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MINISTERE DE LAGRICULTURE, DELALIMENTATION, DE LA PECHE ET

DES AFFAIRES RURALES

Direction de lEspace Rural et de la

Fort

DOCUMENT TECHNIQUE

FNDAE

N14

LLeesspprrooccddssmmeemmbbrraannaaiirreessppoouurrlleettrraaiitteemmeennttddeelleeaauu

FONDS NATIONAL POUR LEDEVELOPPEMENT DES

ADDUCTIONS DEAUOffice International de lEau

SNIDE

Nouvelle version rdige par Jean-Marc BERLANDet Catherine JUERY

Dcembre 2002

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Sommaire

Par ti e I : Aspects thoriques __________________________________________________ 4

1. Historique des techniques et prsentation du principe gnral ____________________ 5

2. Les techniques sparatives membranes utilises dans le traitement des eaux ________ 72.1. Les diffrentes filires _____________________________________________________________________7

2.1.1. Losmose inverse_____________________________________________________________________82.1.2. La nanofiltration _____________________________________________________________________92.1.3. Lultrafiltration ______________________________________________________________________92.1.4. Microfiltration tangentielle ___________________________________________________________10

2.2. Caractrisation des membranes ____________________________________________________________11

2.2.1. Dfinition du taux de conversion ______________________________________________________112.2.2. Dfinition de la slectivit____________________________________________________________13

2.3. Structure ________________________________________________________________________________142.3.1. membranes organiques :______________________________________________________________142.3.2. membranes minrales ou inorganiques ________________________________________________152.3.3. membranes composites:______________________________________________________________ 152.3.4. membranes changeuses d'ions_______________________________________________________15

3. Les modules _________________________________________________________ 163.1. Les modules tubulaires ____________________________________________________________________163.2. Les modules fibres creuses ________________________________________________________________173.3. Les modules plans________________________________________________________________________173.4. Les modules spirales ______________________________________________________________________18

4. Les Matriaux utiliss __________________________________________________ 194.1. Les drivs de cellulose___________________________________________________________________194.2. Le polypropylne_________________________________________________________________________194.3. Les polysulfones _________________________________________________________________________19

5. Les diffrents systmes membranaires _____________________________________205.1. Systme de filtration membranaire sous pression _____________________________________________205.2. Systme membranes immerges __________________________________________________________21

6. Mise en uvre du procd, maintenance et entretien __________________________ 226.1. Slection du procd. _____________________________________________________________________226.2. Bases de conception et principes dentretien _________________________________________________23

6.2.1. Donnes gnrales requises pour la conception__________________________________________25

6.2.2. Rgles de conception ________________________________________________________________266.2.3. Types de produits chimiques utiliss ___________________________________________________286.2.4. Principes de maintenance pour conserver lintgrit des membranes _______________________296.2.5. Prvention du colmatage _____________________________________________________________306.2.6. Techniques de nettoyage des membranes _______________________________________________316.2.7. Rejets du procd ___________________________________________________________________316.2.8. Apport dun suivi long terme________________________________________________________316.2.9. Hygine et scurit __________________________________________________________________32

7. Les diffrentes chanes de traitement ______________________________________32

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Sommaire (suite)

Par ti e I I : Elments de cots et tudes de cas____________________________________ 36

8. Les techniques utilises et leurs cots ______________________________________378.1. Introduction _____________________________________________________________________________378.2. Techniques utilises ______________________________________________________________________388.3. Cots dinvestissement ____________________________________________________________________42

8.3.1. Origine de leau brute : eau de surface _________________________________________________438.3.2. Origine de leau brute : eau souterraine_________________________________________________458.3.3. Toutes origines deau brute confondues ________________________________________________47

8.4. Cots dexploitation ______________________________________________________________________51

9. Etudes de cas_________________________________________________________51

Cas de lusine de Magenta 2 (Ctes dArmor): nanofiltration - 130 m

3

/h ________________________52Cas de Vigneux sur Seine : ultrafiltration couple une filtration sur charbon procd CRISTAL -55 000 m3/jour___________________________________________________________________________56Cas du Syndicat du Pays de la Fillire (74) : ultrafiltration 80 m3 /h _____________________________59Cas du syndicat intercommunal des 7 communes (70) : ultrafiltration - 470 m3/jour_______________61Cas de IFFERNET (Lot) : ultrafiltration 60 m3 /h _____________________________________________62Cas de Vaujany (Isre) : microfiltration 250 m3 /h_____________________________________________ 63Cas de Bernay-Ouest ( 27) : microfiltration 1 000m3 /jour______________________________________64

GLOSSAIRE______________________________________________________________65

REFERENCES BIBL IOGRAPH IQUES _______________________________________68

Ce document technique a fait lobjet dune relecture de la part :

De Erich WITTMANN, Vivendi Water- Gnrale des Eaux

du professeur Guy MATEJKA, Responsable de la spcialit Eau et Environnementde lEcole Nationale Suprieure d'Ingnieurs de Limoges, directeur de recherche auLaboratoire des Sciences de l'Eau et de l'Environnement

Quils soient remercis pour leurs conseils aviss.

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PPaarrttiieeII::AAssppeeccttsstthhoorriiqquueess

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La principale caractristique des techniques de sparation membranaires est de mettre enuvre des systmes polyphass constitus par : le fluide traiter ; le fluide trait (une solution dpolluer, une eau dessaler) ; la membrane.

Ces systmes en fonctionnement sont hors dtat dquilibre et vont tendre de matirespontane vers un nouvel tat dquilibre. Cette volution implique obligatoirement untransfert de matire et dnergie au niveau de la surface de contact entre les deux phases,cest dire au niveau de linterface (cf. graphique 2), sous leffet des contraintes imposesau systme.

Figure 2 : Lors du transfert de lespce i entre les deux phases 1 et 2,la membrane joue le rle dinterface.

La barrire (physique ou chimique) constitue par la membrane va jouer le rle dinterfaceslective entre les deux phases. Le transfert de matire dune phase lautre va dpendrede lintensit de la contrainte applique de part et dautre de cette interface. Cette contraintea pour but dacclrer le processus de sparation. Elle peut tre : un gradient de pression (P) ; un gradient de potentiel lectrique () ; un gradient de potentiel chimique (i) ;

Tableau 1 : Classification des techniques utilisantdes membranes (condition isothermes)

Ionophores* Poreuses Densesgradient de potentiel chimique (i) Dialyse Ionoique Dialyse Molculaire

(Hmodialyse)Osmose

un gradient de potentiel lectrique () Electrodialyse Electro-Ultrafiltration Electro-osmose

un gradient de pression (P) Pizodialyse Micro-, Ultra-, Nano-filtration**

Osmose inverse

* Ionophores : molcules des membranes responsables des transferts ioniques

** nanofiltration : membranes intermdiaires entre poreuses et denses

i ii

Interface

Phase 1

Phase 2

Transfert de i

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Pour synthtiser, on peut affirmer que les techniques sparatives membranes sont desprocds physiques de sparation qui utilisent les proprits de tamisage molculaire dunemembrane poreuse balaye par le liquide contenant les constituants sparer.

Lors dune filtration classique, la suspension traiter est amene perpendiculairement aumdia filtrant. Une accumulation de matires se produit formant une couche qui diminue la

porosit et, par la mme, le dbit de filtration (MAUREL Alain 1993).Dans le cas des techniques membrane, lcoulement du fluide filtrer est continu etfrontal lorsque la qualit de leau le permet, sinon, tangentiel.

Lobjectif de lcoulement tangentiel est dviter laccumulation continue sur la membranedes espces (particules, molcules, ions) retenues par cette dernire. Le rapport entre ledbit de circulation de la solution filtrer et le dbit de permat peut tre dun plusieursfacteurs 100 dans le cas dun tube dultrafiltration standard.

2. Les techniques sparatives membranes utilises dans letraitement des eaux

2.1 . Les d if frentes fi lires

Le tableau ci-dessous prsente le champ dapplication des diffrentes techniques de filtrationclassique et des diffrentes techniques de sparation par membrane.

Tableau 2 : Diffrents composs rencontrs dans les eaux naturelles et les techniquespermettant leur limination (BOUCHARD et al. 2000)

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2.1.1. Losmose inverse

Losmose inverse utilise des membranes denses qui laissent passer leau et arrtant tous lessels.

Cette technique est utilise pour : Le dessalement des eaux de mer ; Le dessalement des eaux saumtres ; La production deau ultra pure ; La production deau de process

Le phnomne dosmose est un phnomne qui tend quilibrer la concentration en solutsde part et dautre dune membrane semi-permable. Le phnomne dosmose est unphnomne naturel courant, notamment travers les membranes cellulaires.

La membrane semi-permable laissera passer le solvant (le solut ne passe pas) pour

quilibrer la concentration. La diffrence de concentration cre une pression, appelePression osmotique. Pour inverser le passage du solvant et augmenter la diffrence deconcentration, il faut appliquer une pression suprieure la pression osmotique.

Figure 3 : Principe de losmose inverse (daprs site Internet relatif au gnie alimentairehttp://perso.wanadoo.fr/jose.braun/separation/uf_et_oi.htm consult en octobre 2002)

La pression osmotique est dautant plus importante que la concentration est leve et quela masse molaire est faible.

Nota bene : la pression osmotique de leau de mer est de lordre de 25 bars

Osmose Osmose inverse

Pression >

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Photographie 1 : Installation de dessalement d'eau de mer tangentielle (source : siteinternet du club franais des membranes http://www.cfm-membrane.com consult en

octobre 2002)

2.1.2. La nanofiltration

Cette technique se situe entre losmose inverse et lultrafiltration. Elle permet la sparationde composants ayant une taille en solution voisine de celle du nanomtre (soit 10 ) doson nom. Les sels ioniss monovalents et les composs organiques non ioniss de massemolaire infrieure environ 200 - 250 g/mol ne sont pas retenus par ce type de membrane.Les sels ioniss multivalents (calcium, magnsium, aluminium, sulfates) et les compossorganiques non ioniss de masse molaire suprieure environ 250 g/mol sont, par contre,

fortement retenus (MAUREL Alain 1993).

Nota Bene : Dans le cas des macromolcules, lunit de masse molaire que lon utilise est ledalton : 1 Da = 1 g/mol.

Les mcanismes de transfert sont intermdiaires entre ceux de losmose inverse et ceux delultrafiltration. Cette technique est souvent utilise pour ladoucissement des eaux.

2.1.3. Lultrafiltration

Lultrafiltration utilise des membranes microporeuses dont les diamtres de pores sontcompris entre 1 et 100 nm. De telles membranes laissent passer les petites molcules (eau,sels) et arrtent les molcules de masse molaire leve (polymres, protines, collodes)(MAUREL Alain 1993). Pour cette raison, cette technique est utilise pour llimination demacrosoluts prsents dans les effluents ou dans leau usage domestique, industriel(lectronique) ou mdical.

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Figure 4 : Principe de lultrafiltration (daprs site Internet relatif au gnie alimentairehttp://perso.wanadoo.fr/jose.braun/separation/uf_et_oi.htm consult en octobre 2002)

2.1.4. Microfiltration tangentielle

Ce procd de sparation solide-liquide met en uvre des membranes dont les diamtresde pores sont compris entre 0,1 et 10 m. Il permet donc la rtention des particules ensuspension, des bactries et indirectement des collodes et de certains ions aprs fixation deces derniers sur des plus grosses particules obtenues par complexation, prcipitation oufloculation.

Thoriquement, la diffrence entre ultrafiltration et microfiltration est trs nette.

lultrafiltration fonctionne en phase liquide homogne alors que la microfiltration apour objectif une sparation solide-liquide ; la pression de travail est gnralement plus faible dans le cas de la microfiltration

(Pressiontransmembranaire < 3 bars) ; les flux de filtration sont souvent plus importants dans le cas de la microfiltration.

Cependant, du point de vue technologique, les deux techniques peuvent se recouper. Ainsi,pour minimiser les phnomnes de colmatage et viter que des particules solides pntrentdans les pores des membranes, on a souvent intrt utiliser des membranesdultrafiltration pour effectuer une opration de microfiltration. Inversement, une membranede microfiltration peut devenir une membrane dultrafiltration (1 100 nm) ou mmedosmose inverse (< 1 nm) par suite de la formation en cours de fonctionnement dunecouche de gel porosit trs fine (membrane dynamique).

Permat

RtentatSolution

Membrane

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Photographie 2 : Membranes de microfiltration (source : Gnrale des Eaux)

2.2. Carac tris ati on des membr anes

Le taux de conversion et la slectivit des membranes sont des deux grandes notions quipermettent de caractriser les membranes.

2.2.1. Dfinition du taux de conversion

Comme nous lavons dj voqu en conclusion du chapitre 1, dans le cas des techniques membrane, lcoulement du fluide filtrer peut tre continu et tangentiel (cf. figure ci-dessous).

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Figure 5 : Comparaison entre filtration classique (ou frontale)et filtration tangentielle (daprs MAUREL Alain 1993)

La solution traiter (dbit Qo) se divise au niveau de la membrane en deux parties deconcentrations diffrentes : une partie qui passe travers la membrane ou permat (dbit Qp) ; une partie qui ne passe pas travers la membrane, appele concentrat ou rtentat

(dbit Qc), et qui contient les molcules ou particules retenues par la membrane.

La fraction de dbit du liquide qui traverse la membrane est appele taux de conversion delopration de sparation :

Dans le cas du traitement des eaux, cest le permat qui est le flux valoris.

Qp

Filtrationclassique

Qo

Qp

Filtrationtangentiell

Qo Qc

Membrane

Epaisseurde dpot

D bit defiltration

Epaisseurde dpot

D bit defiltration

Temps Temps

Qo = Qp Qp + Qc= Qo

Qp

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2.2.2. Dfinition de la slectivit

La slectivit dune membrane est, en gnral, dfinie par le taux de rejet (appel aussi tauxde rtention) de lespce (sel, macromolcule, particule) que la membrane est censeretenir :

Avec Co= concentration de lespce retenir dans la solution

et Cp= concentration de la mme espce dans le permat

Dans le cas de losmose inverse, le solut de rfrence est souvent le chlorure de sodium(NaCl), la dminralisation des eaux tant lapplication la plus importante. Certaines

membranes dveloppes pour le dessalement de leau de mer ont un taux de rejet auchlorure de sodium de 99 % environ. Dautres, dveloppes pour le dessalement des eauxsaumtres, prsentent un taux de rejet au NaCl de 96 %.

Dans le cas de lultrafiltration, lefficacit de la membrane est, en gnral, caractrise par leseuil de coupure (cut-off en anglais). Il sagit de la masse molaire (g/mol) correspondant une rtention pratiquement totale (90 % le plus souvent) dune macromolcule dtermine.

Figure 6 : Caractrisation de la slectivit dune membrane dultrafiltration

TR =Co Cp

Co= 1

Cp

Co

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

103 104 105 106

Masse molaire M (g / mol)

Taux de rejet TR

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Cette notion de seuil de coupure na pas de sens dans le cas de losmose inverse. En effet,dans ce cas, des entits chimiques de mme taille peuvent avoir, dans les mmes conditionsopratoires, des taux de rejets trs diffrents. De mme, cette notion na pas de sens enmicrofiltration malgr une certaine analogie sur le plan des mcanismes, les espcesretenues (micro-organismes, boues) ne pouvant tre dfinies ni par une masse molaire nipar une taille en dehors dun diamtre apparent ou quivalent.

Dans le cas de la microfiltration tangentielle, la slectivit de la membrane est caractrise,en gnral, par son diamtre de pore (0,45 m par exemple)

2.3. Structu re

La structure des matriaux permet de distinguer trois types de membranes (Source : SiteInternet EVARISTE serveur du ministre charg de l'industrie consacr l'innovation

industrielle et technologique, http://www.evariste.org, consult en octobre 2002) : les membranes isotropes, elles ont des proprits structurelles constantes sur toute

leur paisseur ; les membranes anisotropes, leur structure composite varie de la surface de la

membrane vers l'intrieur ; les membranes liquides.

Selon la nature des matriaux constitutifs des membranes on parle galement de : membranes organiques ; membranes minrales ou inorganiques ; membranes composites ; membranes changeuses d'ions.

2.3.1. membranes organiques :

Elles sont fabriques, pour la plupart dentre elles, partir de polymres organiques (actatede cellulose, polysulfones, polyamides, etc). Les qualits de ces matriaux leur confrentune grande adaptabilit aux diffrentes applications. Environ 90 % des membranesd'ultrafiltration et de microfiltration sont constitues de membranes organiques ;

Le tableau ci-dessous regroupe les avantages et inconvnients des membranes organiquessuivants leur composition en se basant sur les critres suivants : Permabilit ; Slectivit ; Stabilit chimique ou thermique ; Sensibilit au chlore.

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Tableau 3 : avantages et inconvnients des membranes organiquessuivant leur composition

Avantages InconvnientsActate de cellulose Permabilit leve

Slectivit leveMise en uvre assez aiseAdsorption des protines faible=> colmatage moindre

Sensible la tempratureSensible au pHSensible au chloreSensible au compactageSensible aux microorganismes

Type polyamide Bonne stabil it chimique, thermique et mcanique. Grande sensibili t au chloreFaible permabilitPhnomnes dadsorption

Type polysulfone Bonne stabilit thermique et au pHRsistance au chlore5 mg/l fonctionnement normal50 mg/l stockage200 mg/l traitement de choc

Sensible au compactageAdsorptions

Matriaux acryliques Bonne stabilit thermique et chimiqueStockage sec possible

Faible rsistance mcaniquePores de diamtres assezlevs

Matriaux fluors Bonne stabilit thermique et chimique Faible permabilitMicrofiltration uniquement

Membranes composites Bonnes caractristiques : permabilit et slectivitStabilit de pH 2 11Bonne tenue en temprature

2.3.2. membranesminrales ou inorganiques

Ces techniques se sont diffuses plus tardivement que les membranes organiques. Cesmembranes sont composes de corps entirement minraux (matires cramiques, mtal

fritt, verre). Leur arrive a permis de travailler dans des conditions extrmes de tempratureet d'agression chimique, ce qui a ouvert de nouvelles voies dans la sparation parmembrane.

Les membranes dites dynamiques sont fabriques par lutilisateur partir de tubes poreuxdont le diamtre des pores est compris entre 0.5 et 5 m. Une dispersion collodale dezirconium associe des copolymres est introduite lintrieur des tubes. Certaines de cesmembranes peuvent trouver des applications en eaux uses.

2.3.3. membranescomposites:

Apparues au dbut des annes 1990, elles sont caractrises par une structure asymtriquedont la peau est beaucoup plus fine que celle des membranes classiques non composites etpar une superposition de plusieurs couches diffrencies soit par leur nature chimique, soitpar leur tat physique. Elles peuvent tre organiques (superposition de polymresorganiques diffrents), organo-minrales ou minrales (association de carbone ou d'aluminecomme support et de mtaux tels le zircone, l'alumine et le titane) ;

2.3.4. membraneschangeuses d'ions

Introduites en 1950, elles fonctionnent sur le principe du rejet d'ions grce leur charge. Les

techniques d'lectrodialyse, la dialyse et l'lectro-dsionisation font appel cette

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technologie. Leur principal domaine d'application actuel est le dessalement de l'eau et letraitement des effluents des installations de protection et de dcoration des mtaux.

De nouvelles gnrations demembranes, notamment anioniques et bipolaires, prsentantune rsistance chimique amliore sont apparues sur le march.

Ces techniques lectromembranaires sont aujourd'hui au nombre de trois : l'lectrodialyse (ED) dite conventionnelle ; l'lectrodialyse membranes bipolaires (EDMB) ; l'lectrodialyse membranes (EM).

Le point commun de ces techniques est la mise en uvre de membraneschangeusesd'ions permettant de transfrer des ions de faon slective sous l'effetd'un champ lectrique.

Electrodialyse conventionnelle principe

Le terme dialyse dsigne la diffusion d'un solut travers une membrane qui lui estpermable. L'lectrodialyse dsigne le transfert d'ions travers une membrane quileur estpermable sous l'effet d'un champ lectrique.

Electrodialyse membranes bipolaires principe

Les membranes bipolaires sont constitues d'une face permable aux anions et d'une facepermable aux cations.

Sous l'effet d'un champ lectrique, l'eau prsente au cur de la membrane est dissocie enions H+ et OH- gnrs respectivement par les faces cationiques et anioniques.

Electrolyse membranes - principeL'lectrolyse membranes est la technique lectromembranaire dans laquelle on couple leseffets d'une lectrodialyse (migration d'ions au travers d'une membrane semi-permable) ceux d'une lectrolyse (ractions aux lectrodes).

3. Les modules

Les modulessupportent les membranes, 4 grands types de modules sont commercialiss : Les modules tubulaires ; Les modules fibres creuses ; Les modules plans ; Les modules spirales

3.1. Les mo dules tubu laires

Un module tubulaire contient plusieurs tubes qui peuvent tre en srie ou en parallle. Leau traiter circule lintrieur des tubes et le permat est recueilli lextrieur des tubes. Lestubes constituent des canaux dcoulement tangentiel. Cest le seul type de module qui peut

tre nettoy mcaniquement avec un systme de balles de mousse qui raclent les paroisdes tubes (BOUCHARD et al. 2000). Lcoulement lintrieur des tubes est turbulent,

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voire trs turbulent (APTEL et BUCKLEY 1996). A cause de la taille des canauxtangentiels, cette configuration entrane a priori une dpense dnergie plus importante quedans les autres configurations.

3.2. Les modules fibres c reusesLes fibres creuses sont assembles en parallle suivant deux configurations : Configuration Int-Ext (schma a) : comme cest le cas pour les modules tubulaires,

leau traiter circule lintrieur des fibres et le permat est rcupr lextrieurdes fibres. Il y a coulement tangentiel canalis lintrieur des fibres ;

Configuration Ext-Int (schma b et c) : leau circule lextrieur des fibres et lepermat est rcupr lintrieur des fibres. Lcoulement entre les fibres est libre.

Dans les deux cas, les membranes sont assembles en faisceaux et leurs extrmits sontnoyes dans des bouchons de colle qui isolent le permat de leau traiter (BUISSON et al

1998). Un module industriel peut-tre constitu de dizaines de milliers de fibres. Les fibrescreuses supportent des rtrolavages. Lcoulement lintrieur des fibres creuses est, selon

toutes probabilits, laminaire (APTEL et BUCKLEY 1996).

Figure 7 : Modules fibres creuses (BOUCHARD et al. 2000).

3.3. Les mo dules plans

Les modules planssont les plus anciens et les plus simples : les membranes sont empilesen mille-feuilles spares par des cadres intermdiaires qui assurent la circulation des

fluides.

Schma a Schma b Schma c

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3.4. Les mo dules spirales

Au sein des modules spirales,une membrane plane est enroule sur elle-mme autour d'untube poreux qui recueille le filtrat. On obtient ainsi un cylindre multi-couches o le permat

s'coule selon un chemin spiral vers le tube poreux tandis que l'alimentation circuleaxialement dans les canaux.

Figure 8 : Structure interne dune membrane spirale (daprs Degrmont 1989et site Internet de la socit SOFRANCE http://www.sofrance.com/findex.html,

consult en octobre 1992)

1 Entre deau2 Sortie de concentrat3 Sortie de permat4 Sens dcoulement de leau brute5 Sens dcoulement du permat6 Matriau de protection7 Joint dtanchit entre module et enveloppe8 Perforations collectant le permat

9 Espaceur10 Membrane11 Collecteur de permat

1

2

3

4

5

6

78

9

10

11

10

9

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4. Les Matriaux utiliss

Une grande varit de polymres est utilise pour la fabrication des membranes destines la production deau potable (Zeman et Zydney 1996 ; BUISSON H., LEBEAU T.,LELIEVRE C. HERREMANS L. 1998). Pour tout systme membranaire construit sur leterritoire franais il convient de bien vrifier que les matriaux utiliss ont lagrment

obligatoire. Cet agrment ne peut tre dlivr quaprs avis du Conseil Suprieur dHyginePublic de France (CSHPF), en application de larticle L.21 du Code de la Sant Publique.

Pour des raisons bien comprhensibles de protection de leur secret de fabrication, lesfabricants hsitent dvoiler avec prcision la nature chimique des constituants de leursmembranes et prfrent en indiquer les principales proprits en termes : de rsistance mcanique (dterminant la dure de vie et lintgrit des membranes) ; dhydrophilicit (dterminant la rsistance au colmatage) ; de stabilit chimique (rsistance aux agents lavants).

4.1. Les drivs de c el lu lo seLes drivs de cellulose sont utiliss pour la fabrication des membranes asymtriquesdultrafiltration, de nanofiltration et dosmose inverse.

Sous leffet de fortes pressions, ils ont tendance se compacter entranant une diminutionirrversible de la permabilit. Ce phnomne ne se produit pas en ultrafiltration o lespressions faibles.

Ces matriaux prsentent une forte hydrophilicit garantissant une faible tendance aucolmatage.

Leur stabilis chimique est rduite. Les pH opratoires doivent rester dans une gamme allantde 4 6,5 et la temprature doit rester infrieure 40c pour viter lhydrolyse du matriau.

Les drivs de cellulose supportent une exposition continue de faibles concentrations dechlore. Il ne faut donc pas hsiter pratique une chloration avant membrane qui vitera leurdgradation complte par les micro-organismes (BUISSON H., LEBEAU T., LELIEVRE C.HERREMANS L. 1998).

4.2. Le po lyp ropy lne

Le polypropylne est utilis pour la fabrication de membranes de microfiltration. Il sagit dunmatriau lastique qui rsiste bien, sur le plan mcanique, aux rtrolavages.

Le caractre hydrophobe de ce matriau le rend assez sensible au colmatage. Il prsenteune bonne stabilit chimique dans une large gamme de pH mais peut tre dtruit par lechlore dont lusage est donc proscrit (BUISSON H., LEBEAU T., LELIEVRE C.HERREMANS L. 1998).

4.3. Les polys ul fon es

Les polysulfones sont utiliss pour la fabrication de membranes dultrafiltration. Ils peuventtre utiliss tel quel ou servir de support une couche fine de sparation au sein desmembranes composites de nanofiltration ou dosmose inverse.

Les proprits mcaniques de ce matriau ainsi que sa rsistance chimique son excellentes

(rsistance une large gamme de pH et une exposition continue au chlore).

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En revanche, le caractre hydrophobe des polysulfones les rendent sensible au colmatagepar adsorption des molcules organiques (BUISSON H., LEBEAU T., LELIEVRE C.HERREMANS L. 1998).

5. Les diffrents systmes membranaires

Un systme membranaire comprend : Un systme de prtraitement ; Des pompes ; Un systme dagitation (pour les systmes membranes immerges) ; Un ensemble de module ; Un poste unitaire chimique de nettoyage ; Un post-traitement chimique au besoin.

Le prtraitement vise prvenir le colmatage prmatur des membranes et / ou des canauxdcoulement tangentiel. Les pompes servent btir la pression transmembraine. Lespompes ou un systme dagitation permettent la circulation de leau traiter dans lesmodules ou entres les modules. La sparation est assure dans les modules membranaires.Le post traitement chimique permet dajuster, ou de rajuster, la composition chimique deleau traite (source : Guide de conception des installations de production d'eau potableprsent en ligne sur le site Internet dEnvironnement Qubec http://www.menv.gouv.qc.ca,consult en octobre 2002).

Suivant la manire dont est applique la pression membranaire, deux types de systmespeuvent tre distingus : Les systmes de filtration sous pression ; Les systmes membranes immerges.

5.1. Systme de fi l tratio n m emb ranaire so us pr essio n

Dans le cas dun systme de filtration sous pression, les modules sont installs dans descaissons pressuriss (cf. figure ci-dessous schma a). Une pompe additionnelle peut servir la recirculation du concentrat lentre des modules (cf. figure ci- dessous schma b).Lajustement du dbit dalimentation et lajustement dune vanne, situe en aval desmodules, permettent de contrler la pression transmembranaire et le taux de rcupration

global. Le permat est gnralement une pression proche de la pression atmosphrique.Les diffrents types de modules peuvent tre mis en uvre de cette faon. Plusieursmodules peuvent tre placs en srie dans un mme caisson comme dans le cas desmodules spirals o un caisson peut contenir de un six modules spirals. Plusieurscaissons peuvent tre utiliss en srie et / ou en parallle (source : Guide de conception desinstallations de production d'eau potable prsent en ligne sur le site Internet dEnvironnementQubec http://www.menv.gouv.qc.ca, consult en octobre 2002).

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Figure 9 : Systmes de filtration membranaires sous pression Schma a : configuration multi-tage

Figure 10 : Systmes de filtration membranaires sous pression Schma b : configuration avec recirculation

5.2 . Sy stme mem bran es im merges

Dans un systme membranes immerges, les membranes sont plonges dans un bassinaliment avec leau traiter (cf. figure ci-dessous). Le ct alimentation est soumis unepression hydrostatique et un vide partiel est appliqu du ct permat. Lagitation de leauautour des membranes (coulement tangentiel libre) rduit laccumulation de particules lasurface des fibres. La vitesse de soutirage du concentrat mme le bassin contrle le tauxde rcupration. Dans le domaine de leau potable, cette configuration nexiste actuellement

quavec des membranes fibre creuses de types UMF (source : Guide de conception des

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installations de production d'eau potable prsent en ligne sur le site Internet dEnvironnementQubec http://www.menv.gouv.qc.ca, consult en octobre 2002).

Figure 11 : Systme membranes immerges

A : alimentationC : concentratP : permat

6. Mise en uvre du procd, maintenance et entretien

6.1 . Slec tion du p rocd.

La figure simplifie suivante permet de mieux comprendre comment slectionner le meilleurprocd membranes selon des critres de qualit et de traitement donns (daprsBergman et Lozier 1993).

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Figure 12 : Slection du procd

6.2. Bases d e con ception et pr inc ip es dentret ien

La conception dun systme consiste dterminer les points suivants : type de membrane ; type de module ; mode dopration ; nombre dunits de traitement ; nombre de modules par unit de traitement et agencement des modules lintrieur

dune unit de traitement ;

Eliminationdes particules

seulement

OuiMicrofiltration ou

ultrafiltration grands pores

Non

Eliminationdes substances

dissoutes

Masse molculaire >

10.000 D

Non

Oui

Eliminationdes ions

divalents

Non

Masse molculaire >

200 - 250 D

OuiUltrafiltration

petits pores

Oui OuiNanofiltration

Elimination des

sels < 35 g/l

Non

Oui

Electrodialyse

(Inefficace pour les

micro-organismes)Non

Osmose inverse

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nombre, type et caractristiques des pompes ; conditions dopration des modules :

pressions ; dbits ; taux de rcupration ;

frquence, dbits et conditions des rtrolavages type, caractristiques et conditions dopration du pr-traitement ; procdures de lavage des membranes ; procdure de vrification de lintgrit des membranes ; procdure dhygine et de scurit ; estimation de la consommation dnergie et de produits chimiques.

Ces paramtres doivent tre dtermins par un concepteur professionnel hautement qualifi.Il doit concevoir le systme en fonction : des caractristiques de leau brute ; des objectifs de traitement (quantit et qualit) ;

des conditions environnementales ; des contraintes techniques inhrentes la technologie des membranes au momentde la conception ;

des ressources techniques et humaines disponibles.

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6.2.1. Donnes gnrales requises pour la conception

Le tableau ci-aprs prsente les donnes qui jouent un rle particulier dans la conceptiondun systme dun systme membranaire.

Donn requise pour la

conception

Observations

Qualit de leau brute

Potentiel colmatant desparticules en suspension

Ce paramtre peux tre valu laide du test de SDI (Silt Density Index = filtration duneeau 0,45 m et mesure de la baisse de vitesse de filtration due au colmatage du filtre). Lamesure de la turbidit et / ou les comptes de particules de leau brute peuvent aussi treutiliss pour valuer ce potentiel.

Variation de la temprature deleau

Cette variation affecte directement et significativement la permabilit des membranes,ainsi que le taux de rtention en nanofiltration et osmose inverse

MON Matire OrganiqueNaturelle

Elle est prsente naturellement dans l'eau brute mais sa quantit et sa ractivit diffrentselon les sources d'eau considres (lac, rivire, ruisseau, eau souterraine). Elle estprincipalement le rsultat de la dgradation, totale ou partielle, de la faune et la floreentourant et constituant le systme aquatique o l'eau brute est puise.Les MON jouent un rle important dans la formation des sous-produits de dsinfection(SPD). Par ailleurs, les membranes se distinguent les unes des autres par leur taux dertention de la MON.La nature de la MON varie d'un cours d'eau l'autre. Cette constatation implique que lacaractrisation chimique de la MON doit tre faite pour chaque type d'eau et qu'elle peutdifficilement tre gnralise.La mesure du carbone organique total (COT) et de labsorbance UV 254nm permettre decaractris la MON. En effet, plus le rapport UV / COT augmente et plus la MON estdorigine hydrophobe et donc plus la masse molaire de la MON est leve, plus le pouvoircolmatant de la MON augmente et plus la fraction coagulable de MON augmente.

Alcalinit Ce paramtre est particulirement important quand il y a coagulation avant filtration surmembrane.

Conductivit Ce paramtre permet destimer la pression osmotique et donc la pression minimale appliquer : Pression osmotique (kPa) = 0,046 conductivit (S / cm).

Duret et prsence de sel dontla limite de solubilit pourrait

tre dpasse (membranes deNF et dOI)

Les sels les plus courants qui risquent de prcipiter sont CaCO3, CaSO4, BaSO4, SrSO4,SiO2. A cela, il faut ajouter les risques de prcipitation des sels de fer, de manganse et de

magnsium.

Risques dvnementsponctuels de pollution

Cette situation peut, par exemple, impliquer lajout occasionnel de charbon activ enpoudre.

Conditions environnementales

Disponibilit de la ressourceen terme de quantit

Une disponibilit rduite de leau brute exigera un taux lev de rcupration

Conditions dans lesquelles lerejet contrl du concentratdans lenvironnement peuttre autoris.

Cela va conditionner le taux global de rcupration ainsi que le choix des produitschimiques utiliser.

Relation entre les conditions

dopration et le colmatagedes membranes

Les conditions dopration peuvent influencer fortement les risques de colmatage des

membranes. Elles doivent donc tre tablies en fonction de la dure de vie cible desmembranes. Elles vont galement influencer le dimensionnement des ouvrages. Des tudespilotes peuvent savrer ncessaires afin doptimiser les conditions dopration. Lesfournisseurs de membranes et de modules peuvent aussi donner des directives / rgles cesujet.

Ressources humaines et

techniques

Du niveau dautomatisation et dautonomie des systmes dpendra la spcialisation dupersonnel.

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6.2.2. Rgles de conception

Choix du type de membrane

Lobjectif de sparation le plus contraignant devrait permettre de faire un tri au niveau desprocds membranaires.

Si la source de deau brute est une eau de surface, la membrane doit tre choisie en fonctionde son aptitude enlever les virus et sur le niveau dabattement du COT.

Si la source deau brute est une eau souterraine, la membrane doit tre choisie en fonctionde l'aptitude enlever les sels (source : Guide de conception des installations de productiond'eau potable prsent en ligne sur le site Internet dEnvironnement Qubechttp://www.menv.gouv.qc.ca, consult en octobre 2002).

Choix du type de module

Les critres de choix des modules peuvent porter sur : Leur compacit ; La taille de leurs canaux dcoulement tangentiel ; Le dispositif qui assure ltanchit entre les compartiments deau traiter et de

permat (li lintgrit des systmes) ; Leur plus ou moins grande facilit de montage et de dmontage.

N. B. : la taille des canaux dcoulement tangentiel a un effet sur : le niveau de pr-filtration requis pour viter dobstruer les canaux dcoulement

tangentiel ; lnergie requise pour maintenir lcoulement tangentiel ; la perte de charge due lcoulement tangentiel ; la facilit de dsinfection et laccessibilit la surface de membrane ; le volume mort

Les diffrents types de modules sont compars dans le tableau ci-dessous.

Tableau 4 : Caractristiques des modules (daprs Aptel et Buckley, 1996)

Module spiral Fibre creuse int-ext Fibre creuse ext-int Module tubulaireCompacit ++ +++ +++ -Facilit de nettoyage chimique - - - ++Lavage mcanique - - - +++

Rtrolavage - +++ +++ -(a)

Perte de charge due lcoulement tangentiel

++ + +++ Variable (b)

Pr-filtration requise - + ++ +++

+++ : net avantage.- : net dsavantage.(a) : seules les membranes inorganiques tubulaires, o la couche superficielle est lie chimiquement au support,supportent les rtrolavages.(b) : de faible (tubes en parallle dans un module) fort (grand nombre de modules en srie dans un module).

Choix des conditions dexploitation

Les conditions dexploitation sont : La gamme de pressions transmembranaires ;

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La gamme des vitesses de permation ; La gamme de taux de rcupration par module (taux de rcupration dun

module ; La gamme de vitesse / dbit dcoulement tangentiel (systmes sous pression) ou

le taux dagitation (membranes immerges).

Deux cas peuvent se prsenter : 1ercas : les taux de sparation ne sont pas ou peu dpendants des conditions

dexploitation. Les conditions dexploitation doivent alors tre fixes en fonction ducolmatage des membranes.

2ecas : Les taux de sparation sont dpendants des conditions dexploitation. Lesconditions dexploitation doivent alors tre fixes en fonction du colmatage desmembranes et en fonction des objectifs de sparation.

Les relations entre les conditions dexploitation et les taux de rtention sont dterminsexprimentalement. Dans certains cas ces donnes sont transmises par les manufacturiersde membranes.

Les conditions dexploitation ont un impact dterminant sur les vitesses de colmatage desmembranes. On peut choisir entre deux options (source : Guide de conception desinstallations de production d'eau potable prsent en ligne sur le site Internet dEnvironnementQubec http://www.menv.gouv.qc.ca, consult en octobre 2002). :

1reoption : oprer dans des conditions plus difficiles (vitesse de permation et / ou taux dercupration par module plus levs) et procder des lavages plus frquemment. Cetteapproche permet a prioride rduire la surface de la membrane, et, par consquent, les cotsde construction, mais entrane des pressions transmembranaires plus leves. Ceciaugmente les cots dopration et peut limiter la dure de vie des membranes.

2meoption : mettre laccent sur la prvention du colmatage en oprant dans des conditionsplus faciles (vitesse de permation et/ou taux de rcupration par module plus faible et/ourtrolavage plus frquents). Cette approche permet de rduire la frquence des lavages, etventuellement augmente la dure de vie des membranes, mais peut requrir plus desurface de membrane et/ou dnergie de circulation.

Les ordres de grandeur des vitesses et des pressions dopration pour les diffrents typesde procds sont prsents dans le tableau ci-dessous. Ces valeurs sont celles pratiquesactuellement en matire de filtration sur membrane dans le domaine de leau potable.

Tableau 5 : Ordres de grandeur des vitesses et des pressions dopration (valeurs

sont celles pratiques actuellement en matire de filtration sur membrane dans ledomaine de leau potable)

Pression transmembranaireVitesse de permation(L/h.m)) (KPa) (psi)

Osmose inverse 10 15 500 7000 70 800Nanofiltration 15 35 400 1400 60 200Utrafiltration 20 100 100 700 15 100Microfilration 40 150 30 100 5 15

Par ailleurs, les membranes polymriques ont tendance se compacter avec le temps, cequi entrane une baisse de permabilit. Afin de limiter cette baisse de permabilit, quil nefaut pas confondre avec le colmatage, les fabricants de membranes dfinissent des

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pressions maximales ne pas dpasser. La pression maximale dpend aussi de larsistance mcanique de la membrane (cas des fibres creuses en particulier).

Les pressions minimales dopration dpendent de la pression osmotique, qui elle-mmedpend de la nature des espces sparer et de leur concentration au voisinage de lamembrane. Ces considrations permettent de dlimiter les gammes dopration en pression.

Configuration des units de traitement (systmes sous pression)

Un systme est gnralement divis en plusieurs units dont capacit de production nedpasse pas quelques milliers de m3/d chacune (AWWA, 1999B). Dans la pratique, deuxapproches sont utilises pour augmenter le taux global de rcupration :

augmenter le nombre de modules en srie et/ou faire une boucle de recirculation (cf. figures 9 et 10).

Dans le cas des modules en sries, la concentration augmente, la pression et le dbitdcoulement diminuent damont en aval. La perte de charge due lcoulement tangentiellimite donc le nombre de modules en srie. Lajout dune pompe de surpression entre deuxtages permet de pallier ce problme.

Lorsquil y a recirculation, le dbit et la concentration (espces retenues) sont augments lentre des modules. En consquence, dun cot laccumulation de matire la surface desmembranes (augmentation de lcoulement tangentiel) est rduite, de lautre cot, il y aaugmentation de concentration lentre. Lorsquil y a recirculation, la consommationdnergie de circulation tangentielle est augmente.

Cest un bilan global des avantages et inconvnients (colmatage, consommation dnergie,pompe) des deux approches, ou dune combinaison des approches, qui permettra dtablir lasolution la plus avantageuse (source : Guide de conception des installations de productiond'eau potable prsent en ligne sur le site Internet dEnvironnement Qubechttp://www.menv.gouv.qc.ca, consult en octobre 2002).

6.2.3. Types de produits chimiques utiliss

Les produits chimiques qui peuvent tre ajouts en continu sont les suivants :

Inhibiteur de prcipitation (pr-traitement) ; Coagulant (pr-traitement) ; Acide (pr-traitement) ; Alcalin (pr ou post-traitement) ;

Il est possible dintgrer une tape de pr-dsinfection avant filtration sur membranes pourlimiter le colmatage biologique des membranes et maintenir ltat sanitaire du systme. Ledsavantage de cette solution est de risquer dentraner la formation dune quantitexcessive de sous-produits de dsinfection. Des dsinfections priodiques du systme sontune alternative qui vite ce problme.

Les solutions qui peuvent tre utilises pour le lavage des membranes contiennentgnralement un ou plusieurs des produits suivants :

Acide (dissolution des sels) ;

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Base (dpt organique) ; Dsinfectant ; Dtergent (dpt organique) ; Enzyme.

N.B. : Il est important de respecter les consignes des fournisseurs dquipement pour ne pasendommager les membranes de manire irrversible.

6.2.4. Principes de maintenance pour conserver lintgrit des membranes

Lun des enjeux les plus importants de lexploitation des systmes membranaires est demesurer et maintenir lintgrit des systmes afin que leur capacit de sparation descontaminants, tablie pralablement, soit conserve.

Les consquences dune perte dintgrit sont graves : passages de micro-organismespathognes et diminution significative de la sparation dautres contaminants.

Deux types de techniques sont distingus suivant quelles permettent de vrifier directementou indirectement lintgrit des systmes membranaires (cf. tableaux ci-aprs).

Les mthodes indirectes sont moins sensibles et moins fiables que les techniques quipermettent une mesure directe de lintgrit. En revanche, les mesures directes impliquentun arrt de la filtration et ne donnent, donc, quune information ponctuelle sur lintgrit dunsystme membranaire. Au contraire, les mesures indirectes permettent dassurer un suivi encontinu de lintgrit des systmes membranaires. Dans tous les cas, lapproche consiste tablir un niveau de rfrence pour un systme intgre et vrifier ensuite si ce niveau estdpass suite un bris dintgrit.

Tableau 6 : Techniques utilises pour la vrification de lintgrit des systmesmembranaires - Mthodes indirectes(daprs Guide de conception des installations deproduction d'eau potable prsent en ligne sur le site Internet dEnvironnement Qubec

http://www.menv.gouv.qc.ca, consult en octobre 2002).

Techniques utiliss (parordre croissant de

sensibilit et de fiabilit)

Observations

Mesure de la turbidit dupermat

Leffet dun bris mineur dintgrit (suffisant pour laisser passer les kystes deprotozoaires) nest pas ncessairement dtectable par une variation de turbiditdans le permat. Cette mthode peut permettre de dtecter en continu des brisimportant dintgrit la condition de mesurer la turbidit avec une grandeprcision.

Monitoring des particules dansle permat La mesure est relative, cest dire que la quantit de particules dans le permatest compare avec la quantit de particules prsentes dans lalimentation. Cetype dappareil est moins sensible quun compteur de particule, mais plus facile utiliser et beaucoup moins coteux.

Comptage des particules dansle permat

Permet de dterminer le nombre de particules par unit de volume deau.Mesure ralise pour diffrentes gammes de tailles de particules. Les appareilsde mesures requirent une certaine expertise et beaucoup de soin.

Tests avec desparticules/micro-organismesde rfrences

Mthode consistant ajouter de grandes quantits de particules calibres ou demicro-organismes dans leau traiter (eaux dopes) et mesurer leur tauxdenlvement. Pour des raisons videntes de scurit, il nest pas possibledutiliser des pathognes pour tester des systmes pleine chelle. Les testsavec des micro-organismes sont donc rservs aux essais pilotes.Ce genre de test peut aussi servir tablir les capacits denlvement despathognes (log denlvement) des systmes membranaires.

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Tableau 7 : Techniques utilises pour la vrification de lintgrit des systmesmembranaires - Mthodes directes(daprs Guide de conception des installations de

production d'eau potable prsent en ligne sur le site Internet dEnvironnement Qubechttp://www.menv.gouv.qc.ca, consult en octobre 2002).

Techniques utiliss Observations

Mesure du point de bulle Cette technique consiste mesurer la pression minimale dair (le point de bulle)quil faut appliquer pour faire passer de lair (apparition de bulles) travers lesdfauts dune membrane. Technique simple mais obligeant dmonter lesmodules et les tester un par un dans le cas des systmes sous pression.

Maintien de la pression Sapplique aux systmes de micro-filtration et dultrafiltration du type fibrescreuses. Lintrieur des fibres est drain, puis une pression dair infrieure aupoint bulle est applique. Dans un module intgre, la pression dair baisseuniquement cause de la diffusion de lair travers les pores de membrane quisont remplis deau. Lorsque les membranes ou les joints de colle comportentdes dfauts, la baisse de pression est plus rapide. La vitesse laquelle lapression diminue sert donc dindicateur de lintgrit de la membrane.

Maintien du vide Utilis pour vrifier l intgrit de caissons contenant des modules fibres creusesdultrafiltration et de caissons contenant des modules spirals dosmose inverse.Cette technique consiste appliquer un vide partiel du ct permat et suivre

la vitesse laquelle le vide diminuera. Comme pour les tests de maintien de lapression, cette vitesse de diminution du vide sert dindicateur de lintgrit de lamembrane.

Dtection acoustique Cette technique sapplique aux modules fibres creuse. Les mesures sonteffectues laide dun hydrophone plac sur chaque module de filtration. Enprsence dune ou plusieurs fibres casses, il y a augmentation du niveausonore. Cette technique est trs performante dans le cas de la filtration frontaleen raison du niveau de bruit de fond plus faible (absence de pompe derecirculation). Il est alors possible de dtecter une fibre casse parme 18.000fibres. Des mesures sont aussi possible en filtration tangentielle et enrtrolavage. Les performances de la mesure sont, cependant, moindres

6.2.5. Prvention du colmatage

La stratgie gnrale de prvention du colmatage peut prendre les formes suivantes : Pr-filtration ; Enlvement plus pouss des particules et des collodes par un autre procd

membranaire ou par un traitement conventionnel ; Ajustement de pH (acidification) pour dplacer les quilibres de soluts des sels

susceptibles de prcipiter (sel de fer, de manganse, de calcium, de baryum) ; Ajout dun agent anti-tartre pour empcher le dpt de sels la surface des

membranes ; Coagulation de la Matire Organique Naturelle. En effet, leffet colmatant des

flocs est, a priori, moins fort que celui des collodes ; Enlvement du fer (Fe2+) qui pourrait prcipiter.

Lautre stratgie de prvention du colmatage consiste limiter laccumulation des agentscolmatants la surface de la membrane. La rduction de la vitesse de filtration (ou vitessede permation) rduit les risques de colmatage et amne oprer les systmesmembranaires plus faible pression transmembranaire. Cela implique daugmenter lasurface de la membrane utilise.

Lautre manire de limiter laccumulation des agents colmatants la surface de la membraneest daugmenter le rtrotransport des agents colmatants vers le cur de lcoulement.

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Le colmatage biologique peut tre limit en faisant des dsinfections rgulires du systme.Le choix des solutions dsinfectantes est alors limit par la nature du matriau membranaire.

Les stratgies de prvention du colmatage peuvent tre combines.

6.2.6. Techniques de nettoyage des membranes

Le nettoyage des membranes a pour but de limiter le colmatage irrversible de permabilit,et par le fait mme, prolonger la dure de vie des membranes. Les diffrentes techniquesde nettoyage sont :

Le rinage ; Le rtrolavage leau ou lair. Les frquences des rtrolavages varient de 15

60 minutes tandis que leurs dures varient que 30 s 3 minutes ; Le nettoyage mcanique avec une balle de mousse (uniquement pour les

modules tubulaires et pour le colmatage d la Matire Organique Naturelle deseaux de surface) ;

Le nettoyage chimique de la membrane (trempage et / ou circulation nettoyante).

Il est important aussi de procder des dsinfections priodiques des systmesmembranaires (circuits / compartiment dalimentation et de permat). Les notices demploidtiennent des recommandations prcises quant aux produits utiliser pour dsinfecter lesmembranes sans les dtriorer.

6.2.7. Rejets du procd

Les chanes de traitement utilisant des membranes produisent diffrents types de rejets :

Concentrat ; Eaux de rinage ; Eaux de lavage.

Le concentrat est rejet en continu pendant la production. Le dbit et la composition duconcentrat sont lis aux taux globaux de rcupration et de sparation. Le taux dercupration tant, en gnral, suprieur ou gal 75%, le dbit de concentrat correspondau maximum 25% du dbit dalimentation. Les eaux de rinage et de lavage sont rejetesde manire discontinue.

Lorsque la chane de traitement comprend un ou des ajouts de produits chimiques dans

leau brute (coagulant, oxydant, acide, agent anti-tartre, etc.), les rejets des membranescontiennent en plus des substances prsentes dans leau brute, les produits injects pourtraiter leau.

6.2.8. Apport dun suivi long terme

Le suivi long terme permet de construire un prcieux historique des membranes depuis ledbut de leur utilisation (base de donnes). Cet historique peut servir ajuster les conditionsdopration et prdire la dure de vie des membranes.

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6.2.9. Hygine et scurit

En dehors des risques inhrents toute usine de production deau potable (emploi deproduits chimiques actifs, prsence dquipement lectrique), les usines qui utilisent desmembranes de type ultrafiltration, nanofiltration et Osmose inverse fonctionnent despressions suprieures ce qui est normalement observ dans les usines conventionnelles.

Le personnel doit tre sensibilis ce risque.

7. Les diffrentes chanes de traitement

Il existe de nombreuses faons dutiliser des membranes dans la production deau potable.Les membranes peuvent constituer le cur du traitement ou encore servir dtape daffinage un traitement plus conventionnel. Nous prsentons dans les tableaux ci-aprs prsententles chanes de traitement les plus frquemment utilises.

Nota : la classification utilise dans les tableaux si dessous est diffrente de la classificationclassique. Elle est dcrite ci-dessous (daprs Guide de conception des installations de

production d'eau potable prsent en ligne sur le site Internet dEnvironnement Qubechttp://www.menv.gouv.qc.ca, consult en octobre 2002)

MFClassi f icat ion classiqu e

1 m 0,1 0,01 0,001

UF NF OI

Class ific ation uti lise d ans

les tableaux su ivants NUF NF OIUMFMF

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Tableau 8 : Chanes de traitement avec filtration sur membranes dUMF.

Chanes de traitement Observations

Filtration sur membrane dUMF +dsinfection chimique

Utilis lorsque le but du traitement est uniquement de rduire la turbidit etde dsinfecter leau. Les configurations qui sont utilises actuellement danscette application (Amrique du Nord et Europe) sont des modules de fibres

creuses et les modules tubulaires en mode de filtration tangentielle oufrontale. Des systmes avec caissons pressuriss et des systmes membranes immerges sont galement utiliss.

Coagulation/floculation + filtrationsur membrane dUMF +dsinfection chimique

Utilis lorsquil faut, en plus de la dsinfection et de la rduction de laturbidit, rduire la couleur et enlever une partie de la matire organiquenaturelle. Actuellement, seuls des systmes membranes fibres creusesimmerges sont utiliss dans ce type de traitement.

Coagulation/floculation +dcantation + filtration surmembrane dUMF + dsinfectionchimique

Cette chane vise les mmes objectifs que la chane prsenteprcdemment. Ce sont essentiellement des systmes fibres creuses quisont utiliss dans ce type de traitement.

Oxydation + filtration surmembrane dUMF + dsinfectionchimique

Utilis essentiellement lorsquil est ncessaire de raliser une oxydation dufer et/ou du manganse, mais le mme principe peut-tre utilis pourdautres contaminants qui peuvent tre oxyds/prcipits. Le but est de

raliser une oxydation chimique du fer et du manganse engendrant unprcipit qui pourra tre intercept par les membranes dUMF. Plusieurstypes doxydants peuvent tre utiliss : chlore, ozone, dioxide de chlore,permanganate, peroxyde dhydrogneNota lutilisation de chlore est proscrire si leau brute contient desprcurseurs de trihalomthanes (THM). En effet, cet oxydant engendrera desTHM qui ne seront pas limins par les membranes dUMF.Les membranes creuses et tubulaires peuvent tre employes dans ce typede traitement.

Adsorption sur charbon actif enpoudre + filtration sur membranedUMF + dsinfection chimique

Sapplique plutt aux cas o il est ncessaire denlever des contaminantsrfractaires la coagulation/floculation mais qui peuvent tre enlevs paradsorption (cas des pesticides par exemple).Lajout de charbon actif en poudre peut tre combin avec lacoagulation/floculation. Il peut tre occasionnel ou continu.Les membranes creuses et tubulaires peuvent tre employes dans ce typede traitement.

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Tableau 9 : Chanes de traitement avec filtration surmembranes de NF (Nano Filtration).

Chanes de traitement Observations

Simple filtration sur membrane deNF

Une simple filtration sur membrane de NF peut constituer un traitementcomplet dans au moins deux cas :1) dsinfection, rduction de la turbidit et enlvement pouss du COD des

eaux de surface colores ou des eaux de souterraine sous influencedeau de surface ;

2) traitement des eaux souterraines lorsquil est ncessaire de poursuivreun ou plusieurs des buts suivants :

rduction de la duret (adoucissement, enlvement Ca2+et Mg2+; enlvement direct du fer (Fe2+) et du manganse (Mn2+) ; rduction partielle de la salinit et/ou enlvement partiel dionsmonovalents (Na+, Cl-, NO3

-, F-)Enlvement des sulfates (SO4

-) et autres ions bivalents.

Dans le premier cas les membranes visent un enlvement pouss desprcurseurs de formation de sous produit de dsinfection et une rductiontrs forte de la demande en dsinfectant.Dans le deuxime cas, les membranes visent un enlvement direct des ionsbivalents et/ou dune partie des ions monovalents.

Si on utilise des modules tubulaires, ou dautres configurations qui nepossdent de fins canaux dcoulement tangentiel, la prfiltration nest pasobligatoire

Filtration sur membrane dUMF +Filtration sur membrane de NF

La filtration sur membrane dUMF est utilise comme pr-traitement lafiltration sur membrane de NF pour rduire la vitesse de colmatage desmembranes. Cette combinaison permet :

Denlever la quasi-totalit des particules en suspension avant lafiltration sur membrane NF ;Daugmenter, par consquent la vitesse de filtration ou despacer leslavages de membrane de NF ;Dajouter une barrire supplmentaire pour les micro-organismes

pathognes.

En revanche, les cots de construction et de production sont bien plus levspar rapport une simple filtration sur membrane de NF.

Combinaison dun traitementconventionnel avec une filtrationsur membrane de NF

On parle ici daffinage par membrane. Cette chane de traitement permet detraiter des eaux de surface trs charges en matire en suspension enMatire Organique Naturelle et en micro-organique pathogne. Cetraitement, dun cot trs lev, permet de produire une eau de trs bonnequalit partir dune eau brute fortement contamine.

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Tableau 10 : Chanes de traitement avec filtration sur membranes de NUF.

Les membranes de NUF ont en commun de pouvoir retenir les virus et les autres micro-organismes pathogne.Elles permettent aussi de retenir la quasi-totalit des particules lorigine de la turbidit. Par contre, cettecatgorie de membrane couvre une large gamme de taux de sparation de la Matire Organique Naturelle, allantde prs de 0 plus de 70 %. Dans ce tableau, nous distinguons deux types de traitement en fonction de leurcapacit enlever la Matire Organique Naturelle soit :

Celles qui ne permettent pas denlever une fraction significative de la Matire Organique Naturelle ;Celles qui permettent denlever une fraction significative de la Matire Organique Naturelle.

Chane de traitement avecmembranes de NUF nepermettant pas denlever unefraction significative de la MatireOrganique Naturelle

Ces chanes de traitement, qui font appel aux membranes NUF plus largespores, sont similaires aux chanes avec membranes dUMF. Par contre, si lesystme membranaire est intgre, une membrane de NUF permet a prioriune dsinfection complte de leau et il ne devrait donc pas tre ncessairede procder une dsinfection chimique en aval des membranes. Cela nedispense cependant pas de ltape de post- dsinfection qui a pour but demaintenir une concentration minimale de dsinfectant rsiduel lentre durseau de distribution. Il sagit l de la principale diffrence avec lesmembranes dUMF. Les diffrentes chanes de traitement avec lesmembranes de NUF large pores sont :

Simple filtration sur membrane de NUFCoagulation/floculation + filtration sur membrane de NUFCoagulation/floculation + dcantation + filtration sur membrane deNUFOxydation + filtration sur membrane de NUFAdsorption sur charbon actif en poudre + filtration sur membrane deNUF

Chane de traitement avecmembranes de NUF permettantdenlever une fraction significativede la Matire Organique Naturelle

Ces chanes de traitement font appel aux membranes de NUF pores plusfins. Elles sont similaires aux chanes avec les membranes de NF. Enrevanche, labattement de la Matire Organique Naturelle et des ionsbivalents est moins pouss que pour les membranes de NF. Les chanes detraitement avec les membranes de NUF pores fins sont :

Simple filtration sur membrane de NUFCombinaison dun traitement conventionnel avec une filtration surmembrane de NUF

- Chanes de traitement avec filtration s ur membr anes dOI

Dans le domaine de leau potable, la principale application des membranes dOI est letraitement des eaux de mer(plus de 30.000 mg/l de solides totaux dissous) et des eauxsouterraines saumtres (1.500 3.000 mg/l de solides totaux dissous). Par consquent,elles sont donc utilises lorsque des taux denlvement trs levs des ions monovalentssont ncessaires.

Les membranes dOsmose Inverse sappliquent galement lenlvement des contaminantssuivants : les pesticides ; les radionuclides ; larsenic ; le bore ; les nitrates seuls ; les nitrites-nitrates.

Nota : Etant donn que la plupart des sels sont retenus par les membranes dOsmosesInverses, un post-traitement doit obligatoirement tre prvu pour atteindre lquilibre calco-carbonique tout en respectant les limites de pH.

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PPaarrttiieeIIII::EEllmmeennttssddeeccoottsseettttuuddeessddeeccaass

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37

8. Les techniques utilises et leurs cots

8.1. Introd uc tion

Les cots : des informations parcellaires

Les fournisseurs de membranes et constructeurs sont plus que rcalcitrants fournir deslments de cots tant en investissement quen exploitation, particulirement en ce quiconcerne les petites units. Leffet dchelle peut faire fluctuer normment les cots.

Nous prsentons ci-dessous les lments que nous avons pu rcolter auprs des diffrentsconstructeurs interrogs. Les tudes de cas prsenteront des cots de faon plus applique.

Les techniques utilises en zones rurales

De nombreuses usines deau potable font appel aux techniques membranaires dans leurfilire de traitement quelque soit la capacit de production de celles-ci.

Nous proposons ci-dessous une liste non exhaustive de quelques unes de ces applications.

7 dentre elles font lobjet dune prsentation plus dtaille un peu plus loin.

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8.2. Techn iq ues ut ili ses

Tableaux de prsentation de quelques installations de membranes sur des collectivits rurales en France (source : Saunier Environnement Agence de leau RMC / OPALIUM / INFILCO)

Tableau 1 : Liste dunits dultrafiltration en France

Commune ousyndicat

Date de miseen service

Populationdesservie(nombre

dhabitants)

Marque des membranes Capacit Traitements complmentairesremarques

Cots dinvestissementen Euro H.T.

(valeur anne de

ralisation)

Commune deAMONCOURT (70)

1989 (1reinstallationmondiale)

320 AQUASOURCE 10 m3/h Prototype

Commune deCHARCENNE (70)

1992 329 + laiterie Skid dultrafiltrationAQUASOURCE (6 modules)

570 m 3/j - Oxydation du fer par pulvrisation -Oxydation du manganse par KmnO4

en entre de station

301.000

SIAEP de laGRANDE

FONTAINE (70)

1994 927 Skid dultrafiltrationAQUASOURCE (6 modules)

550 m 3/j - dcantation en entre de station- injection deau de Javel en sortie de

station

391.000

Commune deGRANDVELLE ET

LE PERRONOT(70)

1995 215 Skid dultrafiltrationAQUASOURCE de type

ULTRASOURCE

5 m3/h - fi lt re charbon actif en grains aprsultrafiltration

- injection deau de Javel en sortie destation

114.000

Commune deJUSSEY (70)

1995 1.870 Skid dultrafiltrationAQUASOURCE

400 m 3/j - inject ion deau de Javel en sortie destation

323.000

SIAEP de MAISONROUGE (70)

1993 2.416 (encomplment)

Skid dultrafiltration avecmembranes KOCH

20 m3/h - injection de dioxyde de chlore en sortiede station

N.D

Commune deROCHE SURLINOTTE ET

SORANS LESCORDIERS (70)

1997 82 Skid dultrafiltrationAQUASOURCE de type

ULTRASOURCE

5 m3/h - cascade daration en entre destation

- filtres charbon actif en grains avant

ultrafiltration- injection deau de Javel en sortie de

station

176.000

SIE de la SOURCEDE SAINT

QUENTIN (70)

1996 678 (en partie) Skid dultrafiltrationAQUASOURCE

15 m3/h - inject ion de charbon actif en poudreavant ultrafiltration

- traitement des eaux sales dertrolavage par injection de chlorure

ferrique et dcantation lamellaire

254.000

SIAEP de laSOURCE DES

1993 532 Skid dultrafiltration avecmembranes KOCH

32 m3/h - injection de dioxyde de chlore en sortiede station

N.D.

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39

DOUINS (70)MORZINE (74) ?

Syndicat du Paysde la Fillire (74)

1994 AQUQASOURCE 1 980 m 3/j Lunit a t surdimensionne du fait dela temprature de leau trs basse

Ville de LONS LESAUNIER (39)

Skid dultrafiltrationAQUASOURCE (24 modules)

2 000 m 3/j

Usine deVIGNEUX-SUR-

SEINE

Ultrafiltration (procd

CRISTAL)

S.I. des Eaux de laVIADENE (12)

Usine deIFFERNET (46)

2001 2 300 abonns AQUASOURCE 60 m3/h - pompage- membranes

- dsinfection au chlore

549 000

Commune deVELLEXON (70)

2002 Skid dultrafiltrationAQUASOURCE (4 modules)

270 m 3/j - charbon actif en poudre

Commune deSEMUR EN

AUXOIS (21)

2002 2 Skid dultrafiltrationAQUASOURCE (18 modules)

3 850 m 3/j Prtraitement : filtre sable + ozonation

Commune deMORTEAU (25)


2 000 m 3/j Charbon actif en poudre

CommunedORGELET (39)


900 m 3/j

Commune deVALOUSON (39)


240 m 3/j

7 communes (70) 2001 Skid dultrafiltrationAQUASOURCE (8modules)

800 m 3/j - p r tra itement sur un dcanteur lamellaire

- membranes- dsinfection au bioxyde de chlore

598 300(dont 433 000 en

quipements et 164 600en gnie civil)

Usine de la FOUX(MOUANS

SARTOUX 06)

2001 Skid dultrafiltrationAQUASOURCE

1100 m 3/j Charbon actif en poudre

CommunedURION(Martinique)

2001 Skid dultrafiltrationAQUASOURCE (14 modules) 1000 m

3

/j - Reminralisation- chloration finale

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40

Tableau 2 : liste dunits de microfiltration en milieu rural (liste non exhaustive)

Commune ousyndicat



dhabitants)

Marque des membranes Capacit Traitements complmentaires Cots dinvestissementen Euro H.T.

(valeur anne deralisation)

SIE de NOROY LEBOURG (70)

1995 1.255 Skid de microfiltration avecmembranes MEMCOR

(HYDREX)

42 m3/h - fi lt re charbon act if en grains aprsmicrofiltration- adoucisseur

- injection de chlore gazeux en sortie destation- traitement des eaux sales de

rtrolavages par floculation, dcantationlamellaire

- purge des boues dans sacs filtrants

488.000

VAUCONCOURT(70)

1997 MEMCOR 15 m3/h ?

SOING (70) 1998 MEMCOR 15 m3/h ?BERNAY-OUEST

(27)1993 1 650 abonns MEMCOR 48 m3/h - prfiltre 500m

- chlorationBOUCHEVILLIERS

(76)1995 MEMCOR 225 m 3/h

HERICOURT ENCAUX (76)

1998 16 000 MEMCOR 250 m 3/h

BOURDAINVILLE(76)

2000 8 000 MEMCOR 100 m 3/h

VAUJANY (38) 2000 MEMCOR 250 m 3/h - prfiltre- reminralisation

3 437 000

LILLE

HAUBOURDIN(59)

1999 CERESTAR 100 m 3/h

LE PORT LAPOSSESSION (LA

Runion)

2001 MEMCOR 1250 m 3/h

NORD DEGRANDE TERRE

(Guadeloupe)

2002 MEMCOR 140 m 3/h

Tableau 3 : liste dunits de nanofiltration en milieu rural (liste non exhaustive)

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Commune ousyndicat



dhabitants)

Marque des membranes Capacitm

3/h

Traitements complmentaires Cots dinvestissementen Euro H.T.

(valeur anne deralisation)

SIVOM de la Baie(22)

2002 DOW CHEMICAL 130 m 3/h - prfiltre- reminralisation

Syndicat des eauxdu SOIRON (54)

1995

Ville de JARNY(54)

1995 - clarification- filtration sur sable

- adoucissement la chaux

Cette technique est utilise en France depuis 1999 au sein dune unit de lusine de traitement des eaux de Mry-sur-Oise dans la rgionparisienne.

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42

8.3. Cots di nv estis sement

INFILCO indique des cots dinvestissements moyens (tout compris) de lordre de :

5 335 Euros / m3

install pour une gamme de capacit de 30 3 000 m3

/heureCes cots comprennent : lquipement dultrafiltration, le btiment ...

Une tude interagences mene en 2000 sur les cots d investissement des usines deaupotable a intgr 10 usines mettant en oeuvre des techniques membranaires. Certaines deces usines font lobjet dune description plus dtaille dans les tudes de cas .

Tableau : Usines deau potable utilisant les techniques membranaires concernes par ltudeinter-agences (2000)

Matre douvrage Type de ressource Type de traitement Dbit nominalaprs travaux en

m3/hSIVOM de la Baie (22) Eau de surface Nanofiltration en

affinage130

Commune de Morzine Avoriaz (74) Eau de surface Ultrafiltration 150SI des eaux de la Fillire (74) Eau de surface Ultrafiltration 80Ville de Lons le Saulnier (39) Eau souterraine Ultrafiltration 120Syndicat des Douins (70) Eau souterraine Ultrafiltration 32SI de Maison Rouge (70) Eau souterraine ultrafiltration 80Syndicat de Noroy de Bourg (70) Eau souterraine Microfiltration 42

SI des eaux du Soiron (54) Eau souterraine Nanofiltration entraitement des SO4 125

Ville de Jarny (54) Eau souterraine Nanofiltration entraitement des SO4

125

Usine de Vigneux Eau de surface Ultrafiltration enaffinage

(Source : Saunier Techna, 2000)

A partir des donnes collectes dans cette tude, nous prsentons ci-dessous les diffrentscots dinvestissement des usines selon entre lorigine de leau utilise pour la productiondeau potable.

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8.3.1. Origine de leau brute : eau de surface

Les cots densemble des usines neuves (hors pompage eau brute et eau traite) ayant pourressource de leau de surface sont les suivants :

Matre douvrage Gnie civil Equipement TotalKF H.T. * K H.T. * KF H.T. * K H.T. * KF H.T. * K H.T. *

SIVOM de la Baie (22) 5 999 915 13 063 1991 19 062 2906Commune de Morzine Avoriaz(74)

1 721 262 7 068 1078 8 788 1340

NB : * en valeur de lanne de ralisation


ce qui graphiquement conduit la rpartition suivante des cots pour ces 2 dbits nominauxen K F H.T. (valeur de lanne de ralisation):

Cots dinvestissement (ressource eau de surface)


0

5 000

10 000

15 000

130 150

dbit nominal en m3/h

cotsenKFH.T.

Equipement

Gnie civil

(762,25 K)

(1524,49 K)

(2286,74 K)

(3048,98K )

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44

En pourcentage du cot dinvestissement total, la part de lquipement et celle du gnie civilsont les suivantes pour ces 2 units :

Rpartition des cots dinvestissement ressource eau de surface


Pour le SIVOM de la Baie (dbit nominal de 130 m3/h), le gnie civil reprsente 31% du cottotal alors que sur Avoriaz-Morzine (dbit nominal de 150 m 3/h), il ne reprsente que 20%.

Nous ne disposons pas de suffisamment de donnes pour extrapoler ces valeurs ni lesgnraliser sur une gamme tendue de dbits dans le cas dune eau brute doriginesuperficielle.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

130 150


pource

ntageducottotal

Equipement

Gnie civil

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45

8.3.2. Origine de leau brute : eau souterraine

Les cots densemble des usines neuves (hors pompage eau brute et eau traite) ayantpour ressource de leau souterraine sont les suivants :

Matre douvrage Gnie civil Equipement TotalKF H.T.* K H.T.* KF H.T.* K H.T.* KF H.T.* K H.T.*

SI des eaux de la Fillire (74) 2 559 390,12 9 069 1382,56 11 628 1772,68Ville de Lons le Saulnier (39) 529 80,65 3 510 535,10 4 039 615,74Syndicat des Douins (70) 371 56,56 1 982 302,15 2 353 358,71SI de Maison Rouge (70) 204 31,10 1 703 259,62 1 907 290,72Syndicat de Noroy de Bourg (70) 0 0,00 2 402 366,18 2 402 366,18SI des eaux du Soiron (54) 3 010 458,87 6 309 961,80 9 319 1420,67Ville de Jarny (54) 2 160 329,29 8 039 1225,54 10 199 1554,83

NB : * en valeur de lanne de ralisation


Cots dinvestissement (eau souterraine)


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 20 40 60 80 100 120 140


KFH.T.

Gnie civil

Equipement

2

2

1

1

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

(152,45 K)

(304,90 K)

(457,35 K)

(609,80 K)

(914,69 K)

(1067,14 K)

(1219,59 K)

(1372,04 K)

(1524,49 K)

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46

Une exploitation de ces donnes en pourcentage reprsent par le gnie civil et parlquipement dans le cot total de linvestissement nous fournit les lments suivants:

Matre douvrage Gnie civilen %

Equipementen %

Dbit nominalaprs travaux en

m3/hSyndicat des Douins (70) 16 84 32Syndicat de Noroy de Bourg (70) 0 * 100 42SI des eaux de la Fillire (74) 22 78 80SI de Maison Rouge (70) 11 89 80Ville de Lons le Saulnier (39) 13 87 120SI des eaux du Soiron (54) 32 68 125Ville de Jarny (54) 21 79 125

* : aucun gnie civil imput car dj existant


Une exploitation de ces donnes en fonction du dbit nominal de linstallation nous fournit lespourcentages suivants du cot total de linvestissement :

Matre douvrage Cot total dinvestissement Gnie civil Equipementen KF

H.T./m3/hen K

H.T./m3/hen KF

H.T./m3/hen K

H.T./m3/hen KF

H.T./m3/hen K

H.T./m3/hSyndicat des Douins (70) 73,53 11,21 11,6 1,77 61,9 9,44Syndicat de Noroy de Bourg (70) 57.19 8.72 0 0,00 57.19 8.72SI des eaux de la Fillire (74) 145,35 22,16 32 4,88 113,4 17,29SI de Maison Rouge (70) 23,84 3,63 2.6 0.39 21.3 3.25Ville de Lons le Saulnier (39) 33,66 5,13 4,4 0,67 29,3 4,47

SI des eaux du Soiron (54) 74,55 11,37 24,1 3,67 50,5 7,70Ville de Jarny (54) 81,59 12,44 17,3 2,64 64,3 9,80


Il convient nanmoins dtre prudent sur lutilisation de ces ratios car il ne sagit que de7 units particulires utilisant des techniques membranaires pour traiter de leau souterraine.

Toute extrapolation est sujette caution.

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8.3.3. Toutes origines deau brute confondues

Quelque soit lorigine de la ressource mise en oeuvre, les cots de gnie civil etdquipement reprsentent les pourcentages du cot total dinvestissement suivants (lesunits sont libelles par ordre croissant de dbit nominal):

Matre douvrage Dbit nominalaprs travaux en

m3/h

Gnie civilen % du cot

dinvestissementtotal

Equipementen % du cot

dinvestissementtotal

Syndicat des Douins (70) 32 16 84Syndicat de Noroy de Bourg (70) 42 0 100SI des eaux de la Fillire (74) 80 22 78SI de Maison Rouge (70) 80 11 89

Ville de Lons le Saulnier (39) 120 13 87SI des eaux du Soiron (54) 125 32 68Ville de Jarny (54) 125 21 79SIVOM de la Baie (22) 130 31 69Commune de Morzine Avoriaz (74) 150 20 80

(Daprs les valeurs issues de la source : Saunier Techna, 2000

Dans la gamme de dbit 20 150 m3/h et sur la base des units tudies, on constate que lecot de gnie civil reprsente entre 10 et 30% du cot total dinvestissement (le cas deNoroy le Bourg est exclu de cette remarque, les investissement en gnie civil tant djraliss avant linstallation de lunit membranaire), la part la plus lourde de celui-ci revenant

lquipement (70 100%), les plus forts pourcentages pour le gnie civil relevant plutt dufait des units les plus importantes (toute proportion garde car nous ne parlons que dunegamme allant de 30 150 m3/h)

Les reprsentations graphiques ci-dessous de ces cots montrent bien leur dispersion et latendance gnrale de lvolution des cots en fonction du dbit :

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Pour le cot du gnie civil en fonction du dbit nominal de lunit:

Cots du gnie civil


Pour ce qui est du cot en quipement en fonction du dbit nominal de lunit:

Cots de lquipement


(152,45 K)

(304,90 K)

(457,35 K)

(609,80 K)

(914,69 K)

(1067,14 K)

(762,25 K)

0

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

6 000

7 000

0 20 40 60 80 100 120 140 160


gniecivilenKFH.T.

(304,90 K)

(609,80 K)

(914,69 K)

(1219,59 K)

(1527,49 K)

(1829,39 K)

(2134,29 K)

0

2 000

4 000

6 000

8 000

10 000

12 000

14 000

0 20 40 60 80 100 120 140 160


cotsenKFH.T.

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A titre indicatif, nous pouvons dtaill poste par poste les composantes du cot global dechacune de ces usines :

Tableau : dtail des cots dinvestissement en KF H.T. dunit de potabilisation deau partechniques membranaires

Matre douvrage Cot global Prestationsgnrales

Traitement deleau sansractif

Traitement deleau avecractif

Canalisations Btiment Travauxgnraux

Electricit horsMT

KFH.T.

K H.T. KFH.T.

KH.T.

KFH.T.

KH.T.

KFH.T.

KH.T.

KFH.T.

KH.T.

KFH.T.

KH.T.

KFH.T.

KH.T.

KFH.T.

KH.T.

SIVOM de la Baie 19062 2905,98 1530 233,25 10035 1529,8 10035 1529,8 285 43,45 1956 298,19 722 110,07 2745 418,47Ville de Jarny 10199 1554,83 113 17,23 5577 850,21 6021 917,90 / / / / / / / /Commune deMorzine-Avoriaz

8789 1339,87 785 119,67 4324 659,19 4324 659,19 272 41,47 1489 227,00 0 0,00 3431 523,05

SI des eaux de laFillire

11628 1772,68 1434 218,61 5197 792,28 5750 876,58 805 122,72 1415 215,72 615 93,76 1608 245,14

Ville de Lons le

Saulnier

4039 615,74 27 4,12 2660 405,51 2660 405,51 327 49,85 426 64,94 0 0,00 598 91,16

Syndicat desDouins

2353 358,71 103 15,70 1064 162,21 1316 200,62 163 24,85 371 56,56 0 0,00 399 60,83

Syndicat de Noroyle Bourg

2402 366,18 999 152,30 707 107,78 707 107,78 789 120,28 0 0,00 0 0,00 600 91,47

SI de MaisonRouge

1907 290,72 102 15,55 887 135,22 999 152,30 59 8,99 152 23,17 75 11,43 408 62,20

(source : Saunier Techna, 2000)

Rpartition des cots dinvestissement

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

SIVOM de la

Baie

Ville de Jarny Commune de

Morzine-Avoriaz

SI des eaux

de la Fillire

Ville de Lons

le Saulnier

Syndicat des

Douins

Syndicat de

Noroy leBourg

SI de Maison

Rouge

matre d'ouvrage

cot

senKFH.T.

Electricit hors MT

Travaux gnraux

Btiment

Canalisations

Traitement de leau avec ractifPrestations gnrales

(1524.49 K)

(1829.39 K)

(2134.29 K)

(3048,98 K)

(2744.08 K)

(2439.18 K)

(1219.59 K)

(914.69 K)

(609.80 K)

(304.90 K)

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Si lon cherche obtenir des ratios de cots en fonction du dbit nominal, ceci conduit auxrsultats suivants :

Matre douvrage Dbit nominalaprs travaux

Cot totaldinvestissement

Gnie civil Equipement

en m3/h KFH.T./m3/h

KH.T./m3/h

KFH.T./m3/h

KH.T./m3/h

KFH.T./m3/h

KH.T./m3/h

Commune de Grandvelle et Perronot (70) 5 149,56 22,80Commune de Roche sur linotte et Soransles Cordiers (70)

5 230,9 35,20

SIE de la Source de Saint Quentin (70) 15 111,08 16,93Syndicat des Douins (70) 32 73,53 11,21 11,6 1,77 61,9 9,44Syndicat de Noroy de Bourg (70) 42 57.19 8.72 0 0,00 57.2 8.72Usine dIffernet (46) 60 60,02 9,15SI des eaux de la Fillire (74) 80 145,35 22,16 32 4,88 113,4 17,29SI de Maison Rouge (70) 80 23,84 3,63 2.6 0.39 21.3 3.25Ville de Lons le Saulnier (39) 120 33,66 5,13 4,4 0,67 29,3 4,47SI des Eaux du Soiron (54) 125 74,55 11,37 24,1 3,67 50,5 7,70Ville de Jarny (54) 125 81,59 12,44 17,3 2,64 64,3 9,80

SIVOM de la Baie (22) 130 146,6 22,35 46,1 7,03 100,5 15,32Commune de Morzine Avoriaz (74) 150 58,6 8,93 11,5 1,75 47,1 7,18Vaujany (38) 250 90,18 13,75

Ce qui graphiquement peut tre reprsent par la figure ci-dessous :

Cot dinvestissement en fonction du dbit nominal de lunit membranaire

Une fois encore, nous constatons une grande dispersion des valeurs en fonction des

particularits de chacun des sites.

(7,62 K)

(15,24 K)

(22,87 K)

(30,49 K)

(38,11 K)

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250 300


cotd'investissementenKFH.T./m3/h

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Il convient donc dtre prudent sur lutilisation de ces ratios dautant plus que nous nedisposons de donnes que pour 10 units . Chacune de ces units est particulire du fait deson implantation, de ses contraintes (gographiques, climatiques, qualit de leau,intgration au paysage...).

8.4. Cots d exp loi tatio n

De faon gnrale, nous pouvons considrer que la dure de vie des membranes est de 5 6 ans et quil convient donc de provisionner leur renouvellement sur cette priode. Ce cotcorrespond environ 3 centimes dEuros par m3deau produit.

Dans la pratique, cette dure de vie peut varier en fonction de la qualit de leau brute traiter et de lutilisation qui est faite de la membrane. Cependant, cette dure de 5 reste unordre de grandeur raisonnable.

Les cots nergtiques pour le fonctionnement du procd membranaire reprsentent enmoyenne 1 centime dEuros par m3deau produit.

A ces cots sajoutent les cots de ractifs, de main doeuvre, des pices de rechange...

9. Etudes de cas

Nous prsentons ci-dessous 7 tudes de cas dinstallations utilisant les techniquesmembranaires en milieu rural :

- lusine de Magenta 2 qui utilise la nanofiltration pour un dbit de 130 m3/h ;

- lultrafiltration couple au charbon actif sur lusine de Vigneux sur Seine (55 000m3/j)

- Cas du Syndicat du Pays de la Fillire (74) : ultrafiltration 80 m3/h

- lultrafiltration du syndicat intercommunal des 7 communes(470 m3/jour)

- Cas de IFFERNET (Lot) : ultrafiltration 60 m3/h

- la microfiltration Vaujany (250 m3/h)

- La microfiltration Bernay-Ouest (1 000m3/jour)

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Cas de lusine de Magenta 2 (Ctes dArmor): nanofiltration - 130 m3/h

ContexteLe SIVOM de la Baie, en Cte dArmor, regroupe les communes de Trgueux, Langueux,Pldran, Hillion et Yffiniac soit une population de 27 000 habitants. Le but de ce SIVOM estde produire et distribuer de leau potab

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