Technologie membranaire : le présent et l’avenir du traitement de l’eau

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Technologie des membranes : le présent et l'avenir du traitement de l'eau

Les membranes sont des supports de séparation semi-perméables (fines feuilles de matériau) qui permettent d’isoler une substance d’une autre, en laissant sélectivement passer uniquement celle que l’on souhaite. Le mécanisme nécessite de pousser le fluide à travers les pores de la membrane, afin que la séparation se produise.

Dans le traitement de l’eau, les membranes sont conçues pour séparer l’eau des contaminants en fonction de propriétés telles que la taille ou la charge des particules [1]. L’eau passe à travers, laissant derrière elle des particules plus grosses, des micro-organismes et d’autres contaminants.

Par rapport aux autres procédés, les membranes ont l’avantage d’être une méthode de séparation à faible consommation d’énergie, contrairement à l’évaporation ou à la distillation, dans lesquelles une quantité considérable de chaleur est ajoutée pour obtenir la séparation.

En général, les procédés membranaires réduisent le nombre d’opérations unitaires, et ils fonctionnent en continu et automatiquement[2] sans qu’il soit nécessaire de déplacer des pièces dans le système, sauf pour les pompes ou les compresseurs, qui sont nécessaires pour déplacer et pousser le fluide à travers les membranes.

Les membranes constituent une alternative attrayante aux procédés conventionnels de traitement des eaux usées, car elles ne nécessitent pas l’ajout de produits chimiques (uniquement pour le nettoyage des membranes), le procédé est simple avec des schémas de contrôle et une charge de maintenance simples [2], et son empreinte est généralement faible.

Néanmoins, comme tous les autres, les systèmes à membrane présentent également quelques inconvénients, l’encrassement étant le principal[2].

Fouling

L’encrassement, ou contamination de la membrane, se produit lorsque des solides en suspension ou dissous s’accumulent sur la surface externe de la membrane (générant un gâteau), ou sur/dans les pores (bouchant ou bloquant les pores) [3]. L’encrassement se traduit par une plus grande consommation d’énergie pour faire passer le fluide, une réduction du flux de perméat (substance purifiée) dans le temps [2], une fréquence de nettoyage plus élevée et une durée de vie plus courte de la membrane [3] (durée de vie moyenne de la membrane de trois à six ans). Les pores peuvent se boucher avec l’argile et les matières organiques si les flux riches en particules ne sont pas pré-filtrés [1].

L’encrassement est l’un des problèmes majeurs qui a conduit à la perception de membranes peu fiables et coûteuses [4], car l’encrassement diminue le flux de perméat [2]. Cependant, des cycles de nettoyage optimisés ont été établis à ce jour, qui sont dans de nombreux cas une combinaison de méthodes de nettoyage physiques et chimiques. De plus, les procédés membranaires produiront toujours deux flux en conséquence, le perméat et le rétentat, qui est le flux contenant les contaminants restants. Le rétentat, qui est en fait un flux d’alimentation concentré, nécessite généralement un traitement supplémentaire avant d’être éliminé[6]. Dans l’industrie, on observe des taux de récupération allant jusqu’à 85 %, ce qui laisse un flux très concentré à rejeter ou à utiliser pour une extraction supplémentaire des ressources (rejet liquide nul).

Les inconvénients mentionnés n’ont toutefois pas limité la diffusion de la technologie des membranes dans le monde entier. L’augmentation de la population, les préoccupations croissantes concernant les contaminants dans l’eau, le déclin des sources d’eau propre et facilement accessible, la pénurie d’eau actuelle et prévue[8], ainsi que les grandes quantités d’eau utilisées par l’industrie[9], sont des facteurs qui poussent la société et la technologie vers des techniques et des pratiques qui permettent de compter sur une eau propre avec une consommation énergétique mineure. Ce n’est pas en vain que les membranes s’imposent actuellement comme une industrie de plusieurs milliards de dollars[8] et constituent une option fiable en matière de réutilisation de l’eau.

La nécessité d’une transition vers un monde plus propre et plus efficace sur le plan énergétique, accompagnée d’un déploiement de la réutilisation des eaux usées industrielles et domestiques, pousse la technologie des membranes à une optimisation élaborée. Il en résulte une réduction des coûts globaux du cycle de vie, ce qui fera sans aucun doute des membranes la technologie clé du futur traitement de l’eau.

BOSAQ utilise la technologie des membranes pour ses systèmes. Dans les dispositifs de production d’eau potable hors réseau de BOSAQ, l’utilisation de produits chimiques pour le nettoyage des membranes est réduite au minimum absolu grâce à un déploiement intelligent de méthodes innovantes de prévention des salissures “vertes”.

References

[1]          N. Academies, ‘Safe Drinking Water Is Essential’, Reports from the National Academies, 01-Sep-2007. [Online]. Available: https://www.koshland-science-museum.org/water/html/en/Treatment/Membrane-Processes.html. [Accessed: 27-Oct-2018].

[2]          W. Guo, H.-H. Ngo, and J. Li, ‘A mini-review on membrane fouling’, Bioresour. Technol., vol. 122, pp. 27–34, Oct. 2012.

[3]          ‘Membrane fouling’. [Online]. Available: https://www.lenntech.com/membrane-fouling.htm. [Accessed: 28-Oct-2018].

[4]          ‘Exploring membrane technology’, edie.net. [Online]. Available: https://www.edie.net/library/Exploring-membrane-technology/2785. [Accessed: 26-Oct-2018].

[5]          ‘The Challenge of Membrane Maintenance’, Water & Wastes Digest. [Online]. Available: https://www.wwdmag.com/membranes-microfiltration/challenge-membrane-maintenance. [Accessed: 27-Oct-2018].

[6]          P. Zhou, G. M. Brown, and B. Gu, ‘Membrane and Other Treatment Technologies — Pros and Cons’, in Perchlorate: Environmental Occurrence, Interactions and Treatment, B. Gu and J. D. Coates, Eds. Boston, MA: Springer US, 2006, pp. 389–404.

[7]          ‘Membrane Filtration’, Water Quality Products. [Online]. Available: https://www.wqpmag.com/membrane-filtration. [Accessed: 27-Oct-2018].

[8]          J. Nemeth-Harn, ‘What is Membrane Water Treatment Technology and Why Do We Specialize In It?’ [Online]. Available: http://blog.harnrosystems.com/what-is-membrane-water-treatment-technology-and-why-do-we-specialize-in-it. [Accessed: 27-Oct-2018].

[9]          A. the A. P. Manison, ‘Sustainable membranes for wastewater applications’, Water Technology, 01-May-2013. [Online]. Available: https://www.watertechonline.com/sustainable-membranes-for-wastewater-applications/. [Accessed: 27-Oct-2018].

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Jacob Bossaer

Jacob Bossaer

Founder & CEO

Jacob est le fondateur et le PDG de BOSAQ. Après être revenu d'un des endroits les plus extrêmes de la planète, Jacob créa BOSAQ et Water Heroes dans le but d'apporter une solution durable au problème de l'eau dans le monde.

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