David Pauli EPF Lausanne 2008 Traitement des eaux usées industrielles Les membranes David Pauli EPF Lausanne 2008

Introduction 1 Historique 1748: Jean-Antoine Nollet « découvre » l’osmose 1950: première membrane d’osmose inverse, commercialisation de membranes de MF/UF 1970: développement de technologies MBR 1980: commercialisation de membranes NF Actuellement, MF+RO capacité de traitement environ 32’000 m3/j

Introduction 2 Membranes classées en 4 catégories Classification des Membranes: Membranes classées en 4 catégories Microfiltration (MF) Ultrafiltration (UF) Nanofiltration (NF) Osmose Inverse (RO) Buts Traitement des polluants conventionnels (DBO, TSS, azote, phosphore, agents pathogènes (bactéries, virus)). Traitement polluants non conventionnels (sels, métaux lourds, polluants organiques persistants) Traitement polluants émergents (médicaments, disrupteurs endocriniens)

Introduction 3

Caractéristiques générales 1 Mécanismes de séparation: MF et UF sieving: exclusion des particules par taille des pores (particules avec diamètre supérieur à taille pore ne passent pas). RO et NF sieving et solution/diffusion: les solvants et solutés se solubilisent dans la membrane et diffuse. Gradient de pression: flux à travers la membrane du à une différence de pression. Pression appliquée ou vide.

Caractéristiques générales 2 Structure physique des membranes: Membrane microporeuse: faite d’une seule matière Isotropique: taille des pores uniforme Anisotropique: taille des pores variable Membrane asymétrique Membrane TFC (Thin Film Composite)

Types de matériaux pour membranes Quelques exemples: Acétate de cellulose: peu chère et facile à fabriquer. Peu stable thermiquement, chimiquement et mécaniquement (max 30°C, pH entre 3 et 6, sensible au chlore). Polyamide: Bonne stabilité thermique et chimique (plus de 50°C, pH entre 3 et 11), meilleure perméabilité que l'acétate de cellulose. Sensible au chlore Polysulfone: Bonne stabilité thermique et chimique (plus de 75°C, pH de 1 à 13), facile à fabriquer. Mauvaise résistance aux composés aromatiques, ne supporte pas des pressions trop élevées. Céramique, métal (beaucoup + cher).

Agencement de membranes Sous forme de feuilles empilées: les membranes sont des feuillets plats empilés les uns sur les autres, séparé par des supports. Sous forme de spirale: avantage écoulement de l’eau parallèle à la membrane (seulement RO et NF). Sous forme de fibres creuses.

Problèmes rencontrés Le principal problème rencontré avec les membranes est l’encrassement de ces dernières (pores bouchés pour MF/UF, précipitation de sels et encrassement biologique pour RO/NF) ainsi que l’endommagement par des particules. Plusieurs solutions: prétraitements, backwashing (pour membrane en fibres creuses), nettoyage chimique (dépend du type de membrane) ex acide citrique, peroxyde d’hydrogène. RO et NF requiert une qualité de l’eau supérieure  prétraitement souvent important

Exemples Installation typique de traitement d’eau usée par des membranes: Traitement biologique suivi éventuellement d’un clarifieur, suivi d’une filtration par MF/UF (MBR) suivi de RO/NF.

Conclusion Traitement par membrane concerne tout types de polluants. Permet d’avoir une eau de très bonne qualité. Le coût à beaucoup baissé depuis une dizaine d’année, c’est donc un système de traitement qui est devenu compétitif.