Traitement eau de process et filtration membranaire

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Technologie membranaire - filtration sur membrane - récupération d'eau - traitement et récupération des eaux de process - dégazage de liquides - RO après MBR

Sur base du pouvoir séparateur des membranes, nous pouvons distinguer quatre principales techniques dans la technologie membranaire :

  • microfiltration : séparation de particules de +/- 0,1 jusqu'à 1 μm (grandes protéines, levures, microorganismes, …). Séparation physique en fonction de la taille des pores de la membrane. Des applications possibles dans le domaine de l'épuration des eaux sont p.ex. : séparation de microorganismes dans les eaux usées, séparation des émulsions d'huile-eau, traitement préliminaire des eaux usées et des eaux de process pour nanofiltration ultérieure ou osmose inverse.
  • ultrafiltration : séparation de particules de 0,01 jusqu'à 0,1 μm (substances organiques, émulsions d'huile, molécules protéiques telle que la gélatine, bactéries, etc.). La pression de travail habituelle se situe entre 3 et 5 bar.
  • nanofiltration : séparation de particules de 0,001 jusqu'à 0,01μm ( bactéries, germes, sucres, colorants, soufre, adoucissement de l'eau).
  • osmose inverse : séparation de particules de 0,0001 jusqu'à 0,001 μm (solutions salines, ions métalliques, nitrates, etc.). La pression de service habituelle se situe entre 10 et 60 bar.

Eau de process traitement : technologie membranaire - filtration sur membrane - récupération d'eau - traitement et récupération des eaux de process - dégazage de liquides - RO après MBR

 

Traitement des eaux : la filtration sur membrane

La filtration sur membrane s'utilise pour des techniques bien spécifiques dans le domaine de l'épuration des eaux usées. La technologie membranaire s'utilise en premier lieu en tant que traitement ultérieur de l'effluent, surtout dans le cadre du recyclage ou de la réutilisation des eaux. Néanmoins, dans beaucoup de cas, cette technologie s'applique pour le traitement d'effluents bien spécifiques d'eaux usées et d'eaux de process, comme p.ex. dans le cadre du traitement des émulsions huileuses ou d'autres émulsions spécifiques. Sur base du pouvoir séparateur des membranes, nous pouvons distinguer quatre principales techniques dans la technologie membranaire :

  • microfiltration : séparation de particules de +/- 0,1 jusqu'à 1 μm (grandes protéines, levures, microorganismes, …). Le principe de la micro-filtration est la séparation physique. La mesure dans laquelle les particules sont séparées dépend de la taille des pores de la membrane. Des particules dont la taille est supérieure au diamètre des pores sont séparées entièrement, des particules dont la taille est plus petite que le diamètre des pores des membranes ne sont séparées que partiellement, et ceci en fonction du dépôt d'impuretés sur les membranes. La pression de service habituelle se situe entre  0,1 et 3 bar. Des applications possibles dans le domaine de l'épuration des eaux sont p.ex. : séparation de microorganismes dans les eaux usées, séparation des émulsions d'huile-eau, traitement préliminaire des eaux usées et des eaux de process pour nanofiltration ultérieure ou osmose inverse.
  • ultrafiltration : séparation de particules de 0,01 jusqu'à 0,1 μm (substances organiques, émulsions d'huile, molécules protéiques telle que la gélatine, bactéries, etc.). La pression de travail habituelle se situe entre 3 et 5 bar.
  • nanofiltration : séparation de particules de 0,001 jusqu'à 0,01μm ( bactéries, germes, sucres, colorants, soufre, adoucissement de l'eau).
  • osmose inverse : séparation de particules de 0,0001 jusqu'à 0,001 μm (solutions salines, ions métalliques, nitrates, etc.). La pression de service habituelle se situe entre 10 et 60 bar.

 

La plupart des techniques de filtration vont uniquement filtrer les particules non dissolues de l'eau. La microfiltration et l'ultrafiltration ne peuvent séparer que les substances en suspension des eaux usées prétraitées. Par conséquent, les sels dissous, les colorants, les ions métalliques (influençant la conductivité de l'eau) et les sucres restent présents dans les eaux usées. Les valeurs de COD/BOD des eaux usées traitées avec les technologie membranaires de microfiltration et d'ultrafiltration vont rester trop élevées pour pouvoir les réutiliser dans le processus de production. Seule la dernière phase, celle de l'osmose inverse, permet d'éliminer de façon efficace les sels, les ions métalliques etc. Lors du procédé d'osmose inverse, les membranes sont mises sous haute pression. Dans ce but, il n'y a que les membranes de haute technologie et d'une haute résistance à la pression qui peuvent être prises en considération.

Filtration membranaire : osmose inverse

Cette technologie permet d'obtenir le plus haut degré d'épuration, sur le plan physique, chimique, organique et bactériologique. La technologie de l'osmose inverse se sert de membranes semiperméables. Dans le domaine de l'épuration des eaux usées, la technologie de l'osmose inverse est utilisée pour la production d'eau ultrapure pour des eaux de process industriel, pour la séparation de nitrates, pour la désalinisation de d'eau de mer et d'eaux saumâtres, …

Osmose inverse : principe de fonctionnement

Le principe de l'osmose est basé sur un phénomène naturel. Quand on a deux liquides de concentrations diverses qui sont séparés par une membrane semiperméable, l'eau pure va traverser la membrane de la solution la moins concentrée dans le sens de la solution la plus concentrée. Cette action naturelle va ainsi rééquilibrer la pression osmotique des deux solutions.

Le procédé de l'osmose inverse implique qu'une pression mécanique sera exercée sur la solution la moins concentrée et cette pression sera supérieure à la pression osmotique. De cette façon le phénomène du rééquilibrage de la pression osmotique à travers la membrane va s'inverser, pour obtenir finalement une eau pure.

Filtration membranaire : différentes sortes de membranes

Afin de combattre le problème de l'encrassement des pores de la membrane, chaque fabricant dispose d'un éventail d'astuces techniques (ea. membranes asymétriques, propriétés de la surface membranaire, membranes hydrophiles contre membranes hydrophobes, filtration en écoulement croisé). En plus, les membranes doivent pouvoir résister d'une manière prolongée aux solvants, à des températures élévées et à des valeurs de pH très diverses. La nouvelle génération de membranes est devenue de plus en plus perfomant et, en comparaison avec les membraines des générations précédentes, la nécessité de remplacement des membranes peut s'espacer de plus en plus, compensant ainsi le prix d'achat élevé des membranes. On distingue trois types principaux de membranes : les membranes tubulaires, les membranes à fibre creuse et les membranes spiralées. Il va de soi que chaque type de membranes a son propre terrain d'application préférentiel..

Technologie membranaire dans l'épuration des eaux usées et le traitement des eaux de process : les avantages

  • fiabilité des matériaux
  • moins de produits chimiques requis
  • suivi relativement simple, dès que l'installation est mise au point correctement
  • usage efficace de l'énergie
  • pas de changement d'état d'agrégation nécessaire

 

Techniques membranaires dans l'épuration des eaux usées et le traitement des eaux de process : les inconvénients

  • le coût des membranes
  • le résidu (un filtrat très concentré) doit être collecté ou traité par la suite

 

Filtration sur membrane dans l'épuration des eaux usées et le traitement des eaux de process : champs d'application possibles

  • séparation eau/huile, traitement des sustances lyophiles
  • recyclage des eaux de car wash
  • traitement du purin/lisier
  • traitement des eaux usées dans l'industrie des cosmétiques
  • traitement des eaux usées dans l'industrie alimentaire et des boissons
  • élimination de substances en suspension dans les eaux usées
  • élimination de biomasse
  • séparation de liquides de refroidissement
  • séparation d'encres dans l'industrie flexographique
  • réutilisation des eaux de process
  • récupération des eaux de pluie
  • réutilisation de divers effluents*
  • dégazage de liquides*

 

Dégazage des eaux de process - désaération des eaux/liquides - dégazage de liquides : * techniques particulières

De plus en plus les techniques membranaires s'utilisent pour le dégazage d'eau et de liquides avec de très bons résultats : ces techniques permettent de réduire par exemple le taux d'oxygène de toutes sortes d'eaux de process, taux qui peut être réduit à un niveau qui se mesure en ppm. Dans une installation de dégazage, les gaz dissous dans le liquide, principalement de l'oxygène, mais aussi du CO2 et du NH3, sont séparés des eaux ou du liquide à l'aide de contacteurs membranaires. Le dégazage se fait sous vide, oui ou non au moyen d'un gaz de stripping (N2). Ce technique de dégazage de liquides par contacteur membranaire permet d'implanter une installation très compacte dans un environnement industriel, sans grands frais d'adaptation et/ou consommation d'espace industriel. Des économies considérables peuvent se réaliser au niveau des charges opérationnelles; cette technologie permet d'utiliser un azote industriel au lieu d'un azote pure (plus couteux), ce qui permet de réaliser de belles économies sur base annuelle. Dans un environnement industriel, les contacteurs membranaires pour le dégazage de liquides s'utilisent surtout dans les applications suivantes :

  • séparation de l'oxygène contenu dans les toutes sortes d'eau de process / réduction du taux d'oxygène jusqu'à un niveau ppm
  • séparation du CO2 de toutes sortes d'eaux de process
  • séparation d'ammoniac de toutes sortes d'eaux de process
  • dégazéification de boissons/liquides dans l'industrie alimentaire
  • protection anti-corrosion dans un environnement industriel
  • ajout controlé et avancé d'acide carbonique et d'azote aux boissons

 

Recyclage des eaux usées – installation RO (osmose inverse) en aval de l’installation MBR (bioreacteur à membrane) – mesures d’économie : * techniques particulières

L’eau devient de plus en plus chère. Les cotisations pour l'évacuation des eaux usées sont de plus en plus élevées. La nécessité de réutiliser ces eaux au maximum s’impose, surtout pour ces entreprises qui s’avèrent gros consommateurs d’eau (les abattoirs, les blanchisserie, le secteur alimentaire, l’industrie des boissons, la production de cosmétiques, l’industrie du textile, etc.).

Annexer une installation d’osmose inverse en aval d’une unité de bioreacteurs à membrane vous permettra de réutiliser une part substantielle des eaux usées (de 60 à 80 %) dans le processus de fabrication. Pour les entreprises concernées, cela permet de générer d’importantes économies au niveau du coût de l’eau et des taxes sur le déversement des eaux usées, ce qui permet de récupérer relativement vite les frais d’investissement. Sachant que l’eau constituera un coût de plus en plus important pour les entreprises en question, chaque mesure permettant de réaliser des économies à ce niveau est d’une importance crucial. Le coût d’exploitation pour une installation de la sorte s’élève, en fonction des demandes spécifiques de chaque client, à par exemple un tiers du prix d’achat de l’eau.

Concrètement, pour chaque projet spécifique, la faisabilité est contrôlé au préalable, au moyen de tests de rendement et de dimensionnement sur site. Si nécessaire, une installation pilote est mise en place pour quelque temps. L’installation finale sera complètement sur mesure du client, en fonction du type des eaux usées, du résultat souhaitée et des aspects économiques. L’unité de bioreacteurs à membranes de même que l’installation d’osmose inverse sur skid font ensemble une unité compacte, facile à intégrer dans une station d’épuration des eaux usées existante. L’installation d’osmose inverse est entièrement automatisée, entièrement contrôlable à distance.

Nous disposons de 30 d’ans d’expérience dans la technologie membranaire et pouvons déjà présenter quatre références (fin 2015 a eu lieu la mise en service réussie de la première installation, début 2016 3 autres installations vont suivre).