15 octobre 2004 Retour d expérience de l utilisation des procédés membranaires pour la potabilisation des eaux au sein de Véolia Water D. Cléret
Sommaire!Parc des stations exploitées par Véolia Water!Rappels de quelques généralités!quelques exemples concrets! Microfiltration sous pression d Héricourt en Caux! Microfiltration par membranes immergées à Coliban (Australie)! Ultrafiltration de Clay-Lane (Angleterre)! Ultrafiltration de Windhoek (Namibie)! Unité de nanofiltration de Magenta (Bretagne)!Conclusion 15 octobre 2004 2
Parc des stations membranaires Véolia Water! 35 stations en exploitation! 16 France et DOM & TOM (4 NF, 10MF, 1 UF, 1 MFI)! 12 Angleterre (1NF, 3 MF, 4UF, 3 MFI, 1 OI)! 3 Australie 3 (2 MF, 1 MFI)! 1 Namibie (UF) pour réutiliser des eaux usées! 3 Caraïbes (3 OI en dessalement)!capacité >1 000 000 m3/j! Toutes les techniques sont utilisées!5 stations en cours de réalisation en particulier du dessalement d eau de mer (> 550 000 m3/j) 15 octobre 2004 3
Qu est-ce qu une membrane? Barrière physique (filtre microscopique) qui assure la rétention de composants indésirables dans l eau Microfiltration/Ultrafiltration Rétention de particules, désinfection (parasites, bactéries, certains virus...) Taille des pores du «microfiltre» Pression Rétention du type de composé Perméat Eau en entrée Nanofiltration Rétention de composés dissous (dureté, pesticides, nitrates ) 15 octobre 2004 4
Les domaines d application des membranes 15 octobre 2004 5
Exemple de rétention d un composant Diamètre des pores de la membrane 0.2 µm Cryptosporidium : 3 à 6 µm 15 octobre 2004 6
Différents types de membranes Fibres creuses MF/UF Module en fibres creuses Membrane séparatrice Sous couche (polysulfone) Support Membranes planes spiralées NF/OI 15 octobre 2004 7
Différents types de modules Rack membranes UF Bloc membranes NF sous pression Tubes membranes NF Bloc membranes UF immergées 15 octobre 2004 8
Exemples d applications en potabilisation Microorganismes Microorganismes + Pesticides Turbidité (eaux karstiques) Affinage Dessalement Osmose Inverse Mat. Organiques, Pesticides, nitrates, dureté, sulfates X Nanofiltration X Mat. Organiques, Pesticides, nitrates, dureté, sulfates Ultrafiltration Bactéries, virus Crypto, Giardia Microfiltration Bactéries, Crypto, Giardia X (Couplage CAP/CAG) X (Couplage CAP/CAG) X X 15 octobre 2004 9
Conditions de fonctionnement des membranes MF UF NF Qualité d eau en entrée < 500 NFU < 50 NFU < 1 NFU Pression 0,2-2 bar 5-15 bar Nettoyage physique (mn, heure) Nettoyage chimique (jour, mois) Perte en eau % / production Test d intégrité Durée de vie Air ou Eau (+ air) Eau (+ air) non oui oui oui 5 à 20% selon la turbidité 15 à 20% Point de bulle Point de bulle 3 à 10 ans Suivi de la concentration en sulfates 15 octobre 2004 10
Microfiltration d Héricourt en Caux 15 octobre 2004 11
Microfiltration d Héricourt en Caux!Caractéristiques de l usine! Construite en 1998! Capacité 5000m3/j! 2 machines Memcor type 90 M10C! Filtration externe/interne! Fibres creuses en polypropylène (pores 0,2µm)! Pression d alimentation 3 à 4 bars! Perte de charge trans-membranaire O,3 à 1 bar! Flux 100 L/h/m2! Dé-colmatage air et eau! Nettoyage chimique en place! Test d intégrité par point de bulle semi automatisé! Caractéristiques de la ressource de type karstique! Très forte turbidité (pointes > 1000 NTU)! Contamination microbiologie 15 octobre 2004 12
Microfiltration d Héricourt en Caux 15 octobre 2004 13
Microfiltration d Héricourt en Caux Principe de fonctionnement Filtration Décolmatage fibre Air fibre Eau brute Eau brute purge purge permeat 15 octobre 2004 14
Microfiltration d Héricourt en Caux Abattement de la turbidité Eau brute Turbidité [NTU] Eau micro-filtrée Jours 15 octobre 2004 15
Microfiltration d Héricourt en Caux Notre constat! Bien adaptée au traitement des eaux karstiques fortement turbides! Bon abattement de la contamination bactériologique et des Cryptosporidïum et Giardia! Améliorations et mesures préventives pour faire face aux conditions extrêmes de fonctionnement! Arrêt de l installation lorsque turbidité >1000 NFU après 24h! Réduction du débit de filtration! Installation d une coagulation au Wac pour limiter le colmatage des membranes! Optimisation de la procédure de nettoyage chimique! Renforcement de la surveillance en continu des paramètres de fonctionnement! Renouvellement prématuré des circuits hydrauliques de dé-colmatage en PVC! Pertes en eau élevées en période de forte turbidité! Membranes renouvelées courant 2003 15 octobre 2004 16
Microfiltration par membranes immergées de Bendigo en Australie 15 octobre 2004 17
! Construite en 2002! Capacité 126700 m3/j Microfiltration de Bendigo Caractéristiques de l installation! Membranes Polypropylène! 8 CMF-S avec 18 racks de 32 modules représentant 143,263 m 2 de surface filtrante! Flux maximum à 20 o C de 60 L/h/m 2! Filtration externe/ interne! Décolmatage air et eau 3mn/30mn! Nettoyage chimique en place 1/2 mois! Suivi en continu (Turbidité, particules etc )! Test d intégrité automatisé 15 octobre 2004 18
Microfiltration de Bendigo Notre constat! Membranes immergées peuvent se substituer aux traitements classiques de clarification des eaux de barrages peu turbides et chargées en algues! Excellente élimination des diverses espèces algales! Nécessité d optimisation la procédure de nettoyage chimique (Séquence)! Maintenance importante pour les opérations d entretien des modules 15 octobre 2004 19
Ultrafiltration de Clay Lane en Angleterre 15 octobre 2004 20
Ultrafiltration de Clay Lane! Caractéristiques de l usine! Construite en 2001! Capacité 160 000 m3/j! 2 étages de filtration pour limiter les rejets (<170 m3/j)! 36 skids X Flow! Filtration interne/externe! Fibres creuses PES sous pression porosité de 0,02 à 0,03 micron! Décolmatage à l eau! Nettoyage chimique en place (3 à 4j)! Test d intégrité automatique par point de bulle chaque jour! Caractéristiques de l eau à traiter! Eaux filtrées sur charbon actif en grains (pesticides)! Présence de Cryptosproridïum (1997)! Dure 15 octobre 2004 21
Ultrafiltration de Clay Lane 15 octobre 2004 22
Ultrafiltration de Clay Lane Carter PVC. Fibres. Perméat Module X-Flow Eau à traiter 15 octobre 2004 23
Ultrafiltration de Clay Lane Notre constat! Abattement de Cryptosporidïum conforme au cahier des charges (5 log)! Carbonates et manganèse accentuent le colmatage des membranes! Carbonates augmentent la fragilité des membranes! Améliorations apportées! Optimisation de la procédure de nettoyage chimique (Fréquence, séquence, acidification)! Renforcement de la surveillance en continu des paramètres de fonctionnement! Construction d un banc test pour la détection et la réparation des fibres cassées! Construction d un local dédié aux réactifs de traitement! Renouvellement de plusieurs modules! Effort important de sensibilisation et de formation des personnels d exploitation 15 octobre 2004 24
Réutilisation d eaux usées en Namibie Le contexte Namibie (1.7 Millions d habitants) Taux de croissance de 2.4 % Capitale: Windhoek (240000hab.) Population urbaine 38% Ex colonie Allemande jusqu en 1918 Windhoek Province d Afrique du Sud jusqu en 1990 15 octobre 2004 25
Réutilisation d eaux usées à Windhoek L usine de Wingoc Constructeur Deutsche Babcock SA avec un procédé Vatech Wabag Construite en 2001 l usine de Wingoc est exploitée depuis 2003 par un consortium: Berliner Wasser Betriebe Veolia Water Vatech Wabag Capacité 21000m 3 /j représentant 35% de la demande en eau potable Premier exemple dans le monde d une réutilisation d eaux usées pour la production d eau potable 15 octobre 2004 26
Windhoek: Les ressources Le barrage de Goreangab (Eaux usées traitées et lagunées COD: 10.1 mg/l UV 254: 0.215 Turbidity: 17 NTU ph : 8.3 TH: 103 mg/l CaCO 3 Fe : 7.7 mg/l HPC: 4300 units/ml Total coli: 252 units/100ml Faec Coli: 10 units/100ml E.Coli: 8 units/100ml Faec. Strep.: 15 units/100ml Clo. spores: 98 units/100ml Chlorophyll: 19 µg/l Average values mai June 2003 15 octobre 2004 27
Windhoek: Les ressources Le barrage de Gammam (Eau brute non traitée) COD: 9.3 mg/l UV 254: 0.2 Turbidity: 6.5 NTU ph: 8.1 TH: 163 mg/l CaCO 3 Fe: 3 mg/l HPC: 136000 units/ml Total coli: 14775 units/100ml Faec Coli: 2091 units/100ml E.Coli: 1827 units/100ml Faec strep: 225 units/100ml Clo spores: 2144 units/100ml Chlorophyll: 25 µg/l Average value mai June 2003 15 octobre 2004 28
Windhoek 15 octobre 2004 29
Windhoek Caractéristiques de l usine Prefilter 200 µm Modules Norit X-Flow S2225 PES Fibers 0.8mm 175 m 3 /h/rack 5 racks 14 tubes*4 modules*35 m 2 = 9800 m 2 Technical service contract with Norit Initial permeability = 320 L/m 2 /h/bar 15 octobre 2004 30
Windhoek Notre constat! Exigences qualitatives très fortes après chaque étape du traitement! Désinfection micro-biologique conforme aux exigences réglementaires! Matières organiques et carbonates influent sur le colmatage des membranes! Ozonation a un effet bénéfique pour le colmatage des membranes! Améliorations apportées! Optimisation de la procédure de nettoyage chimique! Renforcement de la surveillance en continu des paramètres de fonctionnement! Limitation de l usage de la ressource la plus dégradée (Gammam)! Quelques problèmes de colmatage des pré-filtres (fines CAG, délitage ciment)! Peu de casse des membranes 15 octobre 2004 31
La Nanofiltration de Magenta en Bretagne 15 octobre 2004 32
La Nanofiltration de Magenta!Caractéristiques de l usine! Construite en 2000! Capacité 1600 m3/j! Membranes spiralées DOW de type NF 90! 3 étages de traitement! Flux de 15 à 30 l/h/m2! Taux de conversion de 85%! Nettoyage chimique en place! Rejets des eaux chargées vers station dépollution!caractéristiques de l eau à traiter! Eaux de surface clarifiées! Présence de pesticides! Chargées en nitrates! Chargées en matières organiques 15 octobre 2004 33
La Nanofiltration de Magenta: Les modules spiralés Membrane séparatrice Sous couche (polysulfone) Support 15 octobre 2004 34
La Nanofiltration de Magenta Le module spiralé Eau brute Concentrat Perméat Tube perméat Espaceur alimentation Espaceur perméat Membrane 15 octobre 2004 35
La Nanofiltration de Magenta Configuration à trois étages entrée 1 er étage 2 e étage 3 e étage tube de pression concentrat module de membrane perméat 15 octobre 2004 36
La Nanofiltration de Magenta Les 3 étages de traitement 3 ième étage 1 er étage 2 ième étage 15 octobre 2004 37
La Nanofiltration de Magenta Taux de conversion = débit de perméat débit d alimentation 100% alimentation 85% perméat 15% concentrat 15 octobre 2004 38
La Nanofiltration de Magenta Abattement des nitrates 100 100,0 90 90,0 80 80,0 N-NO3 mg/l 70 60 50 40 30 20 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 % d'abattement N-NO3 10 10,0 0 26/02/200 1 10/03/200 22/03/200 1 1 NO3 eau filtrée Rendement NO3 03/04/200 1 15/04/200 1 date 27/04/200 09/05/200 21/05/200 1 1 1 NO3 Eau traitée Linéaire (Rendement NO3) 0,0 02/06/200 1 15 octobre 2004 39
La Nanofiltration de Magenta Abattement des matières organiques MO et COT eau brute mg/l 14 12 10 8 6 4 2 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 MO Eau traitée mg/l 0 0 28/02/200 1 10/03/200 1 20/03/200 1 30/03/200 1 09/04/200 1 19/04/200 1 29/04/200 1 09/05/200 1 19/05/200 1 29/05/200 1 date MO eau brute COT Eau brute MO eau traitée 15 octobre 2004 40
La Nanofiltration de Magenta Abattement de la turbidité 1000 1 0,9 0,8 Turbidité Eau brute 100 10 Eau traitée Eau brute 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Turbidité Eau traitée 0,1 1 0 24/02/2001 10/03/2001 24/03/2001 07/04/2001 21/04/2001 05/05/2001 19/05/2001 date Turbidite eau brute Turbidite Eau filtrée Turbidite Eau reminéralisée 15 octobre 2004 41
La Nanofiltration de Magenta Notre constat! Abattement des pesticides, nitrates, matières organiques, goûts et odeurs conforme aux exigences du cahier des charges! Quelques problèmes de colmatage des membranes pendant la période algale durant la première année d exploitation! Excellente stabilité du résiduel de chlore sur l ensemble de réseau de distribution! Absence de THM dans les eaux distribuées! Améliorations apportées! Optimisation de la clarification (régulation ph coagulation)! Optimisation de la procédure de nettoyage chimique (séquence, température de l eau de rinçage)! Renforcement de la surveillance en continu des paramètres de fonctionnement (SCADA)! Renouvellement des membranes du 3 ième étage courant 2005! Formation et de sensibilisation des opérateurs 15 octobre 2004 42
Conclusion! Fiables et maîtrisés! Répondent aux nouvelles exigences (Sanitaires/environnementales/consommateurs)! Domaines d application très variés (Clarification/affinage/dessalement et désinfection)! Choix du procédé (Bonne connaissance de la ressource/objectifs de traitement/agréments membranes et procédé)! Nécessitent des pré et post traitements! Formation des personnels d exploitation! Disposer d outil de diagnostic et de spécialistes (Centre d expertise) 15 octobre 2004 43