L'ultrafiltration n'est pas une panacée . 70 % - 80 % du colmatage du système d'ultrafiltration provient d'un prétraitement défaillant. De nombreux projets considèrent l'ultrafiltration comme un « dernier recours », simplifiant et raccourcissant le prétraitement. Que des membranes à fibres creuses, à feuilles plates, tubulaires ou en céramique soient utilisées, des augmentations rapides de pression différentielle, des nettoyages chimiques fréquents et une durée de vie considérablement réduite de la membrane se produiront.
Les processus de prétraitement par ultrafiltration courants courants comprennent : la sédimentation par coagulation, la filtration multimédia-la filtration sur charbon actif, les filtres à disques, les filtres auto-nettoyants, la pré-microfiltration par ultrafiltration, le charbon actif biologique à l'ozone- et le prétraitement d'adoucissement. La combinaison de prétraitement varie considérablement en fonction de la qualité de l'eau d'arrivée (eau de mine, résidus chimiques de charbon, effluent secondaire municipal, eaux de surface).
I. Comparaison détaillée des processus de prétraitement
1. Coagulation-Sédimentation (clarification de la coagulation)
Principe du processus : L'ajout de PAC/PAM provoque la floculation des colloïdes, des matières en suspension, du phosphore et des grosses molécules organiques, permettant ainsi une séparation solide-liquide par sédimentation.
Avantages : Excellente élimination des matières en suspension, des colloïdes et de la turbidité ; élimine une partie de la matière organique hydrophobe ; opération mature, adaptée aux projets-à grande échelle ; investissement relativement maîtrisable.
Inconvénients : Exigences élevées en matière de contrôle du dosage des réactifs ; des réactifs excessifs peuvent introduire des sels d'aluminium résiduels et des floculants polymères, provoquant directement un colmatage irréversible du système d'ultrafiltration ; rejet important de boues; grande empreinte au sol; L'effet de floculation se détériore dans les environnements à basse-température.
Compatibilité typique des affluents : eaux de surface, eaux de mine, eaux usées industrielles à haute-turbidité.
Correspondance avec l'ultrafiltration : étape de pré-traitement la plus couramment utilisée pour l'ultrafiltration à fibres creuses sous pression externe ; L’ajout excessif de PAM est strictement interdit, car le PAM résiduel est un tueur pour l’ultrafiltration.
Points de conception et de fonctionnement : Contrôler la turbidité des effluents inférieure ou égale à 5 NTU ; contrôler strictement le dosage de PAM, minimiser l'utilisation de PAM anionique ; prolonger de manière appropriée le temps de floculation en hiver à basse température.
2. Filtration multimédia-(Sable de quartz + anthracite)
Principe du processus : Filtration sous pression par gravité, s'appuyant sur la couche de média filtrant pour piéger les fines matières en suspension et les colloïdes.
Avantages : Élimine les fines particules restantes après sédimentation ; fonctionnement stable ; familier au personnel de maintenance ; adapté aux grands volumes d'eau; peut être lavé à contre-courant et régénéré.
Inconvénients : Mauvaise résistance aux charges de choc ; grandes fluctuations de la turbidité des influents, sujettes au ruissellement des médias ; l'agglomération des médias et les fines particules de sable entrant dans le système d'ultrafiltration après l'agglomération, grattant les fibres de la membrane ; capacité d’élimination quasi nulle des matières organiques dissoutes.
Compatibilité typique des influents : Effluent après coagulation et sédimentation ; eau de mine, eau municipale récupérée.
Compatibilité avec l'ultrafiltration : unité de pré-filtration standard pour l'ultrafiltration à pression externe de type-pression ; ne peut pas être utilisé comme seul prétraitement pour l’ultrafiltration.
Considérations de conception et d'entretien : vérifiez régulièrement le média filtrant pour éviter le ruissellement ; assurer une intensité de lavage à contre-courant raisonnable ; enquêter immédiatement sur toute augmentation soudaine de la turbidité des effluents pour empêcher le sable de pénétrer dans le boîtier de la membrane d'ultrafiltration.
3. Filtration au charbon actif (charbon actif granulaire GAC)
Principe du processus : L'adsorption élimine une partie de l'acide humique, de la couleur et une partie de la matière organique hydrophobe.
Avantages : Réduit la charge organique, diminue l'encrassement organique du système d'ultrafiltration ; élimine une partie du chlore résiduel.
Inconvénients : Impossible d’éliminer les matières en suspension ; sujet à la croissance microbienne dans les étapes ultérieures de l'exploitation, les effluents transportant de grandes quantités de bactéries et de débris biologiques, provoquant un grave encrassement biologique dans le système d'ultrafiltration ; le charbon actif nécessite une régénération ou un remplacement régulier ; Les influents huileux peuvent facilement provoquer une détérioration et une agglomération du charbon actif.
Compatibilité typique des affluents : eaux de surface, certaines eaux usées chimiques, eaux à haute teneur en matières organiques.
Utilisation avec ultrafiltration : l'ultrafiltration sous pression externe peut être améliorée par un prétraitement ; non recommandé pour les eaux usées à haute teneur en huile ou en MES.
Considérations de conception et d’entretien : Lavage à contre-courant régulier ; contrôler le temps de contact avec le lit vide ; soyez attentif aux épidémies microbiennes dans le réservoir de charbon actif ; remplacez rapidement le charbon actif lorsqu’il devient inefficace.
4. Filtre autonettoyant-
Principe du processus : tamis filtrant en métal, filtration automatique par brosse/aspiration en ligne, généralement avec une précision de 50 à 200 μm.
Avantages : Fonctionnement continu entièrement automatique ; faible encombrement ; pas besoin de remplacer le média filtrant ; adapté aux débits élevés ; faible charge de travail de maintenance.
Inconvénients : n'intercepte que les grosses impuretés particulaires, totalement inefficaces contre les colloïdes et les fines matières en suspension ; ne peut pas réduire la turbidité ; Le tamis filtrant endommagé permet aux impuretés de pénétrer directement dans le processus en aval.
Compatibilité typique avec l'eau d'entrée : protège l'équipement en aval ; pré-filtration pour des raisons de sécurité.
Correspondance avec l'ultrafiltration : uniquement à des fins de protection, et non comme prétraitement principal-pour l'ultrafiltration ; généralement placé après les filtres multimédia-et avant le filtre de sécurité d'ultrafiltration.
Points de conception et de maintenance : Prévoir une marge de débit lors de la sélection d'un modèle ; vérifiez régulièrement l'intégrité du tamis du filtre.
5. Filtre à disque (filtre à disque empilé)
Principe du processus : Filtration par compression sur disque en plastique, précision 5-100 μm, lavage à contre-courant automatique.
Avantages : Précision de filtration supérieure à celle des filtres-autonettoyants ordinaires ; lavage à contre-courant rapide ; faible encombrement ; haut degré d'automatisation.
Inconvénients : Inefficace contre les colloïdes et les matières organiques dissoutes ; l'eau huileuse peut facilement provoquer l'adhérence et le colmatage du disque ; lavages à contre-courant fréquents dans des conditions de SS élevées.
Compatibilité typique avec l'eau d'entrée : eau de récupération, eau de mine, après-filtration par pré-sédimentation.
Correspondance avec l'ultrafiltration : souvent utilisé comme pré-filtre dans les systèmes d'ultrafiltration à pression externe, en remplacement de certains-filtres multimédia ; ne peut pas être utilisé seul pour l'eau d'entrée à haute turbidité.
Considérations de conception et d'entretien : Utiliser avec prudence pour les eaux usées huileuses ; démonter régulièrement et vérifier l'adhérence des disques filtrants.
6. Filtre de sécurité (Microfiltration, élément filtrant 5-10μm)
Principe du processus : l'élément filtrant intercepte les particules dures et les débris du média filtrant qui fuit, protégeant ainsi l'élément membranaire d'ultrafiltration.
Avantages : Intercepte le sable et les impuretés dures introduites par les fluides qui fuient, protégeant ainsi les fibres de la membrane des rayures physiques.
Inconvénients : Ne traite pas les colloïdes ni les matières organiques ; l'élément filtrant est un consommable ; l'élément filtrant doit être remplacé lorsque la pression différentielle augmente ; un élément filtrant endommagé permettra directement aux impuretés de pénétrer dans le système d’ultrafiltration.
Compatibilité typique avec l'eau d'entrée : essentielle pour tous les systèmes d'ultrafiltration de type-pression.
Compatibilité avec l'ultrafiltration : requise pour les systèmes d'ultrafiltration à pression externe et interne de type- ; généralement non requis pour les MBR immergés, les systèmes tubulaires et les membranes en céramique.
Considérations de conception et de maintenance : définissez une alarme de pression différentielle ; interdire strictement le fonctionnement lorsque la pression différentielle dépasse la limite ; n’utilisez jamais d’éléments filtrants endommagés ou de qualité inférieure.
7. Ozone-Charbon actif biologique (O₃-BAC)
Principe du processus : L'ozone oxyde les grosses molécules organiques, suivie de la dégradation de certaines matières organiques par le charbon actif biologique.
Avantages : Réduit considérablement la matière organique influente, réduit considérablement l’encrassement organique et biologique de la membrane d’ultrafiltration ; enlève la couleur.
Inconvénients : Investissement élevé ; consommation chimique élevée pendant le fonctionnement; Un dosage excessif d'ozone peut endommager la membrane d'ultrafiltration organique PVDF ; contrôle de processus complexes ; exigences élevées en matière d'exploitation et de gestion.
Compatibilité typique avec les eaux d'arrivée : eaux de surface, eaux municipales récupérées à haute teneur en matière organique.
Compatibilité avec l'ultrafiltration : prétraitement en profondeur par ultrafiltration sous pression externe ; l'ozone résiduel doit être contrôlé, car l'ozone résiduel entrant dans la membrane oxydera les fibres de la membrane PVDF.
Considérations de conception et de maintenance : Un dégazage suffisant doit être mis en œuvre après le traitement à l'ozone pour garantir qu'aucun ozone résiduel ne pénètre dans le système d'ultrafiltration.
8. Prétraitement adoucissant (ramollissement résine/chaux-carbonate de sodium)
Principe du processus : élimine la dureté du calcium et du magnésium ainsi que le silicium, réduisant ainsi la tendance au tartre.
Avantages : Réduit le tartre inorganique sur la surface de la membrane d'ultrafiltration tout en protégeant le système RO ultérieur.
Inconvénients : Système complexe ; consommation élevée de réactifs ; la résine nécessite une régénération ; augmentation de la salinité du perméat.
Compatibilité typique des influents : eau de mine à haute-dureté, eau de récupération industrielle à haute-dureté.
Correspondance avec l'ultrafiltration : le prétraitement peut être sélectionné en amont de l'ultrafiltration, principalement utilisé pour les eaux à haute dureté- ; pas une configuration universelle.
II. Combinaisons de prétraitement recommandées pour différentes sources d'eau brute
1. Effluent biologique secondaire municipal (eau récupérée)
Recommandé : Sédimentation par coagulation → Filtration multi-médias → Filtre de sécurité → Ultrafiltration sous pression externe
Points de contrôle clés : Matières en suspension et micro-organismes dans les effluents biologiques ; Un PAM excessif est strictement interdit.
2. Eau de mine (haute teneur en matières en suspension, haute dureté)
Recommandé : Clarification de la coagulation → Filtration multi-médias → Filtre à disque → Filtre de sécurité → Ultrafiltration sous pression externe
Points clés de prévention et de contrôle : fuite du média filtrant dans le boîtier de la membrane ; une unité d'adoucissement peut être ajoutée pour une dureté élevée.
3. Eaux de surface (eau de réservoir, riche en acide humique et en matière organique)
Recommandé : Coagulation et sédimentation → Multi-média → Filtration au charbon actif → Filtre de sécurité → Ultrafiltration sous pression externe ; Pour une teneur très élevée en matière organique, de l'ozone-BAC peut être ajouté.
4. Eaux usées à haute teneur en pétrole et en solides (ultrafiltration de pipeline/T-MBR)
Recommandé : Séparation de l'huile-Flottation → Coagulation et sédimentation → Ultrafiltration de pipeline ; Les membranes de pipeline sont très résistantes à l'encrassement et peuvent éliminer le besoin d'une filtration fine en plusieurs étapes, mais la séparation et la flottation de l'huile sont essentielles.
5. Eaux usées municipales entrant directement dans le MBR submergé
Le réservoir de traitement biologique MBR lui-même est un processus de prétraitement, dont l'avant est principalement constitué d'un tamis et d'un bassin de sédimentation primaire ; la filtration sur sable et le charbon actif ne sont pas nécessaires.
III. Idées fausses fréquemment utilisées lors de la mise en œuvre du projet
1. Traiter les filtres autonettoyants et les filtres à disques comme seul prétraitement pour l'ultrafiltration, sans coagulation ni sédimentation ni multimédia, permettant aux colloïdes de pénétrer directement dans la membrane, entraînant une augmentation de la pression différentielle.
2. Un ajout excessif de PAM au système de coagulation peut ne pas être visible à l'œil nu, mais il provoque un encrassement organique irréversible de la membrane d'ultrafiltration et la différence de pression initiale ne peut pas être rétablie, quelle que soit la quantité de nettoyage chimique effectuée.
3. L'agglomération et les fuites du média filtrant multimédia permettent aux particules de sable de pénétrer dans le boîtier de la membrane et d'endommager les fibres de la membrane, entraînant une SDI anormale dans le perméat.
4. L'absence à long terme de lavage à contre-courant du réservoir de charbon actif entraîne la croissance d'un grand nombre de micro-organismes, provoquant un bioencrassement continu de la membrane d'ultrafiltration.
5. Dans le processus ozone-BAC, l'ozone résiduel n'est pas complètement éliminé, ce qui oxyde la membrane PVDF et affaiblit la résistance des fibres de la membrane.
6. L'ajout de filtres à sable et de charbon actif au système MBR est un investissement inutile et augmente le risque de colmatage.
L’objectif du prétraitement n’est pas de traiter l’eau pour répondre à la norme d’influent d’ultrafiltration, mais de la respecter de manière cohérente et stable. Une conformité occasionnelle n’a aucun sens ; la valeur du prétraitement réside dans sa capacité à résister aux fluctuations de la qualité de l’eau. L'ultrafiltration peut tolérer une certaine quantité de contaminants, mais elle ne peut pas résister à l'échec périodique du prétraitement.
Le prétraitement est la première ligne de défense dans un système d'ultrafiltration. Différentes membranes d'ultrafiltration ont des niveaux de résilience variables : les membranes tubulaires et céramiques sont les plus résistantes aux chocs ; viennent ensuite les membranes à fibres creuses sous pression externe ; et les membranes à fibres creuses sous pression interne sont les plus vulnérables.
Lors de la sélection d'une membrane, vous devez d'abord déterminer la combinaison de prétraitement en fonction de la qualité de l'eau brute, puis choisir la configuration de la membrane d'ultrafiltration, plutôt que de simplement sélectionner une membrane d'ultrafiltration puis d'ajouter un système de prétraitement.