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Article

1 - EFFICACITÉ DU PROCÉDÉ

2 - PERMÉABILITÉ : POLARISATION DE CONCENTRATION ET COLMATAGE

3 - TRANSFERT MEMBRANAIRE ET SÉLECTIVITÉ

4 - CONCLUSIONS. COMPARAISON AVEC LES TECHNIQUES CONCURRENTES

Article de référence | Réf : J2790 v3

Perméabilité : polarisation de concentration et colmatage
Filtration membranaire (OI, NF, UF, MFT) - Aspects théoriques : perméabilité et sélectivité

Auteur(s) : Pierre AIMAR, Patrice BACCHIN, Alain maurel

Relu et validé le 20 mars 2024

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RÉSUMÉ

L’utilisateur d’un procédé de filtration membranaire d’osmose inverse, de nanofiltration, d’ultrafiltration et de microfiltration recherche une productivité (perméation) maximale avec une efficacité (sélectivité) répondant aux contraintes fixées. Cet article est une approche théorique des phénomènes de perméabilité et de sélectivité intervenant dans ces procédés. Sont présentées les conséquences de ces phénomènes sur l'efficacité du procédé avec notamment les conséquences des phénomènes de polarisation et de colmatage sur la perméabilité du procédé et le rôle des transferts membranaires sur la sélectivité du procédé.

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Auteur(s)

  • Pierre AIMAR : Laboratoire de génie chimique UMR CNRS/INP/UPS Université Paul Sabatier (Toulouse)

  • Patrice BACCHIN : Laboratoire de génie chimique UMR CNRS/INP/UPS Université Paul Sabatier (Toulouse)

  • Alain maurel : Consultant

INTRODUCTION

L'objectif de ce dossier est d'analyser théoriquement l'efficacité des procédés de filtration membranaire d'osmose inverse OI, de nanofiltration NF, d'ultrafiltration UF et de microfiltration MFT à travers leur perméabilité et leur sélectivité. L'effet des conditions opératoires sur ces conditions de fonctionnement est détaillé et des ordres de grandeur des phénomènes mis en jeu sont donnés. Quelques éléments concernant le couplage de procédés ainsi que des comparaisons qualitatives entre procédés membranaires et autres opérations unitaires sont apportés.

Ce dossier doit permettre de trouver des explications et donc des solutions à des problèmes de fonctionnement et de prendre possession des outils et du savoir-faire nécessaires pour concevoir et optimiser les installations de filtration membranaire. Il s'appuie sur le dossier [J 2 789] pour les considérations théoriques et les mécanismes de transfert à partir desquels est développée l'analyse théorique des procédés. De façon simplifiée, le dossier [J 2 789] présente la cause des phénomènes (les mécanismes de transfert mis en jeu) alors que ce dossier présente les conséquences de ces phénomènes sur l'efficacité du procédé avec notamment les conséquences des phénomènes de polarisation et de colmatage sur la perméabilité du procédé et le rôle des transferts membranaires sur la sélectivité du procédé.

Le système d'unité est le système international SI, exception faite pour des unités hors système encore employées couramment dans la profession, telles que L · h–1 · m–2 pour les débits spécifiques des membranes.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-j2790


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2. Perméabilité : polarisation de concentration et colmatage

2.1 Polarisation de concentration et colmatage

En fonctionnement, les procédés de filtration membranaire subissent une baisse de productivité : le flux de perméation diminue à pression appliquée constante ou la pression augmente à flux de perméation constant. Cette baisse de perméabilité est imputable à l'accumulation de matière sur la surface (ou dans) la membrane. On distingue deux phénomènes :

  • la polarisation de concentration qui résulte de l'accumulation de la matière à l'interface sous forme solubilisée ou dispersée. La matière à l'interface est dans le même état que dans la solution mais à des concentrations bien plus importantes. Ces concentrations importantes peuvent réduire la perméabilité notamment en générant une contre-pression osmotique (terme ΔΠ de l'équation (9) de [J 2 789]). Ce phénomène est réversible si l'on baisse la pression, la matière solubilisée ou dispersée dans la couche revient en solution par diffusion ;

  • le colmatage résulte du dépôt de la matière à l'interface ou dans le milieu poreux. Le colmatage engendre une résistance à l'écoulement supplémentaire prise en compte par le terme, Rs , dans l'équation (9) de [J 2 789]. La partie superficielle du colmatage peut être éliminée par un balayage tangentiel (utilisation d'une vitesse tangentielle importante dans le module de filtration pour éroder le dépôt) le plus souvent combiné à un rétrolavage...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MERTEN (U.) -   Desalination by reverse osmosis.  -  MIT Press Cambridge (1966).

  • (2) - VILKER (V.L.), COLTON (C.K.), SMITH (K.A.), GREEN (D.L.) -   The osmotic pressure of concentrated protein and lipoprotein solutions and its significance to ultrafiltration.  -  Journal of membrane science, 20, p. 63-77 (1984).

  • (3) - BONNET-GONNET (C.), BELLONI (L.), CABANE (B.) -   Osmotic pressure of latex dispersions.  -  Langmuir, 10, p. 4012-4021 (1994).

  • (4) - ESPINASSE (B.) -   Approche théorique et expérimentale de la filtration tangentielle de colloïdes : flux critique et colmatage.  -  Thèse de l'Université Paul Sabatier (2003).

  • (5) - THIJSSEN (H.A.C.) -   Concentration processes for liquid foods containing volatile flavors and aromas.  -  J. Food Technol., 5, p. 211-229 (1970).

  • (6) - RAUTENBACH (R.), ALBRECHT (R.) -   Membrane...

1 Outils numériques

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Fluent http://www.fluent.fr

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2 Normes

NF X 45-103 - 12-97 - Filtration des liquides. Membranes poreuses. Taux de rétention des membranes d'ultrafiltration et de nanofiltration - -

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