PARTIE 2: Dimensionnement d'une usine de traitement membranaire

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Le dimensionnement d'une usine de production d'eau potable par ultrafiltration n'est pas très différent de celui effectué pour le système de traitement de l'entreprise photonis. Un des principaux changements est l'absence de pression osmotique.

Comme il est souligné dans la partie "état des lieux", la dureté de l'eau à Brive est assez élevée. L'ultrafiltration offre la "possibilité d’élimination des ions calcium, magnésium, et sulfates responsable de la dureté sulfaté avec une efficacité supérieur à 75% même avec des faibles pressions appliquées (5 bar), et avec des taux de conversion relativement élevés (plus de 70%)" (Elimination de la dureté et des sulfates contenus dans les eaux par nanofiltration, Abdul Hakim Bannoud, 3 septembre 2000).

Par manque de temps, nous verrons les points essentiels du dimensionnement d'une usine membranaire.

 

Choix du mode de régulation

Lors d'un dimensionnement, deux choix du mode de régulation se présentent:

  • Pression constante: c'est l'opération la plus courante car la plus facile à mettre en oeuvre ainsi que la moins onéreuse. Il suffit de donner une valeur de consigne que la pompe imposera dans les modules. Il faut toutefois prendre en compte que la pression ne sera pas uniforme dans tout le procédé. A chaque étage, on note une perte de charge de l'ordre de 1 bar. Avec le temps, un phénomène de colmatage va apparaitre. La pression imposée étant constante, on observera alors une diminution de la pression efficace, et donc une diminution du flux de perméat. Il faut toutefois être prudent avec ce type de régulation. Si la pression fixée est trop élevée en début de cycle de traitement, un phénomène d'accumulation et de compression des particules à la surface peuvent engendrer un colmatage important sur la membrane, qui peut être en partie irréversible.

  • Flux constant: Dans ce cas, la consigne fixée sera le débit de perméat. Des capteurs vont alors mesurer les valeurs de débits de perméat sur chaque étage et jouer sur la pression à l'aide de vannes de laminage. Au cours d'un cycle de filtration, la pression va donc augmenter. Il est donc nécessaire d'imposer une pression maximale dans la boucle de régulation. Cette pression maximale est souvent la pression maximale que les membranes peuvent supporter.


Ces deux choix sont discutables. Le premier est nettement moins efficace que le second mais également moins coûteux, car il n'y a pas de régulation à mettre en place (asservissement des vannes de laminage, mesure du perméat,..). Un choix intermédiaire pourrait être judicieux. En imposant des échellons de pression, on peut à la fois éviter le colmatage irréversible et garder un flux relativement constant sur le cycle de filtration.

 

Choix du mode de fonctionnement

  • Continu
  • Discontinu

Choix du matériau membranaire

 

Détermination de la PTM optimale, de la vitesse de recirculation optimale et de la perméabilité

 

Choix du nombre d'étages et de la surface membranaire totale

Cette surface membranaire dépend de la pression transmembranaire (pression efficace), du débit à traiter ainsi que de la perméabilité de la membrane.

La surface membranaire totale dépend du nombre d'étages choisi. Une augmentation du nombre d'étage diminue cette surface.

La surface membranaire totale devra être surdimensionné afin de pouvoir inclure les cycles de décolmatage sans gêner le débit de production d'eau potable. Le temps de nettoyage d'une membrane est approximativement de 30min.

Choix du type de module

 

Determination du coût d'installation, d'entretien et de fonctionnement