Traitement avancé des eaux usées pour la réutilisation

Les changements climatiques et la croissance constante de la population mondiale augmentent la pression sur les approvisionnements en eau douce, et renforcent la nécessité de gérer cette ressource vitale. À côté des mesures de conservation, les process de réutilisation de l'eau - dans lesquels les eaux usées sont traitées pour répondre aux normes de qualité pour une utilisation bénéfique - est une stratégie critique pour augmenter les approvisionnements en eau douce.

Depuis la dernière décennie, les applications courantes de réutilisation de l'eau étaient les process de refroidissement industriel, les chasses d'eau dans les toilettes et l'arrosage des espaces verts. Au cours des dernières années, les méthodes de traitement avancées ont favorisé la viabilité et la sécurité de la réutilisation de l'eau potable directe et indirecte, et cette tendance gagne en intérêt dans les sphères municipales.

Après élimination des solides et des micro-organismes plus importants dans un flux d'eau réutilisé à l'aide de méthodes de traitement classiques, des traitements avancés ciblent les particules plus petites et les contaminants viraux restants. Cela nécessite des procédures telles que la filtration, l'osmose inverse et la désinfection, afin de répondre aux normes rigoureuses de qualité de l'eau pour la réutilisation de l'eau potable.

La filtration est généralement employée pour éliminer les matières en suspension, les bactéries et certaines molécules organiques plus grandes. Les matériaux de filtration peuvent inclure le sable, les milieux granulaires et les membranes fines.

La filtration sur membrane a longtemps été une base du traitement de l'eau potable, utilisée pour éliminer les contaminants par pression et pousser l'eau à travers de fines membranes. La taille des pores des membranes varie selon les exigences, et souvent, diverses membranes sont utilisées, avec une diminution de la taille des pores en aval.

La microfiltration est régulièrement utilisée pour le début du traitement tertiaire, avec des pores allant de 0,1 à 10 microns. L'ultrafiltration (UF), avec des pores de 0,01 à 0,1 microns, est efficace pour éliminer les matières en suspension, les bactéries et de nombreux virus. Ces deux types de membrane agissent comme des barrières physiques, qui piègent les contaminants sur la surface de la membrane tout en permettant à l'eau potable de passer. Comme les contaminants s'accumulent sur la surface de la membrane au fil du temps, le rétrolavage est périodiquement nécessaire pour maintenir l'efficacité et éviter le colmatage des pores afin que l'eau puisse encore traverser.

La filtration à un niveau encore plus fin, la nanofiltration, emploie des membranes avec des pores d'environ 0,001 microns de diamètre. Grâce à ses ouvertures fines, la nanofiltration est capable d'éliminer un spectre plus large de contaminants, y compris les matières organiques dissoutes, les ions de dureté comme le calcium et le magnésium, les pesticides et certains métaux durs. Elle est régulièrement utilisée comme intermédiaire entre l'ultrafiltration et l'osmose inverse (OI), offrant un niveau élevé de purification sans les exigences énergétiques requises par l'OI pour retirer les sels dissous.

Lorsque la pureté de l'eau est critique, comme dans le cas de la réutilisation directe de l'eau potable et de nombreuses applications industrielles, les membranes d'osmose inverse (OI) peuvent être utilisées pour éliminer les contaminants les plus fins. Ces membranes possèdent des pores d'environ 0,0001 microns de diamètre, capturant les sels, les minéraux, les polluants, les bactéries et virus. Avec des pores aussi petits et la nécessité de surmonter la pression osmotique, l'OI exige une énergie importante pour pressuriser et pomper l'eau à travers les membranes.

Comme les pores sont si petits, les systèmes OI utilisent généralement la filtration croisée, dans laquelle l'eau de perméat filtrée est dirigée dans un sens, tandis que l'eau concentrée contaminée prend un chemin différent vers la cuve. La filtration croisée permet au concentré de balayer les contaminants accumulés sur la membrane et de maintenir une turbulence suffisante pour éviter le colmatage de la surface.

Le flux concentré est constitué de saumure et d'autres composés incapables de passer à travers la membrane. Pour augmenter la récupération d'eau, les systèmes OI sont souvent constitués de plusieurs étapes, ce qui permet de pousser le concentré d'une phase à une membrane OI de deuxième phase ou de le recycler par la première membrane.

Après la filtration, la désinfection est généralement la dernière étape du traitement tertiaire. Les méthodes de désinfection communes comprennent la chloration et les méthodes d'oxydation avancées telles que l'ultraviolet et l'ozonation. Ces procédures rendent inactifs les agents pathogènes restants, y compris les bactéries, les virus et les protozoaires pour assurer de répondre aux exigences rigoureuses en matière de qualité de l'eau.

Le succès de tout programme de réutilisation d'eau s'étend au-delà de la sophistication technologique, nécessitant un contrôle minutieux du process, une surveillance rigoureuse de la qualité de l'eau d'alimentation et un régime de maintenance robuste. Les systèmes de commande de process doivent être conçus de façon à surveiller et ajuster en permanence les paramètres de traitement pour garantir une qualité constante du produit, tandis que les mesures de gestion environnementale doivent être maintenus pour empêcher l'introduction de contaminants pouvant compromettre le traitement.

Comme les gouvernements reconnaissent le rôle croissant de la réutilisation de l'eau dans la sécurité de l'eau, le paysage juridique évolue rapidement. Les procédures de réutilisation indirecte et directe de l'eau potable sont de plus en plus fréquentes dans de nombreuses régions, définissant les exigences applicables aux projets de réutilisation de l'eau tout en répondant aux préoccupations du public en termes de sécurité du système. Alors que les technologies de traitement progressent, les cadres réglementaires doivent continuer de s'adapter pour encourager l'innovation tout en protégeant la santé publique et l'intégrité de l'environnement.

L'avenir de la sécurité de l'eau dépend de la capacité à adopter des pratiques durables, et un investissement continu dans la recherche, l'infrastructure et l'éducation publique va aider à assurer un rendement en eau durable pour les générations futures.