Membrane plate MBR

 

 

La technologie des bioréacteurs à membrane (MBR) est l’un des procédés les plus avancés dans le domaine du traitement de l’eau. Cette technologie peut éliminer efficacement les polluants tels que la matière organique, l'azote et le phosphore de l'eau, garantissant ainsi que les eaux usées traitées répondent aux normes nationales de rejet. Il est également largement utilisé dans le domaine du recyclage des ressources en eau.

 

Le cœur de la technologie MBR réside dans la réalisation d'une séparation efficace des boues et de l'eau à l'aide de la technologie de séparation par membrane, améliorant considérablement l'efficacité du traitement de l'eau et la qualité des effluents, en s'alignant sur les exigences fondamentales du « 14e plan quinquennal national » concernant la protection de l'environnement écologique de l'eau et le recyclage des ressources.

 

Les processus MBR utilisent une variété de modules membranaires, permettant la sélection de matériaux de membrane appropriés en fonction du type et des caractéristiques des polluants présents dans l'eau afin d'obtenir une élimination efficace des polluants. Son mécanisme unique de séparation par membrane offre des avantages significatifs, piégeant avec précision les minuscules matières en suspension et les particules colloïdales dans l'eau, séparant complètement les micro-organismes des polluants présents dans les eaux usées, atteignant ainsi le double objectif de purification en profondeur des eaux usées et de recyclage des ressources en eau.

 

 

 

Par rapport aux technologies conventionnelles de traitement de l'eau telles que les boues activées, le biofilm et la filtration par coagulation et sédimentation traditionnelle, la technologie MBR (Membrane Bioreactor) offre les principaux avantages suivants :

 

• Qualité des effluents supérieure et plus stable.

Les modules à membrane éliminent efficacement les matières en suspension, les particules colloïdales, les bactéries, les virus et la plupart des flocs microbiens des eaux usées, ce qui entraîne une turbidité des effluents extrêmement faible. Cet effluent peut directement atteindre, voire dépasser, la norme nationale sur les eaux de surface de classe IV, dépassant considérablement la qualité des effluents des procédés traditionnels à boues activées. De plus, il est moins affecté par les fluctuations de la qualité de l'eau d'entrée et les changements des conditions de fonctionnement, ce qui lui confère une forte stabilité de la qualité de l'eau et le rend plus adapté à une réutilisation directe dans la production industrielle, l'écologisation municipale et d'autres applications.

 

• Empreinte réduite

Le procédé MBR remplace le bassin de décantation secondaire dans les procédés traditionnels avec séparation par membrane. Simultanément, le module membranaire maintient une concentration plus élevée de boues activées dans le réacteur (la concentration de MLSS peut atteindre 8 000 à 15 000 mg/L, soit 2 à 4 fois celle du procédé traditionnel à boues activées), améliorant considérablement l'efficacité de dégradation des polluants par unité de volume du réacteur. Pour la même échelle de traitement, le système MBR n'occupe que 1/3 à 1/2 de l'empreinte des processus traditionnels, ce qui le rend particulièrement adapté aux zones urbaines et aux parcs industriels à contraintes de terrain.

 

• Production de boues réduite

La concentration élevée de boues dans l'environnement du réacteur inhibe la prolifération et le métabolisme microbiens, prolongeant ainsi l'âge des boues (le SRT peut atteindre 20 à 50 jours), réduisant ainsi les rejets excessifs de boues. La production de boues peut être réduite de 30 à 50 % par rapport au procédé traditionnel à boues activées. Cela réduit non seulement les coûts d’élimination des boues, mais réduit également le risque de pollution secondaire lors du traitement des boues.

 

• Résistance améliorée aux charges de choc

La haute efficacité de la membrane évite la perte de boues. Même en cas de fluctuations significatives à court-terme de la qualité et du volume des influents (telles que les rejets brusques d'eaux usées industrielles), la communauté microbienne au sein du réacteur reste stable. Le système nécessite un ajustement moins fréquent des paramètres de fonctionnement, ce qui se traduit par une résistance aux chocs nettement meilleure que les processus traditionnels.

 

• Élimination supérieure de l’azote et du phosphore

Des conditions d’exploitation des boues plus longues favorisent l’enrichissement en bactéries nitrifiantes (avec des cycles de croissance longs), améliorant ainsi la nitrification de l’ammoniac. Simultanément, la séparation membranaire retient les grosses molécules organiques, fournissant ainsi de nombreuses sources de carbone pour la dénitrification et améliorant l’élimination totale de l’azote. Combiné à la conception du processus anaérobie/anoxique, le MBR surpasse également les processus conventionnels en matière d'élimination du phosphore, répondant mieux aux exigences d'un traitement avancé de l'azote et du phosphore dans les eaux usées.

 

• Haut degré d'automatisation et maintenance plus facile

Les systèmes MBR automatisent les processus de nettoyage des modules à membrane, de retour des boues et d'aération, éliminant ainsi le besoin d'interventions manuelles fréquentes. De plus, les opérations complexes de raclage et de rejet des boues dans le bassin de décantation secondaire, typiques des procédés traditionnels, sont éliminées, réduisant considérablement la charge de travail et la difficulté de l'entretien quotidien.

 

 

 

Les composants centraux de la technologie MBR (Membrane Bioreactor) se répartissent principalement en trois catégories : les modules membranaires, les bioréacteurs et les systèmes auxiliaires de support. Chaque composant a une fonction clairement définie, travaillant ensemble pour garantir un fonctionnement efficace et stable du processus :

 

Modules membranaires

C’est le cœur même de la technologie MBR, qui détermine la qualité des effluents et l’efficacité du traitement. Les types de membranes courants comprennent les membranes à fibres creuses, les membranes à feuilles plates et les membranes tubulaires, principalement constituées de polymères -résistants à l'encrassement et à la corrosion- tels que le PVDF (fluorure de polyvinylidène) et le PES (polyéthersulfone). La fonction principale du module à membrane est d'obtenir une séparation efficace des boues-eau, en retenant les matières en suspension, les particules colloïdales, les flocs microbiens et autres impuretés dans les eaux usées.

 

Bioréacteurs

Véritable site de dégradation des polluants, le réacteur est enrichi d’un grand nombre de micro-organismes de boues activées. Grâce à des combinaisons de conditions aérobies, anoxiques et anaérobies, il décompose les polluants tels que la matière organique, l'azote ammoniacal et le phosphore total présents dans les eaux usées. Sur la base de la combinaison du module membranaire et du réacteur, les bioréacteurs peuvent être classés en réacteurs séparés, intégrés et combinés. Les réacteurs intégrés sont plus largement utilisés en raison de leur empreinte au sol réduite et de leur faible consommation d’énergie.

 

Prise en charge des systèmes auxiliaires

Ce système est crucial pour assurer le fonctionnement stable du MBR et comprend principalement :

 

Système d'aération : fournit de l'oxygène pour la dégradation microbienne des polluants et, grâce au flux d'air, lave la surface de la membrane, réduisant ainsi l'encrassement de la membrane et prolongeant sa durée de vie.

 

Système d'aspiration et de rétrolavage : la pompe d'aspiration extrait l'eau filtrée de la membrane ; le système de lavage à contre-courant nettoie périodiquement les modules membranaires avec de l'eau propre ou des agents chimiques pour restaurer le flux membranaire.

 

Système d'élimination des boues : élimine régulièrement l'excès de boues du réacteur, maintenant une concentration de boues stable et empêchant une accumulation excessive de boues qui pourrait avoir un impact négatif sur l'efficacité du traitement.

 

Système de contrôle automatisé : surveille les paramètres tels que le débit d'influent, la qualité de l'eau et le flux de membrane en temps réel à l'aide de capteurs, ajustant automatiquement les paramètres de fonctionnement tels que l'intensité de l'aération et la fréquence de lavage à contre-courant pour réduire les coûts de maintenance manuelle.

 

 

 

Le cœur de la maintenance du système MBR consiste à contrôler l’encrassement des membranes, à garantir l’activité microbienne et à stabiliser les paramètres de fonctionnement du système pour prolonger la durée de vie des modules à membrane et maintenir une qualité stable des effluents. Les éléments essentiels spécifiques de la maintenance peuvent être divisés en trois modules suivants :

 

I. Entretien quotidien des modules membranaires

 

Nettoyage en ligne (récupération de fluorescence)

 

Lavage par aération : Maintenir un fonctionnement continu et stable du système d’aération. Utilisez le flux d’air pour rincer la surface de la membrane afin d’empêcher l’adhésion des flocs de boue et des particules colloïdales. Vérifier régulièrement l'intensité de l'aération ; en cas d'aération inégale, nettoyez rapidement tout blocage dans les aérateurs.

 

Opération de lavage à contre-courant : Effectuer un lavage à contre-courant avec de l'eau propre quotidiennement ou tous les deux jours, en fonction de la baisse du flux de la membrane. La pression et la durée du rétrolavage doivent respecter strictement les paramètres du fabricant de la membrane. Pour les conditions très encrassées, de l'hypochlorite de sodium à faible concentration, de l'acide citrique ou d'autres produits chimiques peuvent être ajoutés pour un lavage à contre-courant chimique amélioré.

 

Nettoyage hors ligne (décontamination en profondeur)
Lorsque le flux membranaire chute à 60 % à 70 % du flux initial, ou que la différence de pression transmembranaire (TMP) dépasse la valeur de conception, le module membranaire doit être retiré pour un nettoyage chimique hors ligne.

 

Tout d’abord, trempez le module membranaire dans une solution d’acide citrique (pH 2 à 3) pour éliminer le tartre inorganique tel que les ions calcium et magnésium ; puis trempez-le dans une solution d’hypochlorite de sodium (concentration efficace de chlore de 500 à 1 000 mg/L) pour décomposer les polluants organiques et le biofilm fixés.

 

Après le nettoyage, rincez abondamment à l’eau claire pour éviter que les produits chimiques résiduels n’inhibent les systèmes microbiens ultérieurs.

 

Inspection physique et protection : inspectez régulièrement le module de membrane pour détecter des défauts tels que des fibres de membrane cassées et des bagues d'étanchéité vieillissantes. Réparez ou remplacez rapidement toute pièce endommagée.

 

Assurez-vous que le module de membrane est solidement installé pour éviter que l'aération ou l'impact du débit d'eau ne provoque le balancement et l'usure des fibres de la membrane.

 

II. Fonctionnement et maintenance du bioréacteur

Contrôle des paramètres des boues : maintenir la concentration des boues (MLSS) dans le réacteur entre 8 000 et 15 000 mg/L. Des concentrations excessivement élevées peuvent exacerber l’encrassement des membranes, tandis que des concentrations excessivement faibles affecteront l’efficacité de la dégradation des polluants.

 

Maintenir un temps de décantation des boues (SRT) de 20 à 50 jours et éliminer régulièrement les boues en excès pour éviter l'accumulation de boues vieillies. Le débit de rejet des boues doit être ajusté dynamiquement en fonction de la charge affluente et du taux de décantation des boues (SV30).

 

Assurer l'activité microbienne : Contrôler l'oxygène dissous (OD) : maintenir l'OD à 2–4 mg/L au stade aérobie, en dessous de 0,5 mg/L au stade anoxique et proche de 0 mg/L au stade anaérobie pour fournir un environnement approprié pour les micro-organismes d'élimination de l'azote et du phosphore.

 

Régulez la qualité de l'eau entrante : évitez les concentrations élevées de substances toxiques et nocives (telles que les métaux lourds et les solvants organiques). Si la qualité de l’eau entrante fluctue considérablement, une unité de prétraitement ou un réservoir d’égalisation doit être ajouté.

 

Surveiller la valeur du pH : maintenir le pH dans le réacteur entre 6,5 et 8,0. Si le pH dépasse cette plage, ajoutez rapidement des ajusteurs acide-base pour éviter l'inhibition de l'activité microbienne.

 

III. Maintenance et gestion des systèmes de support

Système d'aération : nettoyez régulièrement les blocages dans les disques d'aération/tuyaux du boîtier, vérifiez la pression du ventilateur et le débit d'air pour assurer une aération uniforme ; remplacer rapidement les équipements d’aération vieillissants pour éviter qu’une aération insuffisante n’aggrave l’encrassement de la membrane.

 

Système d'aspiration et de contre-lavage : vérifiez régulièrement l'état de fonctionnement des pompes d'aspiration et des pompes de contre-lavage, nettoyez les impuretés des corps de pompe et des canalisations ; étalonner les débitmètres, les manomètres et autres instruments pour garantir l'exactitude des données.

 

Système de contrôle d'automatisation : calibrez régulièrement les instruments de surveillance en ligne (tels que les compteurs d'OD, les pH-mètres et les capteurs TMP) pour garantir une surveillance précise des paramètres ; vérifiez le fonctionnement du programme du système de contrôle PLC et réparez rapidement les modules défectueux.

 

Plan d'urgence : Élaborer des plans d'urgence en cas de pannes d'eau, de pannes de courant et d'encrassement soudain des modules à membrane ; stocker des modules de membrane et des produits chimiques de rechange ; effectuer régulièrement des exercices d’urgence pour éviter que la qualité de l’eau ne dépasse les normes en raison des arrêts du système.

 

 

 

Liste des pièces du module à membrane plate
Module membranaire standard	Module de production d'eau (la paire)
	Module d'aération (paire)
Base	Module de production d'eau (avec sortie de décharge du canal de production d'eau), une paire
	Module d'aération (paire)
Kit de récupération d'eau	Têtes de collecte d'eau (paire)
	Tête de collecte d'eau fiches (quatre)
Accessoires	Petite bague d'étanchéité (plate eau d'origine à membrane ajutage)
	Grande bague d'étanchéité (port de production d'eau du module membranaire)
	Vis et écrous (clé Allen de 6 mm)

 

 

 

 

 

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