Les systèmes d'aquaculture à recirculation (RAS) sont devenus une direction de développement importante dans l'aquaculture moderne, offrant des avantages en matière de conservation de l'eau, de production stable et de réduction des rejets dans l'environnement. Cependant, ces systèmes produisent des eaux usées contenant de fortes concentrations de matières en suspension, de polluants à base d'azote- et de phosphore-, ainsi que de grandes quantités de matière organique dissoute. Si ces eaux usées pénètrent dans un système de nanofiltration (NF) sans prétraitement approprié, un grave encrassement de la membrane se produira, réduisant rapidement le flux et augmentant les coûts d'exploitation. Pour cette raison, la sélection d’une technologie de prétraitement efficace est essentielle pour maintenir la stabilité du fonctionnement de la NF.
Des recherches récentes ont comparé deux principales technologies de prétraitement -floculation et ultrafiltration-pour analyser leurs performances d'élimination des polluants, leur influence sur la diminution du flux de NF et leurs caractéristiques d'encrassement des membranes. Les résultats fournissent des conseils techniques précieux pour la sélection de processus de prétraitement appropriés dans le traitement des eaux usées RAS.
Lors du prétraitement par floculation, l'alginate de sodium a montré les meilleures performances parmi les trois floculants testés. Avec un dosage optimal de 45 mg/L et une vitesse d'agitation de 1 200 tr/min, il a atteint un taux d'élimination maximal des matières en suspension de 79,70 %. Cependant, l’efficacité d’élimination de l’azote ammoniacal, des nitrates, des nitrites et des sulfures était généralement inférieure à 40 %, ce qui indique que la floculation est insuffisante pour les polluants dissous couramment trouvés dans les eaux résiduaires de l’aquaculture. L'étude a également révélé que l'alginate de sodium forme de petits flocs compacts qui ont tendance à se déposer sur la surface de la membrane NF, créant ainsi une couche de gâteau dense. En raison de sa structure polysaccharidique naturelle, l'alginate de sodium fournit également un substrat pour la croissance microbienne pendant la période de décantation prolongée, ce qui augmente considérablement l'encrassement biologique de la membrane NF. En conséquence, la récupération du flux après nettoyage est relativement mauvaise, ce qui suggère que l'encrassement provoqué par la floculation est plus adhésif et difficile à éliminer.
En revanche, les membranes d'ultrafiltration (UF), avec des pores de 0,01 à 0,1 μm, démontrent d'excellentes performances en matière d'élimination des matières en suspension, atteignant un taux d'élimination pouvant atteindre 98,54 %. Bien que l'UF ait une capacité limitée à éliminer les polluants azotés et phosphorés, il réduit efficacement la charge de particules entrant dans le système NF. En conséquence, la membrane NF forme une couche de gâteau plus lâche pendant le fonctionnement, réduisant ainsi le blocage des pores et ralentissant l'augmentation de la pression transmembranaire. Selon les tests de performance NF, les eaux usées prétraitées avec de l'UF ont montré un flux initial plus élevé, une diminution du flux plus lente et une récupération du flux nettement meilleure après des nettoyages répétés par rapport à l'eau prétraitée par floculation-. Cela indique que l'UF peut retarder considérablement l'encrassement irréversible de la membrane NF.
Une analyse plus approfondie utilisant la fluorescence de la matrice d'excitation-émission (EEM) a montré que la solution de nettoyage du système de floculation-NF contenait de forts pics représentant des sous-produits microbiens solubles, alors que ces pics étaient presque absents dans le système UF-NF. Cela confirme que la décantation prolongée et la nature polysaccharidique de l'alginate de sodium favorisent la croissance microbienne, augmentant ainsi l'encrassement de la membrane au stade NF.
Dans l’ensemble, la comparaison montre clairement que l’ultrafiltration est plus efficace que la floculation comme méthode de prétraitement pour la nanofiltration des eaux usées aquacoles en recirculation. Bien que la floculation constitue une option peu coûteuse-pour l'élimination initiale des particules, ses caractéristiques de floculation et ses risques microbiens entraînent un encrassement irréversible plus grave de la membrane. Par conséquent, un procédé membranaire intégré UF + NF devrait devenir une technologie clé pour le traitement avancé et la réutilisation des eaux usées RAS.
À l'avenir, à mesure que la production aquacole augmente et que les réglementations environnementales deviennent plus strictes, des sujets tels que le contrôle de l'encrassement par nanofiltration, l'optimisation du prétraitement par ultrafiltration et le développement de membranes NF à basse-pression et haute-efficacité continueront de retenir l'attention. L'intégration de l'UF et du NF dans des systèmes membranaires plus compacts et-économes en énergie favorisera la transformation du traitement des eaux usées aquacoles vers la récupération des ressources, la réduction des rejets et une gestion plus durable de l'eau.
