L'encrassement est l'une des causes les plus courantes de perte de performance dans les systèmes d'osmose inverse (RO) et d'ultrafiltration (UF). Ce terme désigne l’encrassement de la membrane : une accumulation de substances à la surface ou à l’intérieur de la membrane. L’encrassement affecte directement l’efficacité du système et entraîne presque toujours une baisse des débits, une augmentation des pressions et des différences de pression, une diminution des taux de récupération et une hausse de la consommation d’énergie.
Qu'est-ce que l'encrassement ?
Bien que le terme « encrassement » soit un terme général, il en existe plusieurs types, qui se développent chacun de manière différente :
1. Encrassement biologique
Qu'est-ce que l'encrassement biologique ?
Dans les technologies membranaires telles que l’osmose inverse (RO) et l’ultrafiltration (UF), l’encrassement biologique correspond à l’accumulation de micro-organismes — tels que des bactéries, des algues et des champignons — qui se fixent sur la membrane et y prolifèrent. Cela crée un biofilm visqueux qui réduit le débit d’eau et augmente la pression, ce qui entraîne une hausse de la consommation d’énergie.
Comment se forme l'encrassement biologique ?
La formation d’encrassement biologique dépend de divers facteurs. Tout d’abord, des micro-organismes doivent être présents dans l’eau. De plus, les conditions propices à la prolifération de ces micro-organismes doivent être réunies, notamment la présence de nutriments organiques et inorganiques en quantité suffisante, une température élevée et de l’oxygène. Ce dernier point dépend du fait que les bactéries aient besoin d’oxygène pour se développer (bactéries aérobies) ou non (bactéries anaérobies). Des facteurs tels que le débit et le type de surface membranaire influencent également la formation du biofilm.
Où l'encrassement biologique se produit-il généralement ?
L'encrassement biologique des systèmes à membranes est fréquent lors du traitement de l'eau de bassin, des eaux de surface ou des eaux usées. Le risque augmente lorsque l'eau est chaude et stagnante. Par exemple, des proliférations d'algues se produisent souvent en été dans les bassins de stockage à ciel ouvert ou dans les eaux de surface. Les eaux usées contaminées contiennent de nombreux micro-organismes qui peuvent également provoquer un encrassement biologique.
Comment prévenir l'encrassement biologique ?
Il est possible de prévenir l’encrassement biologique de différentes manières. Cela passe souvent par une préfiltration et une désinfection de l’eau avant qu’elle ne traverse une membrane d’osmose inverse (RO). La préfiltration peut consister en une filtration sur sable ou en une ultrafiltration (UF), qui éliminent physiquement les micro-organismes. La désinfection par UV ou la désinfection chimique détruit les micro-organismes, les empêchant ainsi de former un biofilm sur la membrane d’osmose inverse. Une combinaison appropriée de filtration mécanique et de désinfection réduit considérablement le risque d’encrassement biologique.
2. Encrassement organique
De quoi s'agit-il ?
L'encrassement organique dans les systèmes d'osmose inverse (RO) et d'ultrafiltration (UF) se produit lorsque des substances organiques d'origine naturelle, synthétique ou micro-organique adhèrent à la surface de la membrane. Il peut s'agir notamment d'acides humiques, de sucres, de graisses, d'huiles, de pesticides ou d'autres molécules organiques. Cela entraîne la formation d'une couche organique qui réduit le débit d'eau, augmente la pression et accroît la consommation d'énergie du système.
Comment cela se produit-il ?
L'encrassement organique se produit parce que la surface de la membrane et les substances organiques possèdent toutes deux une charge électrique spécifique, ce qui les amène à s'attirer mutuellement. Ce processus est également appelé adsorption. Le risque d’encrassement organique dépend du type de substance organique, du type de membrane et de la composition chimique de l’eau — telle que le pH — qui influence la charge tant de la membrane que des substances organiques.
Où ce phénomène se produit-il généralement ?
L'encrassement organique survient principalement lors du traitement des eaux de surface et des eaux de drainage. Les eaux de drainage contiennent souvent de nombreuses substances organiques différentes, telles que des exsudats racinaires, des acides humiques, des engrais organiques et des pesticides. Lorsque des substrats organiques, tels que la fibre de coco, sont utilisés, le risque d'encrassement est plus élevé. Une contamination organique peut également se produire dans les eaux de surface, par exemple en raison de rejets industriels. L’encrassement organique et le bio-encrassement se renforcent souvent mutuellement : les couches organiques fournissent des nutriments aux micro-organismes, qui forment alors des biofilms. Les algues, par exemple, sécrètent également des substances organiques qui adhèrent à la membrane.
Comment pouvez-vous l'éviter ?
L'encrassement organique peut être évité grâce à un prétraitement efficace de l'eau. Les méthodes couramment utilisées comprennent la coagulation, les filtres à charbon actif, l'ultrafiltration ou la nanofiltration pour l'élimination (partielle) des substances organiques. Le prétraitement peut également impliquer une oxydation à l’aide d’ozone, de peroxyde d’hydrogène ou de chlore libre, qui décomposent les substances organiques avant qu’elles n’adhèrent à la membrane. La prudence est de mise dans ce cas, car ces oxydants peuvent également endommager la membrane.
3. Encrassement colloïdal
Qu'est-ce que l'encrassement colloïdal ?
L’encrassement colloïdal et l’encrassement par des solides impliquent la formation d’une couche compacte à la surface de la membrane due à l’accumulation de solides en suspension tels que l’argile, le sable, la silice colloïdale et les particules de fer. Ces solides obstruent la membrane, réduisant ainsi le débit d’eau, augmentant la pression et accroissant la consommation d’énergie du système. Dans les membranes d’osmose inverse, une exposition prolongée à l’encrassement colloïdal peut également réduire l’élimination des sels dissous, entraînant une augmentation de la conductivité électrique (CE) dans le perméat.
Comment cela se produit-il ?
L'encrassement colloïdal se produit lorsque des solides non dissous et en suspension pénètrent dans le système à membrane. Ces substances sont souvent trop petites et trop légères pour se déposer et sont chargées électriquement. Lorsque les particules colloïdales et solides s’accumulent, elles peuvent devenir instables, ce qui les amène à s’agglomérer et à adhérer à la membrane. Cela crée une couche de dépôt à la surface de la membrane et peut obstruer les pores de celle-ci. Parmi les facteurs qui jouent un rôle à cet égard, on peut citer la charge des particules colloïdales, le pH de l’eau et la présence d’ions multivalents tels que le calcium et le magnésium.
Où ce phénomène se produit-il généralement ?
L'encrassement colloïdal est courant dans le traitement des eaux de drainage et des eaux de surface, mais peut également se produire dans les eaux souterraines et les eaux de pluie stockées dans des bassins à ciel ouvert. Par exemple, les eaux de drainage contiennent des particules fines provenant du lessivage du substrat ou d’engrais mal dissous. Les eaux de drainage issues de substrats organiques tels que la fibre de coco contiennent souvent davantage de matières en suspension. Les eaux de surface et l’eau de puits peuvent contenir des particules d’argile et/ou de sable. En cas de vent violent ou de fortes pluies, des particules d’argile ou de sable peuvent se retrouver dans un bassin à ciel ouvert.
Comment prévenir l'encrassement colloïdal ?
La préfiltration est essentielle pour prévenir l’encrassement colloïdal. Les techniques de préfiltration couramment utilisées pour éliminer les particules colloïdales et solides comprennent la filtration sur sable ou multimédia, les filtres à bande en papier, les filtres à tamis automatiques, les filtres à disques et les filtres à cartouche. De plus, la coagulation peut être utilisée pour provoquer l’agrégation des particules colloïdales. L’ultrafiltration peut également être utilisée pour éliminer les particules colloïdales.
Entartrage
Outre l’encrassement, il existe également l’entartrage. Ces termes sont parfois confondus. L’entartrage résulte de la cristallisation de minéraux, tandis que l’encrassement est le résultat d’une contamination biologique, organique ou colloïdale. L’approche à adopter variant en fonction du type de problème, il est important de bien comprendre cette distinction. Dans l’article « Qu’est-ce que l’entartrage et comment se produit-il ? », nous expliquons cela plus en détail. Nous abordons plus en détail la différence entre l’encrassement et l’entartrage dans l’article « Quelle est la différence entre l’encrassement et l’entartrage ? ».
Comment reconnaître l'encrassement ?
L’encrassement biologique, l’encrassement organique et l’encrassement colloïdal ont chacun des effets similaires mais distincts sur les performances d’un système à membrane. Cela dépend également du type de technologie membranaire utilisé.
En ultrafiltration (UF), ces trois types d’encrassement entraînent une augmentation de la résistance de la membrane. Cela se traduit par une pression plus élevée et une production d’eau réduite. La différence de pression à travers la membrane augmente également.
En osmose inverse (RO), les encrassements organiques et colloïdaux entraînent une diminution de la production d’eau. L’encrassement colloïdal provoque également une augmentation de la différence de pression à travers la membrane et, en cas d’encrassement sévère, peut accroître la conductivité électrique (CE) du perméat. En cas d’encrassement biologique, la différence de pression à travers la membrane augmente principalement, mais la production de perméat peut également diminuer. I
Reconnaître l'encrassement : la surveillance est essentielle
Une surveillance régulière des performances du système permet de détecter rapidement tout encrassement naissant. Une plateforme telle qu’HydroPatrol fournit des informations en temps réel sur la pression, le débit, la qualité de l’eau et les tendances, ce qui permet une détection précoce de l’encrassement et garantit que la maintenance soit effectuée exactement au bon moment.