FILTRATION MEMBRANAIRE
La filtration sur membrane est un processus dans lequel les substances sont éliminées de l'eau par séparation basée sur la taille des particules et la différence de pression. La séparation souhaitée peut être obtenue en utilisant une membrane spécifique (matériau semi-perméable) avec une taille de pores spécifique.
L'ultrafiltration, également appelée UF, est une technique de filtration sur membrane dans laquelle un liquide est poussé à travers une membrane semi-perméable sous pression. Pour l’ultrafiltration, cette membrane a une taille de pores qui varie approximativement de 0,1 à 0,01 μm (10 à 100 nm). Les membranes d'ultrafiltration sont principalement utilisées pour l'élimination des matières en suspension et colloïdales, des bactéries et des virus. Les membranes d'ultrafiltration sont fournies selon une gamme de configurations.
Les configurations possibles sont :
Outre les configurations de membrane spécifiques, il existe également un certain nombre de méthodes de fonctionnement différentes. Les deux méthodes les plus couramment utilisées sont la ‘’voie sans issue’’ (c'est la méthode généralement utilisée par Logisticon) et le flux croisé. Les noms font référence à la manière dont le nutriment est fourni à la membrane. Avec l'UF sans issue, l'alimentation est introduite dans la membrane creuse et arrêtée à la fin. De cette façon, l'eau passe à travers la membrane et la saleté s'accumule. Les impuretés sont régulièrement évacuées au moyen d'un lavage à contre-courant. Les impuretés sont alors libérées et peuvent être enlevées. C'est ce qu'on appelle une opération semi-impasse. Si les impuretés sont trop comprimées ou adhèrent trop à la membrane, le rétrolavage peut ne pas suffire. Dans ce cas, un nettoyage chimique sera effectué. En fonctionnement à flux croisés, le liquide est dirigé le long de la surface de la membrane. Le perméat traverse la membrane et les impuretés restent derrière. Cela crée un courant concentré. Dans cette opération, les impuretés sont éliminées en continu par le flux d'alimentation qui circule.
L'osmose inverse, également appelée hyper filtration, est principalement utilisée pour éliminer les sels et les minéraux et en conséquence pour réduire la conductivité de l’eau. Un autre effet est que l'osmose inverse bloque en partie d'autres substances, telles que les pesticides, les métaux lourds, les résidus de médicaments, etc. L'osmose est un processus naturel impliquant un écoulement à travers une membrane semi-perméable. Lorsque de l'eau pure à la même température est présente des deux côtés d'une membrane et que la pression des deux côtés est la même, aucune eau ne traverse la membrane. Lorsque du sel est dissous dans l'eau d'un côté de la membrane, cela entraine un flux d'eau à travers la membrane depuis le milieu de moins concentré (l'eau pure) vers le milieu le plus concentré l'eau avec des sels) C’est la pression osmostique. C’est comme si la nature essayait d'éliminer la différence de concentration. Lorsqu'une pression est appliquée du côté où les sels ont été ajoutés, un nouvel équilibre est créé. En raison de cette pression, l'eau traversera la membrane dans le sens inverse. Ce phénomène est appelé osmose inverse. La force motrice de l'osmose inverse est la pression appliquée moins la pression osmotique. La consommation d'énergie de l'osmose inverse est directement liée à la concentration en sel, étant donné qu'une concentration en sel plus élevée produit une pression osmotique plus élevée.
Cette technique est utilisée, entre autres, pour la production d'eau de process et d'eau d'alimentation de chaudière et la préparation d'eau potable (à partir d'eau saumâtre ou salée), d'eau déminéralisée et d'eau ultra-pure. Les options possibles incluent également l'adoucissement et la décoloration de l'eau, la mise à niveau des flux de process vers une qualité supérieure et la purification des eaux usées en vue de leur réutilisation.
Logisticon utilise la nanofiltration capillaire ou les membranes CapNF. Ces membranes à fibres creuses In-Out sont fabriquées en polyéthersulfone (PES) qui, contrairement aux membranes enroulées en spirale normales, peuvent également être lavées à contre-courant. L'avantage d'utiliser le PES est qu'il est plus résistant aux substances oxydantes telles que le chlore actif.
Grâce à la nanofiltration capillaire, les eaux de surface ou les eaux usées (tertiaires) peuvent être purifiées en une seule étape en eau de process de haute qualité ou même en eau potable. CapNF combine les propriétés bénéfiques de l'ultrafiltration capillaire (UF) avec les propriétés bénéfiques de la nanofiltration (NF). Cette technique est très adaptée à l'élimination des substances organiques dissoutes (grosses molécules), de la couleur, de la micro-pollution, des pesticides et en partie aussi des ions (calcium, sulfate, phosphate, etc.). Et tout comme une membrane UF, une membrane CapNF élimine également les bactéries et les virus.
Un Bioréacteur à Menbane (BRM ou MBR) se compose de deux parties : un bioréacteur et une installation membranaire. Les processus biologiques de dégradation de la pollution se déroulent dans le bioréacteur (boues activées). L'installation membranaire sépare l'eau des boues activées, après quoi elles peuvent être rejetées ou réutilisées.
Les processus biologiques dans un bioréacteur à membrane (BRM) sont presque identiques à un système de boues activées à la différence que la séparation entre les boues et l'eau purifiée est réalisée au moyen de membranes plutôt que par la décantation et l'extraction avec les traitements biologiques conventionnels. Les avantages d'un BRM par rapport aux techniques conventionnelles sont :
La qualité de l'eau après passage membranaire (filtrat) est facile à réutiliser (recyclage/réutilisation de l'eau)
Construction compacte car des teneurs en boues plus élevées peuvent être maintenues dans le réacteur (réservoir d'aération) (= charge plus élevée possible) et aucune post-décantation majeure n'est nécessaire
Les membranes BRM immergées fonctionnent sur la base d'une pression négative. Le flux (capacité par m² de surface de membrane) est relativement faible, ce qui signifie qu'il faut plus de surface de membrane par rapport aux membranes à surpression (crossflow). Cependant, l'avantage est qu'une membrane immergée consomme beaucoup moins d'énergie. Donc passage d'Opex à Capex. Un autre avantage est que les membranes sont actionnées de l'extérieur vers l'intérieur. De cette façon, la saleté reste à l'extérieur et le nettoyage est plus facile en cas de calamités ou de pollution extrême.
Outre l'utilisation de membranes immergées, il est également possible d'appliquer une surpression sur les membranes BRM, ce qui est le cas lors de l'utilisation d'une unité de membrane à flux croisés. L'avantage d'un tel système est de pouvoir réaliser des flux beaucoup plus élevés (50 – 80 l/m².h) de sorte que la surface de membrane requise reste limitée et qu'une installation relativement compacte peut être construite. Il en résulte par contre un inconvénient majeur qui est la consommation d'énergie plus élevée par rapport à l'utilisation de membranes d'immersion.
L'une des techniques les plus récentes pour éliminer certains gaz dissous de l'eau utilise des membranes. Avec ces membranes spéciales, il est possible d'éliminer le gaz de l'eau de manière économe en énergie et sans ajout de produits chimiques.
La membrane de dégazage est constituée de milliers de membranes en fibres creuses en polypropylène microporeux (semblables à des pailles) enroulées autour d'un tuyau de distribution. Étant donné que les membranes à fibres creuses sont hydrophobes (hydrofuges), le flux aqueux ne peut pas pénétrer à travers les pores, mais le gaz le peut. Le gaz peut être éliminé au niveau des pores en appliquant une pression plus élevée du côté aqueux que du côté gaz. Si des valeurs très faibles de gaz dissous doivent être réalisées, il est possible d'appliquer un vide du côté aspiration - le cas échéant, en combinaison avec un gaz de stripage (généralement de l'azote). Cela crée une force motrice qui déplace les gaz dissous de la phase aqueuse vers la phase gazeuse. Dans certains cas, par exemple, des niveaux d'oxygène <10 ppb peuvent être atteints.
En plus d'éliminer les gaz connus tels que l'ammonium, l'oxygène et le dioxyde de carbone, il est également possible d'éliminer le méthane de l'eau. Diverses études montrent que le méthane peut être extrait des eaux souterraines pour atteindre de faibles valeurs. Dans des situations favorables, ce méthane peut même être récupéré et utilisé comme source d'énergie.
L'électrodésionisation (EDI - aussi appelée CDI) ou l'électrodéionisation continue (CEDI) sont utilisées de manière interchangeable et sont des techniques permettant de produire de l'eau très pure (eau déminéralisée). La technique consiste en une combinaison de filtration membranaire et d'échange d'ions. Contrairement à un échangeur d'ions traditionnel, ce système de régénération ne nécessite aucun produit chimique. La résine échangeuse d'ions est située alternativement entre une membrane sélective pour les cations et une membrane sélective pour les anions. Ce sont les compartiments de production et de rejet.
En appliquant une tension continue au module CEDI, les ions dans l'eau d'alimentation sont transportés en direction des membranes sélectives d'ions qui les dirigent à la surface de la résine échangeuse d'ions. Les ions traversent la membrane et finissent dans les compartiments de rejet. Ils sont ainsi éliminés. Ce qui reste est de l'eau purifiée. La tension continue provoque la séparation de l'eau en ions H+ et OH-. Ceux-ci régénèrent à leur tour la résine échangeuse d'ions. Étant donné que les membranes sélectives ne laissent passer que les ions, seule une petite partie (5 à 10 %) de l'eau d'alimentation est utilisée pour éliminer les ions des compartiments de rejet comme concentrât.
