Fiche Résumé 12-AEP-01

Certains problèmes rencontrés lors de la potabilisation des eaux sont liés à la présence de matière organique (MO) : formation de sous-produits indésirables, reviviscence bactérienne… Aussi, il est indispensable que cette matière organique soit éliminée à un niveau le plus élevé possible. L'étape de clarification (coagulation-floculation-décantation-filtration) effectue l'essentiel du travail d'élimination. Mais c'est une étape délicate à gérer, surtout sur les petites installations (moins bien équipées en instrumentation et en personnel qualifié), car des ajustements de pH et de dosage de réactifs sont nécessaires lorsque la qualité de l'eau brute varie, ce qui est le cas des eaux superficielles. La pérennisation des ressources en eau de surface passe donc par une sécurisation de l'étape de clarification.

La nanofiltration (NF), permettant en une seule étape d'obtenir une clarification poussée avec un minimum de pertes en eau, de réactifs et de génération de boues n'a jamais été mise en œuvre jusqu'à maintenant. En effet, les membranes spiralées ne sont pas adaptées en premier étage de filtration (colmatage non gérable) et les membranes fibres creuses sont fabriquées par collage sur des membranes d'ultrafiltration (UF) avec une colle non agréée et en quantité non industrielle. L'apparition d'une nouvelle génération de membrane fibres creuses (HFs, HFc et HFe de Pentair, anciennement NORIT), récemment agréées en octobre 2011, rend maintenant cette approche complètement accessible en potabilisation puisque ces nouvelles membranes NF sont issues de la même technologie (avec un seuil de coupure plus faible) que les membranes UF en polyéthersulfone déjà agréées et les chaînes de fabrication sont les mêmes. Par ailleurs, l’utilisation de telles membranes permet de ne pas modifier significativement la minéralisation de l’eau filtrée.

L'objectif de l'étude est de déterminer la faisabilité du remplacement de la clarification classique d'une eau de surface par une nanofiltration fibres creuses avec juste une préfiltration mécanique de protection à l'amont. Deux des membranes Pentair seront testées à l’échelle pilote : HFc pour l’abattement de la matière organique et HFe pour l’abattement des perturbateurs endocriniens. Les résultats devront permettre d'apporter des solutions aux unités de petits débits en milieu rural (< 100 m3/h) qui produisent de l'eau potable à partir d'eau superficielle.

La première partie de l'étude (2011-2012) a été consacrée à la négociation de l'accord partenarial entre la SAUR et le fournisseur des nouvelles membranes ainsi qu’à la conception, réalisation et mise en route du pilote. Le pilote est alimenté par une eau superficielle et est constitué d’un préfiltre de 300 µm, d’une cuve de stockage de l’eau préfiltrée de 1,5 m3 où les MES sont maintenues en suspension par agitation et où il est éventuellement possible d’injecter un coagulant ou un agent de régulation de pH si nécessaire et d’une membrane de nanofiltration. Le débit d’alimentation est compris entre 0,8 m3/h et 1,5 m3/h sous 9 bars au maximum. L’alimentation est tangentielle. Une partie du flux passe à travers la membrane de nanofiltration, du haut vers le bas et de l’intérieur vers l’extérieur de chaque fibre et l’autre partie du flux est en partie purgée et en partie réacheminée vers le circuit d’alimentation. Les lavages chimiques, mis en oeuvre dans le module du haut vers le bas, sont soit des lavages à l’acide chlorhydrique, soit des lavages à la soude soit une combinaison de lavage à la soude puis à l’acide. Ces lavages utilisent l’eau du perméat. L’eau du perméat peut aussi être utilisée pour des contre-lavages (rétrolavages). La technique de lavage la plus recommandée par Pentair est celle du forward flush, étape durant laquelle l’eau brute préfiltrée est injectée avec de l’air dans le circuit principal afin de décoller le gâteau de filtration.

Le pilote de nanofiltration est géré au moyen du logiciel ViCA (Visual Control Assistant) développé par Pentair. Ce logiciel a plusieurs fonctions :
- visualisation du pilote et de l’état de fonctionnement de chacun des éléments (pompes, vannes, capteurs)
- programmation et lancement des séquences (filtration, lavage, vidange...)
- affichage des valeurs mesurées par les capteurs et des valeurs calculées
- en cas de dysfonctionnement, identification de l’origine des alarmes.

La deuxième partie de l'étude prévoit les essais sur pilote pour :
- étudier les performances de cette nouvelle technologie membranaire vis-à-vis de l'élimination des MES, de la matière
organique et des micropolluants,
- optimiser les conditions de fonctionnement,
- prendre en compte le traitement des concentrats.