Les membranes de Microfiltration (MF) offrent une excellente filtration avec une faible turbidité finale de l'eau (généralement inférieure à 0,1 NTU) et des niveaux d'élimination élevés pour les kystes/oocystes de protozoaires pathogènes, Giardia et Cryptosporidium et les bactéries. Comme dernière étape de traitement, la Chloration T.6 ou l'Ultrafiltration T.10 ainsi que la Nanofiltration/Osmose inverse T.15 peuvent être utilisées. La MF est applicable dans toutes les phases d'urgence et à différentes échelles (voir H.4 pour l'échelle des ménages).

La MF utilise des membranes pour filtrer l'eau. L'eau brute est forcée à travers la membrane par une différence de pression, et les composants de l'eau sont retenus en fonction de la taille des pores de la membrane. Plus les pores sont petits, plus la pression à exercer est importante. Les membranes de MF utilisées pour le traitement de l'eau ont des tailles de pores de 0,1 à 0,5 μm. Ces membranes éliminent les particules et les protozoaires et peuvent éliminer des quantités de 4 log (99,99 %) ou plus de Giardia/Cryptosporidium et de bactéries, bien qu'elles éliminent généralement moins de 1 log de virus. Le post-traitement comprend généralement une désinfection, telle que la Chloration T.6 . Les machines basées sur la MF sont généralement préfabriquées en usine et montées sur châssis, bien qu'il existe également des modules à membrane unique disponibles. La plupart des modules à membrane de MF dans les systèmes montés sur châssis sont constitués de petites fibres creuses en forme de chaîne qui sont montées dans des cuves ou des réservoirs cylindriques (en forme de tuyau) en raison de la densité de remplissage extrêmement élevée (2 000 à 15 000 m²/m³), selon le type de système.

Considérations sur la conception

Les filtres à membrane présentent deux différences de conception fondamentales par rapport à la filtration sans membrane : la filtration sans issue (l'alimentation est complètement poussée à travers la membrane) et la filtration à flux croisé (l'alimentation s'écoule sur la membrane, la totalité de l'alimentation n'est pas filtrée). Les membranes de MF typiques fonctionnent comme des filtres sans issue. Le prétraitement comprend toujours un pré-filtre de protection (typiquement du type à rétrolavage automatique évalué à environ 300 microns). Un prétraitement supplémentaire (par exemple, la Sédimentation assistée, T.4 ) peut augmenter l'élimination des matières dissoutes ou réduire le potentiel d'encrassement de l'eau à forte teneur en matière organique. La coagulation en ligne automatique suivie d'une MF directe est utilisée pour les eaux à fort potentiel d'encrassement afin de réduire le colmatage des membranes. Habituellement, les coagulants respectueux de la membrane comme le chlorure de polyaluminium et/ou le chlorhydrate d'aluminium sont préférés. Les systèmes de MF préfabriqués et montés sur châssis comprennent principalement un système de contrôle pour réguler les conditions de fonctionnement pendant les cycles, 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, les systèmes effectuent un rétrolavage automatique avec de l'eau filtrée toutes les 20 à 30 minutes en fonction de la qualité de l'eau brute. Une unité de MF ne produit pas de filtrat pendant la période de rétrolavage automatique d'environ 3 minutes, par conséquent un réservoir intermédiaire est nécessaire pour le stockage du filtrat. Environ 85 à 95 % de l'eau d'alimentation devient un filtrat utilisable et le reste est rejeté sous forme de rétrolavage usé ou de déchets de nettoyage chimique. Un paramètre de conception majeur est le flux, indiquant le débit de filtrat par zone de membrane. Si le flux est réglé trop haut pour une application, cela peut entraîner un encrassement de la membrane. L'encrassement réversible peut augmenter la pression de fonctionnement, mais peut être géré par un rétrolavage régulier et un nettoyage chimique (généralement 1 jour/mois). Un encrassement irréversible nécessitera un nettoyage chimique avancé et peut endommager la membrane de façon permanente. L'utilisation de certaines membranes de MF à sec peut également entraîner des dommages permanents. Il existe des systèmes de MF qui fonctionnent à flux constant et/ou à pression constante. La plupart des projets effectuent un pilotage sur site avant la conception, mais si cela n'est pas possible, une expérimentation par essais et erreurs est conseillée.

Matériaux

En règle générale, l'ensemble du système de MF est acheté simultanément parce que l'équipement auxiliaire, y compris les supports de structure, les pompes, les vannes, le(s) pré-filtre(s), le(s) compresseur(s) d'air et le système informatique (pour le rétrolavage et la surveillance de la qualité de l'eau), sont tout aussi importants que les membranes. Les consommables comprennent les éléments de membrane (durée de vie de 5 à 10 ans s'ils sont utilisés correctement), les kits de réparation de membrane, l'électricité et les produits chimiques (par exemple, acide citrique et hypochlorite de sodium pour le nettoyage et la désinfection; l'hydroxyde de sodium caustique et le bisulfure de sodium pour la neutralisation).

Applicabilité

Par rapport à l'Ultrafiltration T.10 , la MF est plus souvent utilisée comme prétraitement pour la Nanofiltration/Osmose inverse T.15 ou pour réduire la turbidité en vue d'une désinfection ultérieure par d'autres méthodes. Dans de tels cas, la MF est généralement appliquée là où une automatisation efficace et rentable est requise. Ces systèmes peuvent être mis en place très rapidement (systèmes automatisés montés sur châssis). La MF peut être appliquée dans des endroits éloignés et des zones urbaines, car elle est facilement évolutive et peut être utilisée dans toutes les phases d'une intervention urgence, y compris la réponse aiguë.

Fonctionnement et entretien

Des opérateurs bien formés sont conseillés 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 de membrane (fibres cassées, encrassement). Les tâches régulières comprennent la vérification quotidienne des tests de précision des instruments et d'intégrité, une vérification quotidienne des niveaux de produits chimiques, un étalonnage hebdomadaire des pompes d'alimentation en produits chimiques et le nettoyage des instruments, et un examen hebdomadaire des données, qui comprend la prise en compte des révisions de tous les paramètres de fonctionnement, tels que flux, la fréquence de nettoyage chimique et un contrôle volt-ampère sur les moteurs électriques.

Santé et sécurité

Les membranes MF conservent des niveaux élevés de bactéries et de protozoaires (également des kystes) allant jusqu'à 99,9–99,9999 % (valeurs de réduction de 3 log à 6 log, LRV), tandis que l'élimination des virus est généralement inférieure à 1 log. L'élimination du rétentat doit être considérée avec soin, car il contient les contaminants présents dans l'eau d'alimentation. Selon les constituants et les réglementations locales, le rétentat peut être redirigé vers l'eau de source, telle qu'une rivière, rejeté dans les égouts municipaux, 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 agents de nettoyage chimiques peuvent être corrosifs et nécessitent des opérateurs formés et un équipement de protection individuelle.

Coûts

Les coûts d'acquisition initiaux sont relativement élevés en raison des coûts élevés des modules de membrane et du besoin d'équipements auxiliaires avancés. Alors que la membrane de MF seule est relativement bon marché (10 à 20 USD/m² de membrane), les coûts des modules entiers varient entre 70 et 120 USD/m². En prenant soin du système avec des nettoyages fréquents et appropriés, le filtre aura une durée de vie (selon le fabricant) allant jusqu'à 10 ans, ce qui se traduira par des coûts relativement faibles par utilisateur au fil du temps.

Considérations sociales et environnementales

Les filtres de MF sont bien acceptés par les utilisateurs et les institutions, car la turbidité de l'eau est visiblement améliorée. L'établir en tant que nouvelle technologie nécessite une formation, le développement des capacités de fonctionnement et d'entretien et la volonté du personnel local. Les besoins en énergie pour le fonctionnement des systèmes de MF sont comparables à ceux des systèmes conventionnels de traitement de l'eau.