Système d'ultrafiltration d'eau

Actuellement, la membrane d'ultrafiltration à fibres creuses est devenue la principale méthode d'ultrafiltration grâce à ses avantages incomparables. Selon la position de la couche dense, on distingue les membranes à pression interne et les membranes à pression externe. Dans les membranes à pression externe, la solution à filtrer traverse les fibres creuses selon une direction supraradiale, de l'extérieur vers l'intérieur, pour former le filtrat. Les matières retenues se déposent à l'extérieur des fibres. Le canal d'entrée de la membrane se situe entre les filaments, qui disposent d'un certain espace libre. Ce type de membrane est donc plus adapté aux eaux brutes de mauvaise qualité et à forte concentration en matières en suspension. Dans les membranes à pression interne, la solution à filtrer pénètre à l'intérieur des fibres creuses et, sous l'effet de la différence de pression, traverse les fibres radialement pour former le filtrat. Le filtrat concentré reste à l'intérieur des fibres et s'écoule par l'autre extrémité. Le passage d'entrée de la membrane est la cavité interne de la fibre creuse ; afin d'éviter tout blocage, des exigences strictes s'appliquent à la taille des particules et à la teneur en eau d'entrée, ce qui la rend adaptée aux conditions de fonctionnement nécessitant une eau brute de bonne qualité.

3. Performances d'interception de l'assemblage de membranes d'ultrafiltration

(1) Interception des particules. La turbidité du filtrat peut généralement être réduite à moins de 0,1 NTU par ultrafiltration. En cas de turbidité instable de l'eau brute, l'ultrafiltration est plus appropriée. Comparée aux procédés de purification classiques, l'ultrafiltration est très facilement automatisable.

(2) Interception de la matière organique. La matière organique comprend les particules, les colloïdes et la matière organique hydrosoluble. L'efficacité de l'ultrafiltration pour intercepter les différents types de matière organique étant variable, son rendement dépend de la composition de cette matière dans l'eau. Contrairement aux méthodes traditionnelles, l'ultrafiltration ne nécessite pas de prendre en compte la précipitation ni la filtrabilité du condensat, car son rendement est indépendant de la forme et de la densité de ce dernier. Selon la floculation et la qualité de l'eau brute, le taux de rétention de la matière organique par ultrafiltration est de 40 % à 60 %.

La pollution membranaire désigne le processus d'adsorption et de dépôt de particules, de colloïdes ou de macromolécules de soluté présentes dans la solution sur la surface de la membrane. Ce phénomène peut s'effectuer par adsorption physique, réaction chimique ou interception mécanique, entraînant l'obstruction des pores et une modification significative du flux de perméation et des caractéristiques de séparation. L'adsorption membranaire en ultrafiltration est considérée comme un facteur clé de l'encrassement des membranes, lié à l'interaction entre la membrane, le solvant et le soluté. Les mécanismes d'adsorption varient en fonction des propriétés chimiques et des structures des composants membranaires et peuvent être classés en interactions électrostatiques, hydrophobes, etc.

Lors de l'ultrafiltration, les substances séparées et autres impuretés s'accumulent progressivement à la surface de la membrane, entraînant sa pollution et son colmatage. Le nettoyage de la membrane est donc une opération indispensable du système d'ultrafiltration, et un nettoyage efficace est essentiel pour prolonger sa durée de vie. Les méthodes de nettoyage couramment utilisées pour les membranes d'ultrafiltration comprennent principalement le nettoyage physique et le nettoyage chimique. Le nettoyage d'un système d'ultrafiltration inclut le lavage à l'eau (aller et retour), le lavage au gaz, et le nettoyage chimique. Le lavage à l'eau permet d'éliminer la couche de gâteau de filtration à la surface de la membrane. Le lavage au gaz utilise la forte turbulence du gaz pour éliminer plus efficacement la couche de polluants présente à la surface de la membrane. Le nettoyage chimique, par réaction chimique, permet d'éliminer les colloïdes, les matières organiques, les sels inorganiques et autres impuretés à la surface de la membrane d'ultrafiltration, ainsi que l'eau interne.

L'eau de rétrolavage de l'ultrafiltration est une eau de production d'ultrafiltration, car les matières en suspension apportées par l'eau de rétrolavage s'accumulent dans la structure de support et libèrent ensuite constamment des particules, des bactéries et du COT ; l'eau brute ne convient donc pas à l'eau de rétrolavage.

Avec le temps, les impuretés présentes dans l'eau se déposent sur les composants des membranes d'ultrafiltration, ce qui affecte progressivement leurs performances de séparation. Par conséquent, en fonctionnement, lorsque le rendement d'ultrafiltration diminue de plus de 20 % ou après 1 à 4 mois d'utilisation, il est nécessaire de procéder à un nettoyage chimique de la membrane. Ce nettoyage permet d'éliminer rapidement les polluants, de prévenir la formation de dépôts réfractaires et de restaurer les performances de la membrane.

Le nettoyage chimique se divise en nettoyage par solution acide et nettoyage par solution alcaline. Lorsque la dureté de l'eau d'entrée est élevée ou que la concentration en ions métalliques (comme les ions ferreux) dépasse les valeurs limites, provoquant ainsi une pollution inorganique à l'entrée de la membrane, il est nécessaire d'utiliser une solution acide pour nettoyer le dispositif d'ultrafiltration. Pour une membrane d'ultrafiltration contaminée par des organismes vivants, il convient d'utiliser une solution alcaline. Les points suivants sont à prendre en compte lors du nettoyage :

(1) Tous les agents de nettoyage doivent entrer dans l'ensemble du côté de l'entrée d'eau du système d'ultrafiltration pour empêcher les impuretés qui peuvent exister dans l'agent de nettoyage de l'arrière de la couche de filtre dense à l'intérieur de la paroi de la membrane.

(2) Le système d’ultrafiltration est soigneusement lavé à contre-courant avant le nettoyage chimique.

(3) Le processus complet de nettoyage chimique du système d'ultrafiltration prend 2 à 4 heures ; si l'encrassement est important, il faut le faire tremper pendant plus de 12 heures.

(4) Après le nettoyage, si la durée d'arrêt du système d'ultrafiltration dépasse trois jours, le système d'ultrafiltration doit être entretenu conformément aux exigences d'un arrêt à long terme.

(5) La solution de nettoyage doit être préparée avec de l’eau ultrafiltrée ou de l’eau de meilleure qualité.

(6) L'agent de nettoyage doit éliminer les contaminants éventuels avant de circuler dans l'ensemble de membranes.

La température de la solution de nettoyage peut être contrôlée entre 10 et 40 °C, et l'augmentation de la température de la solution de nettoyage peut améliorer l'efficacité du nettoyage.

(7) Au besoin, divers produits de nettoyage peuvent être utilisés, à condition qu'ils ne soient ni des agents nettoyants ni des fongicides et qu'ils n'endommagent pas la membrane ni les composants. Après chaque nettoyage, éliminer complètement l'agent nettoyant et rincer le système à l'eau ultrafiltrée ou osmosée avant d'utiliser un autre agent nettoyant.

Le nettoyage chimique des membranes d'osmose inverse ne doit pas être trop fréquent afin d'éviter des dommages irréversibles aux éléments de la membrane.