LE TRAITEMENT DES EAUX PAR MEMBRANE : 

Aujourd’hui, avec les préoccupations de plus en plus importantes pour l’environnement, le problème du traitement des eaux est devenu une question majeure que toutes les industries ont à se poser un jour. Microsteel CIMD y a répondu avec une politique de « 0 rejet » et traite ses eaux via une centrale d’évapo-concentration que la société songe à remplacer par une filtration sur membrane.

Définitions des procédés : 

L’évapo-concentration :
L’évapo-concentration est un ancien procédé visant au traitement des eaux en utilisant l’évaporation sous une forte température afin d’en concentrer les polluants. Installer plusieurs évaporateurs permet généralement d’utiliser la chaleur issue de la vapeur déjà obtenue afin de chauffer les effluents à traiter, économiser une énergie non négligeable. Malgré ce fait le procédé est pénalisé par la forte demande énergétique qu’il requiert, environs 200 kWh.m-3 d’eau évaporée, et certains procédés plus récents s’avèrent d’une meilleure efficacité.

De nos jours, plusieurs améliorations de cette technologie ont vues le jour. Ces différentes techniques permettent une meilleure efficacité de traitement des effluents et, pour certaines, une diminution de la demande énergétique requise par l’évapo concentrateur.

Microsteel CIMD utilise actuellement un évapo-concentrateur avec une pompe à chaleur, permettant un traitement sous vide des effluents. Ce type de technologie réduit grandement les températures nécessaires pour l’évapo-concentrateur, de l’ordre de 30 à 40°C, mais la demande énergétique est plus importante et peut monter jusqu’à 250 kWh.m-3 d’eau évaporée.

Compte tenu de l’importante demande énergétique, du coût d’entretien ainsi que du rendement décroissant de la station, Microsteel CIMD cherche un procédé plus efficace vers lequel se tourner. Ce procédé pourrait être un traitement par membrane.

Le traitement des eaux par membrane :
L’usage des membranes dans le traitement des eaux est encore plutôt récent et repose principalement sur les propriétés de perméabilité et sélectivité de chaque membrane. Dans la théorie, plongée dans un flux d’eau continu, une membrane va réagir comme une barrière et jouer le rôle d’interface sélective. Le passage de la matière à travers cette barrière va alors dépendre à la fois de la membrane elle-même mais aussi des contraintes qui y seront appliquées.
– Un gradient de pression (principale contrainte employée dans les procédés de filtration membranaire).
– Un gradient électrochimique (notamment observé en biologie dans les cellules).

Actuellement on peut distinguer 4 catégories de filtrations membranaires en fonction de la membrane qui y est employée. On applique une pression plus ou moins importante sur la membrane ce qui permet d’accélérer le procédé de filtration.

La Microfiltration (MF) utilise une séparation physique dépendant de la taille des molécules par rapport à celle des ports de la membrane : Les particules plus petites passent la barrière tandis que les plus grosses sont retenues partiellement ou entièrement. A ce niveau de filtration, les membranes utilisées permettent la séparation de particules d’une taille allant jusqu’à 0,1 µm. La pression nécessaire pour ce procédé est 0,2 à 3 bars.

L’Ultrafiltration (UF) , comme la précédente, est une séparation physique des particules par une membrane. Pour une pression de 2 à 5 bars nécessaire, ce procédé permet la séparation jusqu’à une taille de 0,01 µm. Il est fréquent d’utiliser une microfiltration en prétraitement pour éviter un colmatage trop important de la membrane.

La Nanofiltration (NF), comme les deux précédentes, est une séparation physique par une membrane de particules en suspension d’une taille allant jusqu’à 0,001 µm. Compte tenu de la très petite taille des pores de la membrane, le flux est important et ce procédé demande une pression allant de 3 à 5 bars en général voire 20 bars dans certains rares cas. Il est quasiment obligatoire de prétraiter l’effluent avant son passage dans la membrane de nanofiltration pour que ce procédé soit réellement efficace, généralement effectué au moyen d’une ultrafiltration ou microfiltration.

L’Osmose Inverse (OI) utilise désormais une membrane non poreuse dont la structure dense laisse passer le solvant mais arrête les ions. Ce procédé est uniquement dépendant de pression et des différences de concentration entre les deux phases de part et d’autre de la membrane : Les ions, plutôt que de passer du plus au moins concentré pour rééquilibrer les concentrations (Osmose), iront dans le sens inverse lorsque soumis à une pression suffisamment élevée (de l’ordre de 20 à 60 bars) tel que montrer par la Figure 6. Cette technique permet une séparation de particules allant jusqu’à une taille de 0,0001 µm. Un cas particulier de ce procédé permet son utilisation à basse pression (environ 5 bars) où la membrane présente un comportement similaire à une nanofiltration, ce procédé demande cependant d’avoir des effluents à traiter peu turbide. Pour l’un comme pour l’autre, un prétraitement des effluents est obligatoire, généralement effectué via une nanofiltration.

Les membranes présentent l’avantage d’un fort pouvoir séparateur pour une demande énergétique moindre, exception faite de l’OI. Cela est contrebalancé par la nécessité de prétraitement pour éviter le colmatage des pores de la membrane par les grosses particules ne pouvant franchir la barrière qu’elle constitue. Même ainsi, les coûts d’entretien sont assez importants car la membrane demande des lavages mécaniques ou chimiques pour préserver son état.