L'ultrafiltration (UF) fait partie de la famille des systèmes de filtration à membrane sous pression qui peuvent purifier l'eau des substances non dissoutes et de la plupart des substances dissoutes. L'UF est utilisée comme étape finale du traitement et peut être appliquée dans la réponse aiguë ainsi que dans les phases de stabilisation et de relèvement des interventions d'urgence.

L'UF utilise des membranes pour filtrer l'eau sous pression et fonctionne de la même manière que la Microfiltration T.3 . Les unités d'UF peuvent être préfabriquées et montées sur châssis ou disponibles sous forme de modules à membrane unique. La plupart des modules à membrane d'UF dans les systèmes montés sur châssis sont constitués de petites fibres creuses en forme de cordes (matériaux polymères) qui sont montées dans des cuves ou des réservoirs cylindriques (en forme de tuyau) en raison de la densité de remplissage élevée (2 000 à 15 000 m²/m³ selon le type de système). La principale différence entre MF et UF est la taille d'exclusion, qui pour l'UF est de 0,1 à 0,01 μm et pour la MF de 0,5 à 0,1 μm. Cela conduit à des résultats de filtration similaires pour les particules, les protozoaires, les bactéries (3-log à 6-log) et une élimination nettement meilleure des virus (1-log à 5-log) avec les membranes d'UF. Les protéines et polysaccharides supplémentaires sont éliminés à environ 80 % et les substances humiques à 40–60 %. L’après traitement comprend généralement une désinfection, telle que la Chloration T.6 , pour assurer une protection résiduelle.

Considérations sur la conception

Les filtres à membrane peuvent fonctionner comme des filtres sans issue (l'alimentation est poussée complètement à travers la membrane) ou des filtres à flux croisés (l'alimentation s'écoule sur la membrane, la totalité de l'alimentation n'est pas filtrée). Les membranes d'UF typiques fonctionnent comme des filtres sans issue. Selon la qualité de l'eau prélevée, notamment la turbidité (supérieure à 500 NTU), une préfiltration T.2 ou T.3 ou un prétraitement T.5 doit être envisagé pour éviter le colmatage des membranes. Le prétraitement comprend toujours un pré-filtre de protection (généralement un type à rétrolavage automatique évalué à environ 300 microns). Un prétraitement supplémentaire, tel que la Sédimentation assistée T.4 , peut améliorer l'élimination des matières dissoutes et réduire le potentiel d'encrassement de l'eau. La coagulation automatique en ligne suivie d'une microfiltration directe est également utilisée pour les eaux à fort potentiel d'encrassement. Un rétrolavage régulier élimine les particules accumulées à la surface de la membrane. Les systèmes d'UF préfabriqués et montés sur châssis comprennent généralement un système de contrôle pour réguler les conditions de fonctionnement, y compris la filtration par pompe, la fréquence de rétrolavage, le nettoyage chimique (généralement une fois par mois) et les tests d'intégrité (pour s'assurer que les membranes ne sont pas endommagées). En règle générale, le rétrolavage des systèmes se fait avec de l'eau filtrée toutes les 20 à 30 minutes en fonction de la qualité de l'eau brute. Pendant les 2 à 3 minutes de rétrolavage, l'appareil ne produit pas de filtrat. Dans l'ensemble, environ 85 à 95 % de l'eau d'alimentation devient un filtrat utilisable, et le reste est rejeté sous forme de déchets de rétrolavage ou de nettoyage chimique. En règle générale, les systèmes d'UF utilisant le principe de la filtration sans issue fonctionnent en mode débit constant avec une pression transmembranaire comprise entre 0,5 et 1 bar. Certains systèmes sont conçus pour fonctionner avec la Gravité S.7 , ils sont donc sous pression constante et flux variable. Pour éviter un encrassement réversible ou irréversible, un nettoyage chimique régulier doit être effectué. Pour éviter tout dommage, les membranes d'UF ne doivent jamais fonctionner à sec. Il est possible de stocker certaines membranes d'UF après un processus de conservation, et il n'y a pas besoin d'une étape de filtre à déchets après le rétrolavage.

Matériaux

En règle générale, dans les situations d'urgence, le système d'UF est acheté comme une seule unité, pas seulement les éléments membranaires. Les équipements auxiliaires, y compris les supports de structure, les pompes, les vannes, les pré-filtres et un système de contrôle informatique (pour le rétrolavage et la surveillance de la qualité de l'eau) sont tout aussi importants que les membranes elles-mêmes. Les consommables comprennent les éléments de membrane (durée de vie de 8 à 10 ans s'ils sont utilisés correctement), les kits de réparation de membrane, l'électricité et les produits chimiques (par exemple, l'acide citrique, l'hypochlorite de sodium pour le nettoyage et la désinfection ; l'hydroxyde de sodium caustique et le bisulfure de sodium pour la neutralisation).

Applicabilité

La technologie d'UF peut être utilisée dans une grande variété de contextes grâce à sa fonctionnalité modulaire, ce qui lui confère des performances de filtrage flexibles. Il peut s'agir d'un traitement en une étape, car il possède une excellente filtration, mais peut également être utilisé comme étape de prétraitement pour réduire la turbidité pour l'Osmose inverse T.15 . Des systèmes automatisés à petite échelle montés sur châssis sont disponibles et peuvent être installés en quelques heures. L'UF est parfois appliquée dans des endroits éloignés, bien qu'elle soit généralement réservée à un village ou à une ville. La filtration sur membrane d'UF peut être utilisée dans la réponse aiguë (en tant qu'unités plus petites) et dans les phases de stabilisation et de relèvement des urgences. Les éléments membranaires d'UF sont modulaires, bien que l'adaptation du nombre de modules dans les systèmes montés sur châssis ne soit pas facile en raison des limitations de l'équipement auxiliaire (pompes, systèmes de contrôle).

Fonctionnement et entretien

Des opérateurs bien formés sont nécessaires pour une durée de vie longue et fiable. Bien que les systèmes soient généralement automatisés ou semi-automatisés, des erreurs de manipulation peuvent causer des dommages importants aux éléments membranaires (fibres cassées, encrassement). Les tâches régulières de fonctionnement et d'entretien comprennent la vérification quotidienne de la précision de l'instrument et un test d'intégrité, une vérification quotidienne des niveaux de produits chimiques, un étalonnage hebdomadaire des pompes d'alimentation en produits chimiques, le nettoyage des instruments, l'examen hebdomadaire des données et la prise en compte des révisions des paramètres de fonctionnement tels que le flux, un nettoyage chimique mensuel (ou parfois plus souvent) et une vérification des volts-ampères des moteurs électriques. Les systèmes fonctionnant par Gravité nécessitent généralement un rétrolavage manuel régulier (quotidien ou hebdomadaire) et une surveillance du débit.

Santé et sécurité

L'élimination du rétentat doit être considérée avec soin, car il contient les contaminants présents dans l'eau d'alimentation. Selon la composition et les réglementations locales, le rétentat peut être renvoyé à la source, rejeté à l'égout municipal, dilué et utilisé pour l'irrigation ou traité sur place avant élimination. Un traitement avant élimination et réutilisation est recommandé lorsque l'élimination dans les égouts municipaux n'est pas possible. Les produits chimiques de nettoyage peuvent être corrosifs et nécessitent des opérateurs formés et un équipement de protection individuelle.

Coûts

Les coûts d'investissement initiaux sont relativement élevés en raison du coût des modules à membrane et de la nécessité d'équipements auxiliaires avancés. Alors que la membrane d'UF seule est relativement bon marché (10 à 20 USD/m² de membrane), le coût du module complet varie entre 70 et 120 USD/m² de membrane, selon le producteur et le type de membrane. Un entretien régulier assurera une durée de vie allant jusqu'à 10 ans (selon le fabricant), ce qui se traduira par des coûts relativement faibles par utilisateur dans le temps. Un investissement constant dans les produits de nettoyage, les réparations et le personnel qualifié est nécessaire et varie selon les pays et les régions.

Considérations sociales et environnementales

L'acceptation est élevée car l'eau produite est sûre et claire, la couleur est partiellement enlevée et il n'y a pas de changement de goût.