applications des membranes de clarification

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Ces membranes se substituent peu à peu aux systèmes de clarification conventionnels pour la production d’eau potable ou d’eau de process à partir d’eau naturelle ou d’eau recyclée et le prétraitement des systèmes d’osmose.

eau potable

(voir aussi la section les procédés membranaires)

Le moteur essentiel du développement très rapide de ces technologies :

  • l’utilisation d’une barrière absolue qui, tant que la membrane reste intègre, garantit une qualité physi­que et bactériologique constante et inégalée (protozoaire – bactérie et virus pour les membranes UF du moins).

Pour autant, il reste recommandé, d’utiliser un désinfectant final rémanent : Cℓ2 – Chloramine – CℓO2, afin de protéger le réseau. Mais la demande en chlore ou dérivés étant à ce stade minimale, les doses requises sont très faibles (0,2-0,3 ppm Cℓ2 typiquement), de même les sous-produits engendrés.

On utilise donc ces membranes :

  • comme seul étage de traitement sur les eaux peu chargées en particulier en matières organiques (COT < 2 mg · L–1) :
    • eaux de barrage (attention aux blooms algaux) ;
    • eaux souterraines influencées par la surface (ex. : eaux des réseaux karstiques…).
  • un étage de traitement « combiné » sur des eaux de surface peu chargées en turbidité (< 25 NTU) mais riches en matières organiques naturelles. Dans ce cas, les membranes immergées couplées à une coagu­lation-floculation, peuvent intéressante aux chaînes con­ventionnelles de filtration directe ;
  • comme un « outil » d’affinage des eaux de surface après un traitement conventionnel comportant au moins uneclarification (décantation ou flottation) qui, bien dimensionnée, peut n’être pas suivie de filtre granulaire, le système membranaire assurant filtration et désinfection ;
  • comme moyen de garantir des qualités exceptionnelles sur le plan bactériologique (en particulier l’éli­mination des kystes de protozoaires et virus pour les membranes UF ) comme dernière étape d’une instal­lation conventionnelle.

dessalement et réutilisation des eaux

C’est pour l’excellente qualité physique de leur perméat (absence de colloïde et bactérie) que les installa­tions d’ UF sont un outil de choix pour éliminer le fouling particulaire devant uneinstallation d’osmose inverse ou de nanofiltration. Dans tous les cas, on obtient une réduction de l’indice de fouling entre 1 et au maximum 3 et ceci devant tous les types de dessalement par membrane : eau de mer, eau saumâtre et par­ticulièrement dans le cas des chaînes de réutilisation. On notera toutefois que, typiquement en traitement d’eau de mer, les matières organiques (macromolécules) doivent également être éliminées et que, dans ce cas, une coagulation-floculation reste parfois une étape nécessaire du prétraitement. L’absence de contami­nation bactérienne après une membrane d’ UF permet en même temps de contribuer :

  • à la maîtrise du « biofouling », mais l’élimination des substrats nutritifs et nutriments sont encore plus critiques (voir séparation par membranes) ;
  • à la sécurité de la chaîne : concept dedouble barrière absolue en série : UF et OI ou UF et NF, contre tout type de pathogènes.

C’est d’ailleurs dans le domaine des réutilisations d’ ERU que les membranes de clarification ont trouvé leurs premiers débouchés importants en eaux résiduaires, en particulier si elles sont couplées à des mem­branes d’osmose basse pression « résistante au fouling » pour, par exemple, des usages industriels (eau d’appoint en chaudières) ou en eau de réinjection pour recharge d’aquifères, voire pour l’irrigation de cer­taines cultures, golfs, parcs…

eaux résiduaires – BRM - ultrafor

Les réacteurs biologiques à membrane ( BRM ) utilisent des membranes de clarification minérales (peau interne) ou organiques immergées (peau externe).

Le choix entre ces deux membranes doit être fait en fonction de leur coût (avantage aux membranes orga­niques), de leur pression de fonctionnement (avantage aux membranes céramiques) et surtout du risque de colmatage irréversible, voire de destruction des membranes organiques par tels ou tels composés des effluents : produits filmants, graisses non émulsionnées, solvants…

Toutefois, ces cas restent rares et normalement limités à certaines ERI. Les BRM à membranes immergées (Ultrafor) (voir la section bioréacteur à membranes Ultrafor) sont une bonne solution pour les ERU et même pour les ERI des industries agroalimentaires ou des papeteries par exemple. Elles permettent :

  • l’obtention de qualité irréprochable ouvrant la voie à leur déversement dans des milieux fragiles, voire à leur réutilisation (y compris lorsqu’un dessalement est nécessaire) ;
  • des opérations de réhabilitation/extension des stations en boues activées, en particulier lorsque les sur­faces disponibles sont restreintes. En effet, on peut en jouant sur la concentration de la liqueur mixte en aération :
    • soit permettre à celle-ci de nitrifier alors qu’elles ne traitaient que la DBO5. L’Ultrafor se trouvant dans ce cas en concurrence avec les systèmes de « cultures mixtes » mais avec l’avantage de s’adapter à tou­tes les géométries de bassin ;
    • soit à charge massique identique, de traiter jusqu’à 3 fois plus de débit en ajoutant (au besoin, pro­gressivement) des modules dans une liqueur mixte à concentration croissante.

L’intérêt est d’obtenir ces performances presque sans nouveaux travaux de génie civil (les clarificateurs peuvent même être utilisés à d’autres fins – stockages amont ou aval) tout en améliorant nettement la qua­lité physique, bactériologique ainsi que la DCO de l’effluent.

Ce dernier effet est mis en évidence par la figure 15 montrant, sur le cas typique d’une ERU , une différence de qualité notable entre :

Image sécurisée
Figure 15. Essai pilote : ERU – membrane immergée
  • l’eau obtenue par décantation idéale (conditions de laboratoire) de la biomasse à l’équilibre dans un aérateur (voir courbe A de la figure 15) : DCO de 25 à 100 ppm avec une moyenne de 70 (valeurs typique­ment obtenues avec un clarificateur conventionnel) et
  • celle de la même biomasse filtrée par la membrane UF voir courbe B figure 15 : DCO de 5 à 50 ppm avec une moyenne de 20,
  • soit un gain de 50 mg · L–1 et une dispersion moins forte : les colloïdes et macromolécules indécantables mais retenues par l’ UF expliquant cette différence… (ces colloïdes et macromolécules dont les temps de résidence sont très élevés sont peu à peu dégradés).

On notera que, sur une installation biologique existante, ne nécessitant pas d’extension de débit, l’ajout d’un étage d’ultrafiltration en « traitement tertiaire » permet un affinage de la qualité voisin de celui obtenu via un Ultrafor à charge massique équivalente mais avec des flux membranaires un peu plus élevés.