Fiche Résumé 05-AEP-05

Les procédés membranaires permettent d'obtenir des eaux traitées d'excellente qualité vis-à-vis entre autres de la turbidité et des bactéries. Il est alors possible de limiter les taux de désinfectant à utiliser en aval, ce qui améliore les propriétés organoleptiques de l’eau distribuée. Ces procédés se différencient les uns des autres non seulement par le seuil de coupure de la membrane utilisée (ultrafiltration UF, microfiltration MF) mais aussi par la façon dont est mise en œuvre la technologie (fibres creuses avec alimentation interne-externe ou externe-interne). L'alimentation interne-externe correspond à une circulation de l'eau à traiter de l'intérieur vers l'extérieur de la membrane ; elle représente la configuration la plus fréquente sur le terrain ; les membranes sont alors dites “à peau interne”. L'alimentation externe-interne (peau externe) a un sens de circulation opposé ; la Cmf-s (continous microfiltration submerged), appelée aussi "membranes immergées", fait partie de cette classe. Cette technique a l'avantage de réduire les coûts d'investissement de 20 % car elle nécessite moins d'équipements auxiliaires.

L'objectif de l'étude est i) d'évaluer la possibilité d’intégrer un procédé membranaire au sein d’une filière de traitement d’eau de surface et ii) de définir le niveau auquel doit se faire cette intégration. Pour cela, les performances technico-économiques de la Cmf-s (membrane en PVDF polyvinylidène fluoride), vis-à-vis entre autres de la désinfection, sont comparées aux systèmes d'ultrafiltration sous pression disponibles sur le marché. Deux systèmes d'ultrafiltration ont été choisis pour leurs différences au niveau de la nature de leur membrane et au niveau de la configuration de leur module : un module fibres creuses classique à peau interne avec une membrane en polyéthersulfone peu hydrophile et un module fibres creuses en boucle à peau externe avec une membrane en polysulfone plus hydrophile. L'avantage du module en boucle par rapport au module fibre creuse classique est qu'il permet, par une agitation, un meilleur nettoyage à l'eau et à l'air de la membrane.

Les essais ont été réalisés sur le site d'Annet-sur-Marne qui subit régulièrement des variations de qualité d'eau brute (eau de la Marne). Le pilote Cmf-s et les deux pilotes UF (de 1 à 5 m3/h selon la mise en oeuvre considérée) ont été chacun positionnés sur l’eau brute de la Marne, en sortie du décanteur Actiflo et en sortie du filtre bicouche de l'usine. Les point étudiés sont : l'intégrité et le colmatage des membranes, les conditions hydrauliques de fonctionnement et les conditions de lavage, la tenue dans le temps des performances. Les paramètres analysés sont : la turbidité, la matière organique, les germes totaux, les virus.

Les résultats ont montré que :

- au niveau hydraulique : la membrane de microfiltration (MF) a de très bonnes performances hydrauliques du fait de sa configuration immergée ; elle peut donc être utilisée directement sur l’eau brute de la Marne (eau brute coagulée ou décantée) en remplacement de la clarification, moyennant une diminution du flux de perméat et une augmentation de la fréquence de nettoyage (chlore/acide citrique). Les essais sur la membrane UF à peau interne ont également donné de bonnes performances hydraulique (les meilleurs) mais uniquement sur une eau filtrée peu chargée en MES et avec une fréquence de nettoyages préventifs élevée. Cette membrane n’est donc utilisable qu’en affinage. Par contre, les essais sur la membrane UF à peau externe n’ont pas été concluants (colmatage rapide) ;

- au niveau qualité d’eau produite : les trois membranes ont des performances équivalentes, à l’exception de la rétention des virus. La membrane MF élimine moins bien les virus que la membrane UF à peau interne, ce résultat est néanmoins normal étant donné les seuils de coupure différents qui existent entre la microfiltration et l’ultrafiltration (dans le cas présent : 0,1 µm pour la MF et 0,025 µm pour l’UF). Par contre, la membrane UF à peau externe ne remplit pas du tout son rôle d’ultrafiltration malgré un seuil de coupure à 0,01 µm : l’abattement des virus est insuffisant.