Réduction du colmatage membranaire par ozonation et filtration sur charbon actif

RESUME A l’initiative d’une cooperation entre la Chaire Industrielle CRSNG en Eau Potable et l’entreprise John Meunier Inc., l’impact d’un pretraitement constitue d’une ozonation suivie d’une filtration sur charbon actif biologique (CAB) sur le colmatage de membranes basse-pression (MBP) a ete etudie en laboratoire et sur une usine pilote. Les performances des pretraitements ont ete mesurees en utilisant un indice recemment developpe: l’Unified Membrane Fouling Index (UMFI). Cet indice permet de differentier le colmatage total (UMFIT) du colmatage physiquement irreversible (UMFIR) et chimiquement irreversible (UMFIC). Un interet particulier a ete adresse a sa limite de detection (UMFIMIN), jamais aborde auparavant. La MBP en polymere (polyethersulfone et polyvinilpyrrolidone PES/PVP, dpores = 0,025 μm) a montre de meilleures performances en eaux brutes que les deux MBP en ceramique (carbure de silice SiC, dpores = 0,005 μm; dioxyde de titane TiO2, dpores = 0,100 μm), probablement en raison de son flux d’operation plus faible. L’ozonation a permis de diminuer le colmatage des trois membranes etudiees. La diminution du colmatage a ete associee a l’abattement de la fraction hydrophobique de la matiere organique naturelle (acides humiques et fulviques). Il etait cependant necessaire d’eviter de mettre en contact un residuel d’ozone avec la MBP en polymere pour eviter de compromettre son integrite physique. Aucun impact significatif n’a ete observe entre l’ozonation et la filtration CAB en laboratoire. En usine, une legere amelioration (7,5 %) du colmatage total a ete observee apres la filtration CAB, mais aucun impact sur le colmatage physiquement. Les UMFIT mesures avec le montage experimental sous-estimaient les UMFIT observes a l’usine d’un facteur 3. Les differences ont ete attribuees a des facteurs d’echelle, des modes d’operations et une qualite d’eau pretraitee differents de ceux en usine. En l’absence de precurseurs du colmatage ne pouvant etre observe en continu, l’UMFI se presente donc comme un indice de colmatage facile a mettre en place. Le montage experimental developpe dans ce memoire necessiterait cependant des ameliorations afin d’eviter de sousestimer le colmatage observe en usine. Le developpement d’un montage automatise et sa comparaison avec l’usine pilote seraient une perspective logique a ce projet de recherche. ----------ABSTRACT Cooperation between the Industrial-NSERC Chair in Drinking Water and John Meunier Inc. led to the study of ozonation followed by biological activated carbon (BAC) filtration as a mean of reducing low pressure membrane (LPM) fouling. Pretreatments performances were measured using the Unified Membrane Fouling Index (UMFI) in a laboratory and full scale pilot. This index distinguished the total fouling (UMFIT) from the physically irreversible fouling (UMFIR) and the chemically irreversible fouling (UMFIC). The detection limit of the UMFI method (UMFIMIN) has been studied, which is unique in the literature. Polymeric LPM (polyethersulfone and polyvinilpyrrolidone PES/PVP, d = 0.025 μm) showed better performances with raw waters than the two ceramic LPM (Silicon carbide, d = 0.005 μm; Titanium dioxide, d= 0.100 μm), most likely due to its lower permeate flux. Ozonation reduced fouling for the three membranes studied by reacting with the low molecular weight hydrophobic fraction (humic and fulvic acids) of the natural organic matter (NOM). It was however necessary to avoid any contact between ozone residual and the polymeric membrane to prevent its loss of integrity. Biofiltration had no significant impact on membrane fouling in the laboratory. The pilot showed a slight improvement (7.5 %) of the total fouling after biofiltration, but no significant impact on irreversible fouling. The UMFIT measured at the laboratory underestimated the UMFIT observed at the pilot by a factor 3. Scale-up effects, differences in operating mode and water quality are likely the cause of these differences. Without fouling precursors easily monitored continuously, the UMFI was a good indicator for fouling and easy to utilize. The tests performed at laboratory-scale required improvements in order to avoid underestimating the UMFIT observed at full-scale. Automation of the laboratoryscale pilot and its comparison with a full-scale plant would be a logical perspective to this research project.