L’Ultragreen est un procédé Degrémont de traitement des eaux usées qui combine la dégradation de la pollution par l’activité biologique et une clarification par membranes plaques d’ultrafiltration.

1. Culturellement, Degrémont est très attaché au Les Feuillets Mémento Technique
partage de la passion de ses collaborateurs de l’Eau Degrémont
pour les métiers de l’eau.
En complément du Mémento Technique
de l’eau, Degrémont propose “Les Feuillets
Mémento” pour mieux connaître les différentes
techniques disponibles et pour découvrir les nouveautés et
les grandes évolutions technologiques.
Eaux résiduaires urbaines
UltragreenTM
Procédé biologique Clarification Filtration membranaire
CLARIFICATION PAR MEMBRANE EN EAUX séparation dynamique en bassin de clarification avec lequel
RÉSIDUAIRES URBAINES une « fuite » de MES est toujours possible, entraînant un risque
de dénitrifcation. Par ailleurs, la qualité de l’eau traitée est
Tout comme dans le domaine du traitement des eaux pour indépendante des variations de charges hydrauliques.
la production d’eau potable, la technique de séparation
membranaire dans le traitement des eaux résiduaires urbaines Lors de la clarification par membranes, à
constitue une véritable barrière physique aux impuretés et concentration et pression constantes, on
germes pathogènes. constate une baisse du flux au cours du
Pour un même objectif de qualité d’eau, les membranes temps, pouvant aller jusqu’à un blocage
permettent de remplacer plusieurs étapes de traitement complet de la membrane : c’est le
conventionnel. La compacité des procédés membranaires phénomène de colmatage.
permet de réaliser des stations avec une faible emprise au sol et
les procédés modulaires peuvent être installés sur un très large Le colmatage est dû à la formation d’un dépôt de colloïdes à la
éventail de tailles de stations. surface de la membrane, à l’adsorption de solutés variés dans les
pores, mais aussi à la formation de précipités sur la membrane
(sulfate ferrique par exemple). Le premier phénomène est
ÎÎ Les membranes d’ultrafiltration
essentiellement réversible par rétro lavage (opération qui
consiste à inverser les pressions pour renvoyer l’eau produite
Est appelée membrane tout matériau qui, mis sous la forme
au travers de la membrane et ainsi décoller le dépôt), ou par
de films minces (0,05 mm à 2 mm), a la propriété d’opposer
balayage (« relaxation ») de la surface membranaire sans filtration.
une résistance sélective au transfert des différents constituants
Au contraire, l’adsorption ou la formation de précipités sont très
d’un fluide liquide ou gazeux, et donc de permettre la séparation
souvent insensibles au rétro lavage, ou à une augmentation de
de certains des éléments (particules, solutés ou solvants)
vitesse de balayage ; seul un traitement chimique approprié
composant ce fluide.
permet alors de « nettoyer » la membrane.
Les membranes d’ultrafiltration, dont la taille des pores est
comprise entre 1 et 100 nm, laissent passer les sels minéraux
et les molécules organiques de faible poids moléculaire ; elles ÎÎ Structure des membranes
n’arrêtent que les solutés les plus gros (macromolécules) et les
éléments particulaires tels que virus, bactéries, colloïdes… Elles Dans le domaine de la séparation par membrane d’ultrafiltration,
assurent l’élimination totale des matières en suspension (MES) les appareils unitaires de séparation appelés « modules »,
responsables de la turbidité sans modifier la composition saline mettant en œuvre les membranes, sont conçus de façon à
de l’eau. atteindre deux objectifs essentiels :
- assembler les membranes en modules compacts, c’est-à-
r
dire présentant un maximum de surface d’échange par unité
de volume ;
- assurer au niveau de la membrane une circulation suffisante du
liquide à traiter pour limiter les dépôts
de particules.
Dans le cas de la clarification des eaux
résiduaires, on distingue deux grands
types de modules :
• odules à membranes fibres
M
Les niveaux de rejet obtenus sont très poussés et satisfont creuses
aux exigences règlementaires les plus strictes, notamment
« eaux de baignade » (Directive Européenne), et permettent Les fibres creuses, de diamètre 0,6 à
d’anticiper les évolutions futures. 2 mm, sont produites par extrusion
La barrière physique qu’elles constituent permet de maîtriser du matériau membranaire au travers
la filtration et la qualité des rejets en MES, contrairement à une de filières annulaires. Leur structure

2. leur permet de résister à des pressions internes ou externes
suffisantes pour leur emploi. Ces fibres ont ensuite regroupées Filière boue activée classique
en modules faciles à rétrolaver. En traitement des eaux
résiduaires, la circulation du fluide à traiter se fait à l’extérieur Eau
brute
des fibres et la collecte du perméat à l’une ou aux deux Prétraitement Boues activées Clarificateur Filtration Désinfection
extrémités des fibres. Les modules sont directement immergés sur sable
dans l’eau à traiter, le filtrat étant aspiré au travers de la
fibre par mise sous vide partiel de celle-ci (0,2 à 0,6 bar, soit Bio Réacteur à membranes (BRM)
20 000 à 60 000 Pa). Membranes
Perméat
Eau
• odules à membranes plaques
M brute
Air Air
Boues en excès
Prétraitement «process» «membrane»
Dans ce cas, la membrane
s’appuie sur les deux faces
d’une structure plane servant
de support central. Le fluide
à traiter circule entre les
UltragreenTM
membranes de deux plaques
adjacentes. L’épaisseur de
la lame liquide entre les
plaques est de l’ordre de
7 mm. Le perméat est
collecté sous vide dans les rainures des plaques. Ces plaques
assurent en même temps le soutien mécanique des membranes
et le drainage du perméat. Les plaques supportant les
membranes sont également assemblées en modules compactes.
L’agencement des modules permet de réaliser des circulations ÎÎ Présentation du procédé
en parallèle. Des ensembles unitaires allant jusqu’à 140 m² de
surface peuvent être ainsi constitués. L’Ultragreen™ est un procédé Degrémont de traitement des
eaux usées qui combine la dégradation de la pollution par
ÎÎ ise en œuvre des Bio Réacteurs à Membranes
M l’activité biologique et une clarification par membranes
(BRM) plaques d’ultrafiltration.
Après un tamisage fin, les eaux à épurer sont envoyées dans
Les membranes d’ultrafiltration peuvent se substituer aux un réacteur où elles sont mises en contact avec une masse
clarificateurs des cultures libres ou mixtes, aérobie ou anaérobie bactérienne épuratrice. Les membranes sont immergées au
pour séparer flocs et bactéries non floculées de l’eau traitée. sein de la liqueur biologique dans un bassin séparé. La liqueur
La mise en œuvre de Bio Réacteurs à Membranes permet biologique est filtrée par aspiration au travers des membranes
de combiner la dégradation de la pollution par l’activité d’ultrafiltration à l’aide d’une pompe ou grâce à la simple charge
biologique et la filtration poussée dans des ouvrages hydraulique sur la membrane. Les membranes remplacent
compacts. La forte compacité des BRM constitue, outre la ainsi la clarification traditionnelle et la filtration tertiaire
qualité exceptionnelle des rejets, un avantage indéniable de éventuelle. Une recirculation de la liqueur biologique est prévue
cette technologie, notamment lorsque les problématiques entre les deux bassins.
d’implantation et de génie civil sont prépondérantes.
Ultragreen™ fonctionne par cycles de filtration/relaxation.
La clarification par BRM présente les avantages suivants :
• a certitude d’obtenir une clarification parfaite quels que
l
soient l’état de la boue et son indice de boue puisque les
membranes peuvent retenir même les bactéries non floculées
et produire un effluent sans matières en suspension (turbidité
1 NTU) ;
• a désinfection de l’effluent (absence de pathogènes tels que
l
œufs d’helminthes, bactéries et certains virus ;
• a possible augmentation de la concentration de la biomasse
l
épuratrice entre 6 et 12 g.L-1 (puisque l’on s’est affranchi
du clarificateur). Ceci entraîne donc à charge massique
Les membranes de l’Ultragreen™ ont
équivalente, la possibilité de réduire l’aérateur d’un facteur
un seuil de coupure de 0,08 µm, ce
2 à 4 par rapport à un aérateur en boues activées classique ;
qui en fait donc une véritable barrière
• ’absence de clarificateur et un aérateur de volume réduit
l physique permettant l’élimination
signifient un coût de génie civil et une emprise au sol des bactéries, des œufs d’helminthes
nettement moindres ; et une réduction des coliformes
• a membrane permet de ne pas laisser passer certains
l fécaux. La qualité de l’eau traitée est
métabolites macromoléculaires et de les dégrader peu à peu, excellente en termes de matières en
il en résulte une DCO finale plus basse que celle atteinte en suspension et turbidité.
boues activées classiques.

3. Les Feuillets Mémento Technique de l’Eau Degrémont
Les membranes Elles sont assemblées L’Ultragreen™ • fin d’obtenir une eau interstitielle de bonne filtrabilité, le
a
utilisées dans en modules. fonctionne par dimensionnement du réacteur doit assurer une élimination
ce procédé sont L’assemblage peut se aspiration sur totale de la DCO interstitielle dans les conditions les plus
des membranes faire horizontalement un principe de contraignantes de charges et de température. En revanche,
plaques et/ou verticalement. filtration Out/ sauf norme imposée en azote total, la dénitrification est
mécaniquement L’assemblage vertical In, c’est-à-dire facultative du fait de l’absence de risque de remontée de boue
renforcées de deux modules via une filtration en clarification, à la différence d’un schéma conventionnel.
fabriquées par la permet d’optimiser de l’extérieur de Comparé à une boue activée classique, le volume de réacteur
société TORAY. l’aération de la plaque vers nécessaire est divisé par deux au minimum du fait de la
décolmatage. l’intérieur de la concentration élevée en boue ;
plaque. • a concentration élevée en MES a une influence défavorable
l
sur le transfert d’oxygène. Ceci conduit à une consommation
électrique spécifique, exprimée en kWh.kg–1 DBO, sensiblement
supérieure à une boue activée conventionnelle ;
• u cours de la filtration se produit une surconcentration de
a
la liqueur mixte au sein du bac contenant les modules. Cette
dernière doit être maîtrisée par une recirculation continue du
bassin où sont immergés les modules vers le bassin aérobie
et/ou anoxie. Le débit de recirculation est habituellement fixé
entre 200 et 500 % du débit d’alimentation.
La filtration se fait par succion, sous l’action d’une pression
transmembranaire inférieure à 0,2 bar. Une aération continue ÎÎ Performances
(fonction « air membrane ») crée un flux d’air ascendant le long
des plaques, et génère un courant de la liqueur mixte à leur
Le dimensionnement calculé pour assurer une nitrification
voisinage.
poussée conduit également à de très faibles concentrations en
DCO, DBO et N-NH4.
A titre curatif, les membranes sont régénérées 1 à 3 fois par an
par un lavage de régénération
Dans le tableau ci-dessous sont résumées les valeurs attendues
Il consiste à injecter dans la poche membranaire une solution
avec ce genre d’installation en eau résiduaire urbaine.
chimique qu’on laisse agir 2 à 4 heures, la membrane est ensuite
rincée par filtration.
Paramètre Concentration
ÎÎ Mise en œuvre Matières en suspension (mg·L ) –1
2
Turbidité (NTU) 1
Ultragreen™, comme la plupart des bioréacteurs à membranes,
se distingue essentiellement par : DCO (mg.L–1) 50*
• ne concentration élevée de la liqueur mixte de 8 à 10 g.L-1,
u DBO (mg.L–1) 8
ce qui permet un gain important de volume de réacteur ; N-NH4 (mg.L ) –1
1
• a présence de membranes immergées au sein de la liqueur
l
NT (mg.L )
–1
10
mixte.
Coliformes fécaux (nombre pour 100 mL) 100
Ces spécificités imposent certaines précautions et/ou
contraintes dans la conception et le dimensionnement de ce * dépend de la DCO dure de l’eau brute
genre d’installations.
L’Ultragreen™ est approprié au traitement des eaux résiduaires
• Prétraitement urbaines et industrielles et permet d’obtenir un effluent à même
de répondre aux normes de rejets les plus exigeantes,
C’est une étape fondamentale pour le bon fonctionnement de en milieu sensible ou très sensible. D’une manière générale
l’unité de filtration. Ultragreen™ garantit le niveau « eaux de baignade »
En complément d’un dessablage-dégraissage soigné, un (Directive Européenne). Les effluents peuvent être valorisés pour
tamisage efficace est impératif. Le minimum exigé est une leur réutilisation.
filtration sur maille de diamètre hydraulique 2 mm.
Par ailleurs, grâce à la petite taille de l’élément de base constitutif
• Réacteur biologique du système membranaire, sa flexibilité et sa modularité,
Ultragreen™ est tout à fait adaptées aux petits terrains et
La configuration des réacteurs demeure, à quelques exceptions s’intègre également facilement dans une station existante.
près, similaire à un traitement par boues activées classique.
Le bassin de boues activées génère un effluent propice à la
filtration sur membrane.
La concentration en boue plus élevée et l’utilisation de
membranes introduit cependant des différences notables en
termes de dimensionnement :

4. Les Feuillets Mémento Technique de l’Eau Degrémont
Quelques références Degrémont
• Siepam, Val d’Arly (France) = 29 000 EH
• Saint-Barthélemy (France) = 3 500 EH
• ocus sur la Station d’épuration de Cogolin (France) 45 000 EH qui sera mise en service mi 2011
F
Filière eau
Eau brute
Rejet
Dégrillage fin (6 mm)
Paramètres Garanties
Dessableur - Dégraisseur (moy. journalière)
MES (mg.L-1) 5
Ouvrage de répartition
DCO (mg.L )
-1
50
Tamisage (200 µm) DBO5 (mg.L-1) 10
NGL (mg.L-1) 10
Bassins biologiques
(Anaérobie, Anoxie», Aérés) Ptot (mg.L )
-1
1
Bioréacteur à membranes Ultragreen™
=
Membranes plaques Toray
Vtot = 3 000 m3, Smembrane, tot = 11 200 m2
Eau traitée
La solution retenue par le Syndicat Intercommunal d’Assainissement de Gassin permettra à la collectivité de rejeter en zone sensible
de la Giscle des effluents de qualité et de réutiliser 40% des eaux dépolluées pour l’arrosage des espaces verts.
La possibilité de superposer les modules de membranes plaques Toray confère à l’ouvrage une ultracompacité qui a ouvert la voie à
la conception d’une station discrète et intégrée dans son environnement.
Feuillets Mémento Degrémont n°1 - Avril 2011 - Crédit photos : Degrémont
Contact Ultragreen™ : innovation.mailin@degremont.com
DEGRÉMONT S.A.
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