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RÉSUMÉ
Les ressources en eau douce sont limitées : l’accroissement de la population et le développement industriel font craindre une rupture des ressources en eau aux conséquences très graves, car l’eau ne possède aucun substitut. Le traitement des eaux, notamment par des opérations de séparation par membranes (osmose inverse OI, nanofiltration NF, ultrafiltration UF), contribue à la qualité de l’eau et au final à la quantité distribuée. Cet article s’intéresse aux procédés de potabilisation des eaux de mer, mais aussi des eaux douces, effectuées par ces techniques. Sont également détaillées les opérations de filtration membranaire permettant de contrôler la pollution des effluents.
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Philippe APTEL : Directeur de recherches Procédés de Séparation et Membranes (Laboratoire de génie chimique) Université Paul-Sabatier (Toulouse)
INTRODUCTION
Au XXe siècle, la population mondiale a triplé et la consommation d’eau a sextuplé. Selon l’Organisation Mondiale de la Santé, chaque année, 3,4 millions de personnes, principalement des enfants, meurent de maladies (essentiellement diarrhée et malaria) dues à la mauvaise qualité de l’eau et 2,4 milliards de personnes manquent d’eau pour leur besoin d’hygiène élémentaire. Les ressources en eau douce sont limitées : l’accroissement prévisible de la population (70 % de la consommation d’eau est destinée à l’agriculture et 10 % pour l’usage domestique), le développement industriel (l’industrie consomme 20 % de l’eau produite), font craindre une rupture des ressources en eau aux conséquences bien plus graves que celles qui résulteront de la fin des réserves pétrolières. Il y a des substituts au pétrole, pas à l’eau.
Qualité de l’eau distribuée et quantité suffisante sont donc les mots clés à considérer pour le traitement des eaux. Les opérations de séparation par membranes (osmose inverse OI, nanofiltration NF, ultrafiltration UF) sont bien placées pour aider à résoudre ces problèmes. En effet, comme les membranes jouent le rôle de barrière physique, elles produisent avec une grande fiabilité une eau de qualité pour la consommation humaine et l’industrie. Introduites dans le traitement des eaux usées, ces opérations de séparation permettent un recyclage ou/et une réutilisation de l’eau réglant ainsi, en partie, le problème de la quantité.
Le lecteur pourra trouver un complément d’information concernant ces techniques dans les dossiers Techniques séparatives à membranes- Considérations théoriques à Filtration membranaire (OI, NF, UF)- Applications diverses.
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- Version courante de août 2017 par Christel CAUSSERAND, Claire ALBASI, Hélène ROUX DE BALMANN
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2. Potabilisation des eaux douces
Les opérations de filtration par membranes sont très largement utilisées pour la potabilisation des eaux de surface ou des eaux souterraines.
Le besoin en eau potable de qualité « irréprochable » est le moteur du développement récent de l’ultrafiltration (UF) et de la microfiltration (MF) dans ce domaine. Les premières usines ont été construites en France dans les années 1980, mais ce n’est que depuis quelques années que de grandes municipalités ont décidé de remplacer ou de compléter les filières de traitement conventionnelles par des unités intégrant une filtration par membranes (figure 3). Aujourd’hui, plus d’un millier d’unités à membranes fonctionnent et la capacité mondiale est déjà supérieure à 3 millions de m3/j d’eau potable ; plusieurs usines de plus de 100 000 m3/j existent (par exemple à Moscou 275 000 m3/j). La croissance du marché est donc très forte (figure 4) et les normes concernant la présence de micro-organismes résistant aux oxydants (Giardia et Cryptosporidium) rendent indispensables l’utilisation des membranes en traitement final. Notons que l’ultrafiltration, qui a un pouvoir absolu de rétention des virus, est préférable à la microfiltration.
Des besoins plus spécifiques d’adoucissement, souvent combinés à des besoins d’élimination de micropolluants organiques, ont conduit au développement depuis la fin des années 1980 de la nanofiltration (NF). La capacité mondiale se situe autour de un million de m3/j avec, en particulier, une réalisation en France, à Mery/Oise, d’une usine de capacité 140 000 m3/j.
2.1 Limites des procédés conventionnels de potabilisation
Les traitements conventionnels présentent potentiellement des défauts qu’il est impossible de supprimer sans modification du principe de traitement lui-même. C’est le cas du cœur du traitement constitué par une filtration sur média granulaire (sable et/ou charbon actif, par exemple). En effet, la qualité de l’eau filtrée dépend de celle de l’eau brute car le média granulaire utilisé n’est pas un filtre absolu.
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Les filtres à sable sont des filtres...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DIAZ-CANEJA (J.), FARINAS (M.), JIMENEZ (A.) - Spanish cost data illustrate RO’s competiveness (les coûts illustrent la compétitivité pour l’osmose inverse en Espagne) - . Desalination & Water Reuse, 15 (1), p. 10-17 (mai-juin 2005).
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(2) - AWERBUCH (A.) - Hybrids plants : integration of resources and technology - . Desalination & Water Reuse, 15 (1), p. 17-28 (mai-juin 2005).
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(3) - Mémento technique de l’eau - . 2 volumes (10e édition) Degrémont/Lavoisier (2005).
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(4) - ZEMAN (L.J.), ZYDNEY (A.L.) - Microfiltration and ultrafiltration : principle and applications - . 618 p. Marcel Dekker New-York (1996).
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(5) - BAKER (R.W.) - Membrane technology and applications - . 538 p. John Wiley & Sons (2004).
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(6) - MAUREL (A.) - Dessalement de l’eau de...
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