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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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3. Production d’eau ultrapure
La notion d’eau ultrapure est toute relative ; chaque industrie a ses exigences et les normes évoluent en permanence. La limite théorique pour la résistivité est de 18,2 MΩ · cm à 25 ˚C.
Des demandes importantes d’eau ultrapure existent, principalement :
-
dans l’industrie électronique ;
-
dans l’industrie pharmaceutique et biomédicale.
3.1 Industrie électronique
L’industrie des semi-conducteurs nécessite de l’eau très pure chimiquement, physiquement et biologiquement. La miniaturisation très poussée des composants et circuits intégrés entraîne des exigences de plus en plus draconiennes. La capacité de mémoire des composants est passée de 4 Mbit à 16 Mbit pour atteindre aujourd’hui 1 Gbit.
Les caractéristiques chimiques à respecter maintenant sont de 18,2 MΩ · cm (limite théorique) pour la résistivité et 0,1 ppb pour SiO2.
Les caractéristiques physiques et biologiques sont également très sévères et, en particulier :
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le carbone organique total (COT) doit être inférieur à 1 ppb ; il en est de même pour l’oxygène dissous ;
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le nombre maximal de particules de taille supérieure à 0,5 µm ne doit pas dépasser 200 par litre ;
-
les bactéries doivent être totalement éliminées.
On conçoit facilement que les opérations par membrane sont absolument nécessaires pour atteindre ce niveau de pureté. Elles sont combinées avec des techniques d’échange d’ions, d’électrodéionisation, d’ozonation et de traitement par UV. La chaîne de traitement comprend en général trois parties :
-
une partie prétraitement (polissage de l’eau du réseau) comprenant un système d’ultrafiltration pour une première élimination des particules et des micro-organismes, un contacteur à membrane pour le dégazage et souvent une première osmose inverse ;
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une partie déminéralisation totale par une deuxième osmose inverse et des résines ou/et électrodéionisation ;
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une partie boucle d’utilisation comprenant un polissage sur lits mélangés et ultrafiltration.
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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).
-
(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).
-
(4) - ZEMAN (L.J.), ZYDNEY (A.L.) - Microfiltration and ultrafiltration : principle and applications - . 618 p. Marcel Dekker New-York (1996).
-
(5) - BAKER (R.W.) - Membrane technology and applications - . 538 p. John Wiley & Sons (2004).
-
(6) - MAUREL (A.) - Dessalement de l’eau de...
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