Les membranes

David Pauli EPF Lausanne 2008

Traitement des eaux usées industrielles

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

• 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 1Type de membrane Driving force Mechanism or Separation Pore size microns Operating Pressure psi

MF Pressure or vacuum Sieve 0.1-10 1 to 30UF Pressure Sieve 0.01-0.1 3 to 80

NF/Low pressure RO Pressure Sieve+Solution/diffusion 0.001-0.01 70 to 220RO Pressure Sieve+Solution/diffusion <0.001 800 to 1200

1Kpa=6.89*psi

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.