Etude du colmatage de membranes d'ultrafiltration (UF) par les matières organiques naturelles (MON)

Membrane fouling due to natural organic matter (NOM) is the major issue in drinking water treatment using low-pressure membrane processes (MF/UF). Fouling due to NOM is more pronounced in the form of humic acid fouling, which is a degradation product of plant and animal residues in the environment. According to previous studies it was reported that humic acid fouling is mainly governed by cake formation mechanism which increases the total hydraulic resistance and there by induces flux decline. We have analyzed humic acid cake, formed on regenerated cellulose flat sheet membranes in different operating conditions like pH, trans-membrane pressure, molecular weight cut-off (MWCO) of the membranes and humic acid concentration to understand the fouling mechanisms. Different parameters like hydraulic permeability and hydraulic resistance, percentage of flux decline, modified fouling index (MFI-UF), streaming potential coefficients, and fractal dimensions of the surface cake were determined in order to assess the nature and extent of fouling. Using a combination of these macroscopic, microscopic and in situ tools, we have developed a new method for the analysis of humic acid cake and there by to assess the nature, mechanisms, and consequences of fouling due to NOM in low-pressure membrane processes. This method was applied to hollow fibers (virgin and fouled by natural surface water), combined with membrane autopsy. We have also conducted a pretreatment method for the removal of NOM using bentonite (mont-Al-CTAB). Pre-treatment method using bentonite was effective by reducing the total hydraulic resistance of the fouling layer.Les technologies à membranes sont en plein développement ; toutefois, les problèmes de colmatage limitent cette expansion. Les acides humiques présents dans les eaux naturelles induisent des chutes de production des membranes et sont à l'origine de fortes diminutions des durées de vie des matériaux filtrants. L'objectif principal de ce travail a été de développer une approche originale du colmatage de membranes basses pression d'ultrafiltration (UF). L'originalité de ce travail est de proposer plusieurs outils d'autopsie de membranes à deux échelles, l'une macroscopique (par des mesures de perméabilité hydraulique, dont sont déduites les résistances de colmatage et l'indice de colmatage MFI-UF) et l'autre microscopique (par la détermination de la dimension fractale des particules d'acides humiques et leurs agrégats déposés à la surface de la membrane). En utilisant une combinaison de ces outils macroscopiques, microscopiques et in situ, nous avons développé une nouvelle méthodologie pour l'analyse d'un gâteau d'acides humiques sur une membrane et ainsi permis d'évaluer plus finement que jusqu'ici la nature, les mécanismes, et les conséquences du colmatage de membranes basses pression. Cette méthode a été appliquée aux fibres creuses (vierge et colmaté par l'eau de surface naturelle), combinées avec l'autopsie de membrane. De plus, un nouvel appareillage semi-automatique de la mesure du potentiel d'écoulement, mise au point par nos soins, a permis de réaliser des investigations à l'intérieur de la structure de la membrane afin d'y déceler le cas échéant la présence de matière organiques naturelles (MON). La dernière partie est consacrée à une étude du prétraitement d'une solution d'acides humiques en présence de.bentonite modifiée (dénommée mont-Al-CTAB) afin de tenter de limiter le colmatage par les MON. La méthode de prétraitement employant la bentonite s'est avérée efficace en réduisant la résistance totale du gâteau d'acides humiques, en particulier en provoquant la diminution de la dimension fractale du gâteau formé en présence de bentonite