les principales familles de bioréacteurs à membranes

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On peut distinguer deux grandes familles de bioréacteurs à membranes :

  • les bioréacteurs à membranes externes (installés à l’extérieur du bassin d’aération – figure 39) ;
  • les bioréacteurs à membranes immergées (installés dans le bassin d’aération – figure 40).

les bioréacteurs à membranes externes

Les membranes sont placées dans un carter. Les carters peuvent être montés en série et/ou en parallèle. Il s’agit de membranes tubulaires ou planes, organiques ou minérales dites à peau interne (la filtration s’effectue de l’intérieur de la membrane vers l’extérieur). La forte concentration en MES nécessaire à l’épu­ration biologique n’autorise pas la filtration dite frontale. C’est une filtration dite tangentielle (cross flow) qui est mise en œuvre – voir séparation par membranes. La filtration est assurée par une différence de pression entre l’intérieur de la membrane (côté retentat) et l’extérieur de la membrane (côté perméat). Une vitesse de balayage élevée (1 à 4 m · s–1 – pression de 2 à 5 bar) est assurée à l’intérieur de la membrane pour contrôler l’accumulation de matières en surface. La fréquence des nettoyages chimiques est de 2 à 4 fois par mois.

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Figure 39. Bioréacteurs à membranes externes

Les flux de filtration varient dans une fourchette de 60 à 130 L·h–1·m–2. Toutefois, la con­sommation énergétique (4 à 8 kWh·m–3) liée à la filtration tangentielle ainsi que la nécessité d’un prétraite­ment poussé en présence de matières fibreuses rendent ce procédé peu adapté au traitement des effluents urbains.

les bioréacteurs à membranes immergées

Les membranes sont placées directement dans la boue activée. Il s’agit de membranes fibres creuses ou planes, organiques dites à peau externe (la filtration s’effectue de l’extérieur de la membrane vers l’inté­rieur). La filtration est assurée par une pression hydrostatique (figure 40-b) ou par dépression (figure 40-a). Le contrôle de l’accumulation de matières à la surface des membranes est assuré par une aération dédiée complétée par des phases automatiques de nettoyage (rétrolavage, arrêt filtration – voir les différents types d'agencement (systèmes de dessalement)).

Une partie de l’aération peut venir en déduction des besoins d’oxygénation de la biomasse. Lorsque les membranes sont placées dans un bassin dédié, une recirculation de ce bassin vers le bassin d’aération est nécessaire. Si les membranes sont placées directement dans le bassin d’aération, le besoin de recirculation dépend de la configuration (chenal, mélange intégral, piston).

La conception modulaire de ce procédé permet d’envisager la réhabilitation d’installation (extension de capacité ou de qualité) en immergeant peu à peu des membranes directement dans un bassin d’aération existant.

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Figure 40. Bioréacteurs à membranes immergées

Les flux de filtration sont de l’ordre de 10 à 40 L · h–1·m–2. La pression de fonctionnement est faible, de l’ordre de 2 à 5 m CE. Le nettoyage chimique, nécessitant l’arrêt d’une partie de l’étage de filtration intervient 2 à 3 fois par an.

Pour ses applications de traitement d’eaux résiduaires urbaines et industrielles, SUEZ a développé l’Ultrafor qui met en œuvre des membranes organiques fibres creuses. Ce système sera décrit plus précisé­ment ainsi que ces applications et performances au chapitre portant sur le bioréacteur à membranes Ultrafor et les applications des membranes de clarification.

Le tableau 14 résume les principales caractéristiques et performances des différents bioréacteurs à mem­branes en les comparants aux boues activées.

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Tableau 14. Caractéristiques et performances des bioréacteurs à membranes