrière physique entre l'eau potable et les contaminants. Les pompes poussent l'eau à travers la membrane, qui est remplie de pores de taille micro, nano ou même plus petite. La membrane emprisonne les particules fines tout en permettant à l'eau de s'écouler à travers les pores.

L'encrassement se produit lorsque des contaminants s'accumulent à la surface de la membrane, obstruant les pores. Lorsqu'une membrane est encrassée, des pressions plus élevées sont nécessaires pour pomper l'eau à travers. Finalement, cependant, l'encrassement devient si important que la membrane doit être nettoyée ou même entièrement remplacée. L'énergie et les coûts associés à l'augmentation de la pression de l'eau, au nettoyage et au remplacement peuvent augmenter les coûts d'exploitation d'une installation de traitement.

En revanche, les membranes antisalissures ont des chimies de surface spécialisées qui empêchent les contaminants de s'accumuler. Cela conduit à une diminution de la fréquence de nettoyage et à une durée de vie globale prolongée de la membrane. Dans l'étude, les chercheurs ont découvert que l'augmentation de la durée de vie de la membrane était le facteur le plus influent dans la réduction des dépenses d'exploitation.

"L'ensemble du processus de dessalement tourne autour de cette membrane", a déclaré Dunn. "Tout ce que nous pouvons faire pour améliorer la durée de vie de la membrane ou réduire les coûts de nettoyage contribuera à réduire le coût de l'eau propre."

Dunn espère que cette étude aidera les décideurs politiques, les décideurs et les exploitants d'usines de traitement de l'eau à réaliser que les installations de traitement de l'eau peuvent tolérer le coût de l'utilisation de membranes plus coûteuses et plus performantes. C'est particulièrement vrai pour les usines de dessalement, dont 65 % utilisent déjà des systèmes de filtration à membrane.

"Il y a un retour sur investissement en termes de réduction de la consommation d'énergie et de réduction de la fréquence d'achat de nouvelles membranes", a déclaré Dunn. "Si nous voulons construire plus d'usines de dessalement pour réduire la pénurie d'eau, nous voulons le faire d'une manière qui n'augmente pas la consommation d'énergie. Tout est interconnecté." + Explorer plus loin

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