Étude par simulation de l'optimisation de la déminéralisation des eaux par osmose inverse

Abstract

Résumé : Ce mémoire porte sur l’étude et l’optimisation d’un procédé de déminéralisation des eaux par osmose inverse à travers une approche basée sur la simulation numérique. L’objectif principal est d’évaluer les performances d’un système de dessalement d’eau de mer et de comparer deux outils de conception : IMSDesign et Toray RO Design Software. Une étude bibliographique présente les principes du dessalement, le fonctionnement des membranes d’osmose inverse, ainsi que les principaux paramètres influençant le procédé comme la pression, le flux, la récupération et les phénomènes de colmatage et d’entartrage. Les simulations réalisées montrent que les deux logiciels permettent d’obtenir une bonne qualité de perméat avec un rejet efficace des sels dissous. La configuration obtenue avec IMSDesign présente de meilleures performances énergétiques avec une consommation spécifique de 2,54 kWh/m³, contre 3,90 kWh/m³ pour Toray DS2. L’analyse des risques d’entartrage confirme la stabilité du système étudié, avec des niveaux de saturation acceptables pour les principaux composés susceptibles de former des dépôts. Cette étude met en évidence l’intérêt de la simulation numérique pour optimiser les installations d’osmose inverse, réduire la consommation énergétique et améliorer la conception des systèmes de dessalement. Summary : This thesis focuses on the study and optimization of a water demineralization process by reverse osmosis using a numerical simulation approach. The main objective is to evaluate the performance of a seawater desalination system and compare two design and simulation tools: IMSDesign and Toray RO Design Software. A bibliographic study presents the principles of desalination, the operating mechanism of reverse osmosis membranes, and the main parameters affecting the process, such as pressure, flux, recovery rate, and fouling and scaling phenomena. The simulations carried out show that both software tools provide good permeate quality with efficient removal of dissolved salts. The configuration obtained using IMSDesign provides better energy performance, with a specific energy consumption of 2.54 kWh/m³, compared with 3.90 kWh/m³ for Toray DS2. The scaling risk analysis confirms the stability of the studied system, with acceptable saturation levels for the main compounds likely to cause deposits. This study highlights the importance of numerical simulation tools for optimizing reverse osmosis systems, reducing energy consumption, and improving the design of desalination plants. الملخص : يتناول هذا البحث دراسة وتحسين عملية نزع المعادن من المياه بواسطة التناضح العكسي باستخدام منهجية تعتمد على المحاكاة العددية. الهدف الرئيسي هو تقييم أداء نظام تحلية مياه البحر ومقارنة أداتين متخصصتين في التصميم والمحاكاة تتضمن الدراسة النظرية مبادئ تحلية المياه، وآلية عمل أغشية التناضح . Toray RO Design Software. و IMSDesign هما العكسي، إضافة إلى أهم العوامل المؤثرة على أداء العملية مثل الضغط، التدفق، نسبة الاسترجاع، وظواهر الانسداد والترسبات المعدنية. أظهرت نتائج المحاكاة أن كلا البرنامجين يعطيان جودة جيدة للمياه المنتجة مع فعالية عالية في إزالة أداءً أفضل من حيث استهلاك الطاقة، حيث بلغت الطاقة النوعية IMSDesign الأملاح الذائبة. كما أظهرت نتائج برنامج أكد تحليل مخاطر Toray DS بالنسبة لبرنامج. 2 ³ مقارنة ب 3.90 كيلوواط ساعة/م ³ المستهلكة 2.54 كيلوواط ساعة/م الترسبات المعدنية استقرار النظام المدروس، مع تسجيل مستويات تشبع مقبولة للمركبات الرئيسية التي يمكن أن تسبب تكوين الرواسب. تبُرز هذه الدراسة أهمية استخدام أدوات المحاكاة العددية في تحسين أنظمة التناضح العكسي، وتقليل استهلاك الطاقة، وتحسين تصميم محطات تحلية المياه.