À mesure que l'industrialisation et l'urbanisation progressent, une variété de polluants émergents (PE) complexes et persistants-tels que les antibiotiques, les-perturbateurs chimiques endocriniens, les microplastiques et les substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS)-sont de plus en plus présents dans l'environnement. Ces contaminants sont persistants, bioaccumulables et toxiques, posant des risques pour les écosystèmes et la santé humaine. La technologie de séparation par membrane (MST) est apparue comme une solution prometteuse en raison de sa haute efficacité, de sa faible consommation d’énergie et de sa durabilité.
1. Limites des traitements conventionnels et montée en puissance de la séparation membranaire
Les procédés conventionnels de traitement physique, chimique et biologique sont souvent inefficaces contre les polluants traces ou hautement stables. Les systèmes à boues activées ne parviennent pas à éliminer les résidus pharmaceutiques, tandis que l'oxydation chimique peut générer des sous-produits nocifs. En revanche, la séparation membranaire repose sur une perméation physique sélective, permettant une séparation précise des contaminants sans altération chimique.
2. Applications de la séparation membranaire dans le contrôle des polluants émergents
Les membranes de nanofiltration (NF) et d'osmose inverse (RO) éliminent efficacement les antibiotiques, les hormones et les résidus pharmaceutiques des eaux usées. Des études montrent que les membranes RO atteignent une efficacité d’élimination supérieure à 95 %. Associés au traitement biologique, les systèmes MBR (Membrane Bioreactors) sont aujourd’hui largement utilisés dans le traitement des eaux usées hospitalières et pharmaceutiques.
Les membranes d'ultrafiltration (UF) et de microfiltration (MF) captent efficacement les microplastiques inférieurs à 1 μm, empêchant leur rejet dans les milieux aquatiques. Grâce aux systèmes de modification de surface et de lavage à contre-courant, l’encrassement peut être réduit et la durée de vie de la membrane prolongée.
Les PFAS, connus sous le nom de « produits chimiques éternels », résistent à la dégradation. Les membranes RO avec des couches denses de polyamide atteignent des taux d'élimination des PFAS supérieurs à 90 %. La nanofiltration avancée pour le traitement PFAS est devenue une direction majeure de recherche et d’application à l’échelle mondiale.
Au-delà de l’élimination des polluants, les membranes permettent également de récupérer les ressources. Dans les eaux usées métalliques acides, les systèmes hybrides de nanofiltration et d'osmose inverse résistant aux acides peuvent séparer les ions métalliques et récupérer les acides, offrant ainsi des avantages à la fois environnementaux et économiques.
3. Défis et innovations
Bien que la séparation par membrane offre des avantages significatifs, des défis tels que l’encrassement, la demande énergétique et la durabilité des matériaux persistent. Les développements futurs comprennent :
- Nouveaux matériaux de membrane utilisant du graphène, du MXène et des revêtements photocatalytiques pour une sélectivité et une résistance à l'encrassement plus élevées.
- Systèmes intégrés combinant adsorption, oxydation et biodégradation pour une élimination synergique.
- Surveillance basée sur l'IA-pour la maintenance prédictive et la gestion de l'état des membranes.
- Conception économe en énergie-, développement de membranes à basse-pression et à haut-flux pour optimiser les systèmes de réutilisation des eaux usées à membrane RO.
