systèmes utilisant des membranes de clarification

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les modules

Conformément aux systèmes de dessalement où les éléments spiraux sont tous interchangeables, les membranes de clarification peau externe (fibre creuse) se présentent à ce jour sous la forme de modules dont la géométrie aussi bien que le matériau membranaire sont non interchangeables. Ceci con­traste avec les membranes de clarification peau interne où les modules commercialisés par les fournisseurs sont incompati­bles et ne peuvent être échangés, sans une ré-ingéniérie de l’atelier de filtration membranaire.

Les photos 2 et 3 montrent la configuration des différents modules intégrés aquasource® (exemple de module sous pression – fibres multicanal à peau interne) ou Pentair (exemple sous-pression – fibres à peau interne).

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Photo 2. Module aquasource® Alteon™-I-XL60.
Module X-Flow de la Ste Pentair membranes de clarificationImage sécurisée
Photo 3. Module X-Flow de la Ste Pentair

modules et blocs aquasource®

Le tableau 6 résume par les caractéristiques physiques des modules des modules ALTEONTM I-XL60 disponibles.

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Tableau 6. Modules et blocs aquasource®

Le choix du matériau membranaire dépend de différents critères que résume le tableau 7.

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Tableau 7. Choix du matériau membranaire

Ces modules sont normalement assemblés :

  • en skid autonome : une pompe, un groupe de modules et son automatisme, destiné aux petites stations ;
  • en « bloc » (photo 4) : un ensemble de modules avec ses collecteurs desservi par un système de pom­page, automatisme, système de rétrolavage (suivant les schémas de principe de la section séparation par membranes figures 59 et 60) ; on cherche un fonctionnement 100 % frontal ou au contraire tangentiel en permanence ou seulement épisodique (par exemple lors des pointes de turbidité).
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Photo 4. Usine du Val Orléans (45) – 40 000 m3/jour

système à membrane immergée

Le tableau 8 résume les avantages et les inconvénients d’une membrane immergée par rapport à une membrane sous pression peau interne.

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Tableau 8. Système à membrane immergée

Les membranes immergées de Zenon sont typiques des possibilités de cette technologie.

membrane immergeable dans l’'eau à traiter ou même en lit de boues :

Modules Zeeweed serie 500. Ces modules, constitués de nappes de fibres renforcées et empotées à leur partie supérieure peuvent être associés en cassettes regroupant plusieurs modules (10, 20, 60) avec une seule alimentation, une sortie de perméat, un collecteur d’air… La photo 5 montre une cassette de 16 (maxi­mum possible 22) modules en cours de montage.

Les modes de rétrolavage regroupent :

  • des rétrolavages proprement dits d’eau perméée éventuellement chlorée, ou acidifiée ;
  • des rétrolavages poussés avec trempage allant de quelques dizaines de minutes à 1 ou 2 h dans des solutions plus concentrées, ex. 200, voire 2 000 ppm Cℓ2, acide citrique… ;
  • des lavages chimiques dits « de régénération » réalisés soit en sortant la cassette et en la trempant dans un bac ad hoc, soit pour les grandes stations, en lavant en même temps toutes les cassettes d’un même bac (ce qui suppose d’avoir plusieurs bacs (chaîne) en parallèle ou d’avoir prévu les arrêts de la ligne concernée : 8 à 16 heures).
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Photo 5. Cassette de modules Zeeweed 500
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Photo 6. Module Zeeweed 1 000 en cassettes

Ces modules sont immergés dans l’eau à traiter mais ils peuvent également l’être dans un « lit de boues » qui peut, suivant les applications, être constitué par des boues activées (voir Ultrafor) ou par des hydroxydes et parfois du CAP (eau de surface ou de nappe chargée en Fe, Mn, MO). Dans ce dernier cas, un bac de flo­culation est nécessaire avant le bac d’immersion des modules.

membrane immergeable dans des eaux à faible turbidité

(eaux de retenue, eau bien clarifiée, eaux résiduaires après clarification secondaire, eau de mer propre…).

Ces membranes également en fibre creuse peau externe, mais de diamètre inférieur et sans renforcement textile, sont fixées horizontalement en modules assemblés sur plusieurs niveaux (photo 6). Ces modules Zeeweed série 1 000 sont rétrolavés avec l’aide d’une injection d’air à la base du système limitée à la durée du rétrolavage. Des rétrolavages poussés ou minilavages peuvent être effectués. L’eau de lavage est récu­pérée par des goulottes installées en haut des modules ou par vidange du bassin.

Ces systèmes conçus pour les grandes unités supérieures à 500 m3·h–1 ont l’avantage d’une très grande compacité et de coûts plus faibles, en revanche, ils doivent être réservés (voir ci-dessus) aux eaux avec des turbidités faibles afin de garder une fréquence de lavage raisonnable.

choix des paramètres de fonctionnement

Les principaux choix du concepteur sont donc :

  • le mode de fonctionnement frontal ou tangentiel (module sous pression) ;
  • et surtout le flux de travail. Ce paramètre fixe en effet le nombre de modules à mettre en œuvre et détermine la quantité des matières s’accumulant entre deux rétrolavages, donc la fréquence de ceux-ci. Mais s’il est trop élevé (supérieur à ce qui est parfois décrit comme le flux critique) des dérives du flux et de la perméabilité sont observées que seuls des lavages chimiques pour­ront corriger. Il est donc indispensable de connaître ce flux critique par expérience ou de le déterminer sur un pilote.
Formule : choix des paramètres de fonctionnement - absorption UV,rapport

Rappelons l’effet très important de la température qui, par exemple sur des eaux de surface, évolue sou­vent de quelques degrés en hiver à 25 °C en été, soit un écart de débit à PMT constante (voir viscosité de l’eau) de plus de 35 %, voire 45 % ! Il convient donc de savoir si les besoins restent les mêmes en hiver pour éviter de surdimensionner l’installation.

Comme pour l’osmose inverse, une bonne connaissance de toutes lescaractéristiques de l’eau à traiter et de leursvariations saisonnières sont indispensables.

Sur certaines eaux à faible turbidité mais contenant des matières organiques, le gâteau même très fin s’accumulant sur la membrane est difficile à rétrolaver (certains auteurs parlent de gâteau « collant »). Dans ce cas une, microcoagulation utilisant entre 0,2 et 1,5 ppm de coagulant métallique (FeCℓ3 en particulier) améliore nettement la retrolavabilité et de ce fait le flux de travail possible.

Si l’on cherche à éliminer desmatières organiques dissoutes, les membranes de clarification sont ineffi­caces en elles-mêmes (point de coupure trop élevé). En revanche, elles sont une excellente barrière contre tout passage de charbon actif en poudre ( CAP ) qui, lui, peut fixer les polluants organiques dissous tels que pesticides et/ou produits à l’origine des goûts. Ceci est mis en œuvre dans les systèmes aquasource® en injectant du CAP juste à l’amont du bloc d’UF – c’est le procédé Cristal.

Un CAP idéal sera donc composé de grains inférieurs à 10 μm ayant ainsi une cinétique d’adsorption très élevée mais qui ne risqueront pas de boucher les fibres. Ils seront injectés dans l’eau d’alimentation, au besoin après un premier contact (quelques minutes). Le charbon s’accumule dans la boucle de recirculation pour n’en être éliminé qu’au moment du rétrolavage. Il est évident que si l’on dispose en tête soit d’un cla­rificateur à lit de boues (ex. Pulsator), soit à recirculation de boues (ex. Densadeg), le charbon « saturé » car en équilibre avec l’eau produite par le système d’UF retrouvera des possibilités d’adsorption lorsqu’il sera mis en contact avec l’eau brute, plus concentrée, du clarificateur, (voir les sections adsorption et les procédés membranaires). Un tel système, appelé « Cristal étendu » permet donc d’utiliser au mieux l’adsorbant.