Ultrafiltration (UF)

Élimination efficace des fines matières en suspension

L'ultrafiltration est une technologie membranaire entraînée par la pression pour l'élimination des matières en suspension très fines, des colloïdes et de la plupart des particules microbiologiques de l'eau. Elle constitue une étape de filtration efficace au sein du traitement de l'eau industrielle et est appliquée entre autres comme prétraitement pour l'osmose inverse, pour la purification de l'eau de surface et au sein des bioréacteurs à membranes (MBR).

Parce que les sels et ions dissous traversent en grande partie la membrane d'UF, l'ultrafiltration n'a pratiquement aucune influence sur la charge saline de l'eau.

Qu'est-ce que l'ultrafiltration et comment cela fonctionne-t-il ?

En ultrafiltration, l'eau est passée sous basse pression à travers une membrane (semi-perméable). Les pores de la membrane retiennent les fines matières en suspension, les colloïdes, les bactéries et les plus grands composants organiques, tandis que l'eau et les sels dissous traversent en grande partie la membrane.

Séparation sur la base de la taille des particules : La séparation se fait principalement sur la base de la taille des particules présentes.

Taille des pores : Les membranes d'UF ont de très petits pores, typiquement de l'ordre de grandeur de quelques dizaines de nanomètres. Cela permet d'éliminer efficacement les fines matières en suspension et la plupart des particules microbiologiques.

Pas de dessalinisation : L'ultrafiltration ne supprime pas les sels dissous comme le fait une installation d'osmose inverse. Le bilan ionique et la conductivité de l'eau restent ainsi en grande partie inchangés.

Choix du matériau : membranes polymères et membranes céramiques

Pour la plupart des applications d'ultrafiltration industrielle, des membranes polymères sont utilisées. Elles sont largement applicables et constituent la solution standard pour entre autres la purification d'eau de surface et le prétraitement des installations de RO.

Les membranes céramiques sont utilisées pour des applications spécifiques où une haute résistance chimique, thermique ou mécanique est requise. Au sein de PCA Water, elles sont par exemple appliquées pour la séparation d'huile des bains de dégraissage dans l'industrie du traitement de surface.

Le choix du type de membrane dépend de la composition, de la température et du degré de pollution du flux d'eau à traiter

Quand optez-vous pour l'ultrafiltration ?

L'ultrafiltration est déployée lorsque de très fines matières en suspension doivent être éliminées d'un flux d'eau. La technologie peut être appliquée soit comme étape de filtration séparée, soit comme prétraitement pour une technique de purification suivante.

Protection des installations en aval

L'UF peut être déployée comme prétraitement d'une installation d'osmose inverse par exemple. En éliminant au préalable les matières en suspension et les colloïdes, la charge sur les membranes RO est limitée et l'encrassement peut être réduit. L'ultrafiltration n'a pratiquement aucune influence sur la composition chimique de l'eau : les sels dissous et autres petits composants dissous ne sont pas ou guère éliminés.

Élimination des fines matières en suspension

Lorsque les techniques de filtration classiques sont insuffisantes pour éliminer de très fines particules, l'ultrafiltration peut constituer une barrière supplémentaire. La qualité d'eau réalisable dépend toujours de la composition de l'eau d'alimentation, des membranes choisies et des conditions de fonctionnement.

Prétraitement pour la réutilisation de l'eau

L'ultrafiltration peut faire partie d'une installation de réutilisation de l'eau, par exemple comme prétraitement pour une étape membranaire ultérieure telle que l'osmose inverse. La possibilité ou non d'une réutilisation interne de l'eau est toujours déterminée sur la base de la qualité d'eau requise et de la chaîne de purification complète.

Cycle de filtration et nettoyage

Une installation d'UF ne se compose pas seulement de la membrane elle-même. Pour garder l'encrassement des membranes sous contrôle, la filtration et différentes étapes de nettoyage sont combinées. Selon le type d'installation, les étapes suivantes peuvent notamment être appliquées :

Filtration : pendant le fonctionnement normal, l'eau est filtrée à travers la membrane.
Backwash (BW) : rétroflavage périodique pour éliminer la matière déposée de la membrane.
Chemically Enhanced Backwash (CEB) : un rétroflavage soutenu par des produits chimiques pour éliminer les salissures plus tenaces.
Cleaning in Place (CIP) : un nettoyage chimique plus intensif qui est exécuté périodiquement lorsque les cycles de nettoyage normaux sont insuffisants. Grâce à ces étapes de nettoyage, l'encrassement de la membrane est limité et la durée de vie de la membrane peut être considérablement prolongée.

Dead-end versus crossflow

Le choix entre une configuration en dead-end et en crossflow dépend entre autres de la charge polluante, des propriétés de l'eau d'alimentation et de la gestion d'exploitation souhaitée.

Dead-end UF

En ultrafiltration dead-end, tout le flux d'alimentation est dirigé à travers la membrane. La pollution retenue reste derrière à la surface de la membrane et est éliminée périodiquement au moyen d'un rétroflavage et éventuellement d'un nettoyage assisté chimiquement. L'UF dead-end est principalement adaptée aux flux d'eau avec une charge polluante relativement limitée et est appliquée entre autres pour le traitement de l'eau de surface et comme prétraitement pour les installations de RO.

Crossflow UF

En ultrafiltration crossflow, l'eau d'alimentation s'écoule le long de la surface de la membrane. Seul le filtrat ou perméat traverse la membrane, tandis que le flux d'eau restant est recirculé le long de la membrane. L'écoulement continu le long de la membrane aide à limiter le dépôt sur la surface de la membrane. Le crossflow est par conséquent appliqué pour les flux d'eau avec une charge polluante plus élevée ou pour des flux de processus spécifiques. Le débit de recirculation requis fait toutefois en sorte que le crossflow demande généralement plus d'énergie qu'une configuration dead-end.

Dans quelles domaines appliquons-nous l'UF ?

Nos solutions d'ultrafiltration sont largement déployées dans diverses industries où la qualité de l'eau est critique :

Eau de surface

L'ultrafiltration peut être utilisée pour le traitement de l'eau de rivière, de canal ou d'autres eaux de surface. Les matières en suspension, les colloïdes et la plupart des particules microbiologiques sont éliminés avant que l'eau ne soit traitée ultérieurement ou utilisée comme eau de processus.

Prétraitement des installations d'osmose inverse

L'UF forme un prétraitement efficace pour l'osmose inverse. En éliminant les fines matières en suspension et les colloïdes, la charge de colmatage sur les membranes RO est abaissée.

Intégration dans les bioréacteurs à membranes (MBR)

Dans un réacteur biologique à membranes (MBR), l'ultrafiltration est utilisée pour séparer l'eau purifiée de la biomasse. Le filtrat peut être évacué ou traité plus loin, tandis que les bactéries et les boues activées sont conservées dans le système biologique.

Traitement de surface

Au sein de l'industrie du traitement de surface, les membranes céramiques peuvent être déployées pour des applications spécifiques, par exemple pour la séparation d'huile des bains de dégraissage. Cela permet de prolonger la durée de vie du bain de processus.

Essais pilotes et dimensionnement

Les performances d'une installation d'ultrafiltration dépendent fortement de la composition et du degré de pollution de l'eau à traiter. Pour des flux d'eau spécifiques ou difficilement prévisibles, PCA Water peut réaliser des essais pilotes avec une installation pilote entièrement automatisée. Celle-ci est équipée d'une surveillance continue des processus et d'un enregistrement des données, ce qui permet de suivre et d'analyser précisément les paramètres de processus importants. Sur la base des données collectées, le flux réalisable, la vitesse d'encrassement, la fréquence de nettoyage et les réglages de fonctionnement optimaux peuvent notamment être déterminés. Ainsi, l'essai pilote constitue une base fiable pour le dimensionnement et la conception de l'installation définitive. PCA Water assure à la fois l'exécution, le suivi et l'évaluation de ces essais pilotes.

FAQ : questions fréquemment posées sur l'UF

Comment puis-je savoir si l'ultrafiltration est adaptée à mon application ?

Cela dépend de la composition de l'eau, de la charge polluante et de la qualité souhaitée après traitement. Pour des flux d'eau plus complexes, un essai pilote peut aider à déterminer la faisabilité et la configuration optimale.

L'ultrafiltration élimine-t-elle également les sels dissous de l'eau ?

Non. L'ultrafiltration retient principalement les matières en suspension, les colloïdes et les particules plus grosses. Les sels dissous et les petits ions traversent en grande partie la membrane. Pour l'élimination des sels dissous, l'osmose inverse est par exemple appliquée.

Quelle est la différence entre l'UF dead-end et crossflow ?

En UF dead-end, tout le flux d'alimentation traverse la membrane et la pollution accumulée est éliminée périodiquement. En crossflow, une grande partie de l'eau s'écoule le long de la membrane et seul le filtrat traverse la membrane. Le crossflow est donc mieux adapté à certains flux avec une charge de pollution plus élevée, mais demande généralement plus d'énergie.

Comment les membranes UF sont-elles nettoyées ?

En fonction de l'installation, plusieurs méthodes de nettoyage sont combinées, telles que le rétrolavage (backwash - BW), le rétrolavage assisté chimiquement (chemically enhanced backwash - CEB) et le nettoyage en place périodique (CIP).

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