L’ultrafiltration tangentielle

Procédé

L’ultrafiltration est un procédé de filtration où la force motrice est la pression du liquide à traiter. L’eau pressurisée entre dans le module et l’eau produite (appelée filtrat ou perméat) traverse la barrière que constitue la membrane.

Les substances retenues sont capturées sur la surface de la membrane et peuvent être éliminées du module en continu ou de manière périodique, suivant le système utilisé, dans le concentrat ou dans un effluent de rétro lavage.

La taille des pores est de l’ordre du centième de micron, ce qui permet la rétention de très petites particules, assurant une turbidité du perméat inférieure à 0,1 NTU généralement, mais aussi des micro-organismes et des virus (désinfection), voire des pyrogènes (dépyrogènation).

La structure poreuse des membranes utilisées présente une « peau » de très fine épaisseur sur la surface de filtration où il y a les plus petits pores alors que le reste de l’épaisseur (plus de 100µ) présente des pores de l’ordre de quelques microns qui assurent un passage facile du filtrat et donnent la résistance mécanique à l’ensemble. On réalise donc une filtration de surface et non en profondeur (contrairement à la microfiltration), ce qui facilite le nettoyage par un simple retour d’eau (voir opération de rétro lavage décrite plus loin).

Technologie

Les membranes sont disponibles commercialement dans différents matériaux organiques et inorganiques (membranes minérales) et différentes géométries.

Les membranes en poly sulfone sous forme de modules à fibres creuses sont maintenant couramment utilisées pour le traitement de l’eau.

Les membranes fibres creuses ont deux types de configurations :
Flux de l’intérieur vers l’extérieur (filtration externe/interne) : l’eau entrante circule au centre de la fibre creuse (canal central) et le perméat traverse la paroi poreuse pour être récupéré à l’extérieur de la fibre.
Flux de l’extérieur vers l’intérieur (filtration interne/externe) : l’eau entrante est à l’extérieur de la fibre et le perméat traverse la paroi de la fibre pour être récupéré dans le canal central.

Comme les modules conçus pour une filtration externe/interne peuvent tolérer une plus grande charge que ceux conçus pour une filtration interne/externe, et sont d’un coût au m² plus faible c’est cette première configuration qui est de plus en plus choisie pour la filtration frontale avec ou sans rétro lavage.

Maintenance

La méthode d’évacuation du rejet des rétros lavages est dépendante de l’application. Parfois on renvoie l’eau (si pas d’addition de produits chimiques) à la ressource (la rivière ou le lac) mais plus généralement vers le réseau d’assainissement notamment pour les applications domestiques et industrielles.

Certains produits colmatants sont mal éliminés par le rétro lavage, il est alors nécessaire de réaliser ce que l’on appelle un nettoyage chimique. Cette opération consiste à mettre en contact (par filtration éventuellement) la membrane à nettoyer avec une solution contenant un ou des agents de nettoyage spécifique du produit colmatant et donc de l’application. Les solutions couramment utilisées sont des solutions simples, oxydantes (chlore en particulier) basiques (soude à pH 12-13 par exemple) acides (à pH 2-3) ou plus complexes (acides organiques, détergents…). Les solutions usagées sont évacuées (après neutralisation) si nécessaire vers le réseau d’assainissement.

Le taux de conversion de l’ultrafiltration est défini comme la fraction d’eau convertie en perméat par rapport à la quantité d’eau entrante dans le système. Le taux de conversion est dépendant de l’application (de la qualité de l’eau à traiter en fait) des éventuelles procédures de nettoyage et du type de système. Pour le traitement d’eau de surface à faible ou moyenne turbidité, ce taux de conversion est de l’ordre de 90 %. Pour l’eau du robinet, les systèmes d’ultrafiltration fonctionnant en filtration frontale avec des cartouches jetables ont un taux de conversion très voisin de 100 %.