Fiche Résumé 09-AEP-03

Afin de maintenir la qualité sanitaire de l'eau potable distribuée vis-à-vis des paramètres microbiologiques et des paramètres émergents, le Syndicat des Eaux d’Ile-de-France (SEDIF) envisage une refonte des filières de traitement des deux usines de Choisy-le-Roi et Neuilly-sur-Marne. La filtration membranaire, qui a fait ses preuves à grande échelle à l'usine de Méry-sur-Oise depuis 1999 (nanofiltration), sera entre autres une des techniques envisagées dans ces deux usines.

Dans ce contexte et avec l'expérience déjà acquise à Méry-sur-Oise, l'objectif de l'étude est orienté vers l'optimisation des conditions de nettoyage chimique des membranes de nanofiltration pour combattre plus efficacement leur colmatage à long terme. Actuellement, les recettes de nettoyage appliquées à Méry-sur-oise consistent en l'application successive d'une phase basique suivie d'une phase acide. L'étude prévoit d'obtenir une meilleure compréhension des mécanismes de colmatage et de nettoyage par la détermination expérimentale de l'efficacité, selon le type de colmatants rencontrés, d'un certain nombre de produits chimiques déjà ou susceptibles d'être utilisés à Méry-sur-oise. Les points positifs recherchés sont : gain d’efficacité du nettoyage, diminution des effluents générés, diminution du nombre d’agent nettoyants utilisés, diminution des coûts énergétiques, diminution des pertes de charges, augmentation de la durée d’utilisation des membranes, diversification des fabricants. L'étude doit aboutir à des préconisations en matière de nettoyage selon les filières et les eaux considérées.

Les différentes solutions de nettoyage testées lors de cette étude sont : NaOH, NaOCl, H2SO4, EDTA, SDS (sodium dodecyl sulfate) ainsi que les deux solutions utilisées actuellement à Méry-sur-Oise soit l’acide citrique et l’Ultrasil 110. Les essais ont été réalisés à l’échelle pilote sur des membranes neuves filtrant une eau synthétique colmatante et sur des membranes naturellement colmatées provenant de l’usine de Méry-sur-Oise (membrane en polysulfone sulfonée NF 200 de chez Dow Filmtec). La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour obtenir des images de dépôt extrêmement précises avec une définition qui atteint environ 1 nm. Seulement quelques échantillons provenant des membranes colmatées sur le site de Méry-sur-Oise ont bénéficié de cette technique car elle est longue et complexe à mettre en oeuvre. La microscopie électronique à balayage (MEB) a aussi entre autres été utilisée.

Les résultats de l’étude ont montré que :
- le colmatage est en grande partie provoqué par la matière organique (MO) ;
- la recirculation du perméat, telle qu’elle est effectuée actuellement, semble déconseillée. En effet, la recirculation de l’agent nettoyant mélangé aux éléments décolmatés risque de recréer un dépôt de surface et faire pénétrer les molécules colmatantes dans la structure poreuse de la membrane. Il faut donc, pour avoir une meilleure efficacité (gain de 40 % dans les conditions testées), réaliser un nettoyage avec passage unique de l’agent nettoyant dans les membranes et avec les “vannes perméat” fermées (pas de filtration simultanée) ;
- NaOH est le produit le moins efficace aussi bien sur la matière organique que minérale ;
- l’acide citrique et l’acide sulfurique ont surtout une action sur la matière minérale et ne permettent pas de récupération de la perméabilité ;
- le NaOCl a un effet important sur le nettoyage et sur la récupération de la perméabilité mais dans certaines conditions, il peut endommager la membrane puisque la perméabilité mesurée sur certains essais est bien plus importante que celle de la membrane (x 5) ;
- l’EDTA à pH 7 permet un bon nettoyage aussi bien sur la partie organique que sur la partie minérale du dépôt mais a peu d’effet sur la récupération de la perméabilité ; l’EDTA à pH basique (pH 11) voit son efficacité augmentée aussi bien pour la récupération de perméabilité que pour l’élimination de la matière organique et minérale ;
- le SDS à pH 7 apporte une bonne efficacité vis-à-vis de la récupération du flux mais il a peu d’effet sur la matière organique et minérale ; la récupération du flux proviendrait d’un changement de l’énergie de surface provoqué par le SDS mais présente peu d’intérêt si la quantité de matière organique continue à s’accumuler dans la membrane ; le SDS à pH élevé (pH 11) conserve une bonne efficacité vis-à-vis de la récupération du flux et dissout une partie plus importante de matière organique, la matière minérale reste par contre toujours peu solubilisée ;
- l’Ultrasil 110 (utilisé à Méry-sur-Oise) permet une récupération de la perméabilité de la membrane et un abattement de la matière minérale et organique intermédiaires (entre ceux obtenus avec l’EDTA et ceux obtenus avec le SDS).

En conclusion, l’association d’EDTA et de SDS à pH basique peut être envisagée en substitution de l’Ultrasil et de l’acide citrique (utilisés à Méry-sur-Oise) pour optimiser le nettoyage chimique des membranes de nanofiltration, avec de meilleures performances lorsque ces deux composés sont utilisés l’un après l’autre (EDTA puis SDS) plutôt que mélangés. La température peut être limitée à 20°C (au lieu des 30°C actuellement utilisés pour l’Ultrasil) car le gain d’efficacité obtenu au-dessus de cette température est négligeable.