L'ultrafiltration sous pression-et l'ultrafiltration immergée sont deux formes classiques de technologie de membrane d'ultrafiltration. Bien qu'ils partagent le même principe de base de filtration membranaire, ils diffèrent par la force motrice, la structure du module membranaire, le mode de fonctionnement et les scénarios applicables.
I. Force motrice et mode de fonctionnement
Pression-Type Ultrafiltration
L'eau brute est pompée dans un boîtier à membrane scellé, créant une différence de pression positive (généralement de 0,5 à 2,5 bars) à travers la membrane. L'eau purifiée pénètre à travers la membrane sous pression et s'écoule de l'extrémité eau produite.
Il peut fonctionner comme une filtration sans issue ou une filtration à flux croisés. En filtration sans issue-, le taux de récupération de l'eau peut atteindre 90 % à 95 %. Dans la filtration à flux croisés-, le concentré est recyclé et le taux de récupération diminue à 75 % à 90 %.
Le flux de la membrane est relativement élevé, avec des valeurs de conception allant généralement de 40 à 120 L/(m²·h), en fonction de la qualité de l'eau et des performances de la membrane.
Ultrafiltration immergée
Le module membranaire est directement immergé dans un réservoir d’eau libre. Une pompe à perméat aspire l'eau de la cavité membranaire, créant une pression négative (différence de pression transmembranaire de seulement 0,1 à 0,6 bar, soit -10 à -60 kPa). L'eau est filtrée par l'entraînement d'aspiration.
Il s'agit presque entièrement d'une filtration sans issue, avec un taux de récupération du système généralement supérieur ou égal à 95 % et un long cycle d'élimination des boues.
Le flux est relativement faible, généralement conçu entre 15 et 40 L/(m²·h), car la faible différence de pression et la sédimentation par gravité nécessitent une surface de membrane suffisante.
II. Structure du module membranaire et caractéristiques des matériaux
Type de pression
Les fibres de la membrane sont encapsulées dans une coque cylindrique à pression-, généralement de 4 pouces/8 pouces de diamètre, de 1 à 2 mètres de longueur, avec une résistance à la pression de 3 à 10 bars.
Les fibres de la membrane peuvent être pressurisées intérieurement ou extérieurement, ce qui entraîne une densité de compactage extrêmement élevée, atteignant un volume de module de 400 à 800 m²/m³ (les éléments de 8 pouces peuvent atteindre une surface de membrane de 60 à 80 m²).
Matériaux de membrane courants : PVDF, PES, PS ; taille des pores 0,01 à 0,04 μm ; seuil de poids moléculaire de 100 à 150 kDa.
Type immergé
Les fibres de la membrane sont suspendues en configuration rideau ou faisceau, sans coque extérieure, et sont directement montées sur le cadre de la membrane et immergées dans le réservoir. La densité typique du cadre de membrane est de 200 à 400 m²/m³ de volume de réservoir.
Les fibres de la membrane reposent sur une aspiration à faible-pression, principalement de type pression externe, la couche antifouling étant tournée vers l'extérieur. Le réservoir à membrane est équipé de tuyaux d'aération perforés pour que de grosses bulles d'air nettoient la surface de la membrane.
Le matériau est principalement du PVDF renforcé ; les fibres de la membrane sont conçues pour résister aux vibrations d'aération à long terme-, nécessitant une résistance à la traction élevée.
III. Différences de fonctionnement et d’entretien Lavage à contre-courant et nettoyage
Le type à pression utilise un lavage à contre-courant hydraulique fréquent (le flux de lavage à contre-courant peut atteindre 1,5 à 2,5 fois le flux de perméat) combiné à un lavage à contre-courant à l'air-eau.
Les systèmes à membrane immergée reposent principalement sur une aération continue pour générer de grosses bulles qui frottent les fibres de la membrane. La fréquence du rétrolavage est faible et le nettoyage chimique est couramment utilisé pour maintenir la perméabilité.
Exigences de prétraitement
Les systèmes à membrane de type-pression sont sensibles aux particules présentes dans l'affluent. Le prétraitement nécessite souvent un filtre autonettoyant (précision de 100 à 300 μm) pour protéger les fibres de la membrane ; sinon, une rupture ou un encrassement des fibres est probable.
Les systèmes à membrane immergée, en raison de leurs grands canaux et de leur -effet de décantation dans le réservoir, peuvent traiter directement des concentrations élevées de matières en suspension (par exemple, les MLSS dans les MBR peuvent atteindre 8 000 à 15 000 mg/L). Ils dépendent peu du prétraitement et peuvent accepter directement les effluents des bassins de sédimentation par coagulation ou des liqueurs mixtes biologiques.
Concentration et méthode de nettoyage chimique
Dans les systèmes à membrane sous pression-, la solution de nettoyage chimique circule dans le boîtier de la membrane, garantissant ainsi un contact suffisant. Cependant, le côté perméat doit être isolé pendant le processus de nettoyage.
Les systèmes à membrane immergée impliquent un rétrolavage en ligne des produits chimiques pour tremper les fibres de la membrane ou le levage du cadre de la membrane dans le réservoir de nettoyage chimique. Cela demande un peu plus de main d'œuvre-, mais les fibres de la membrane elles-mêmes sont plus faciles à manipuler.