Dessalement /Procédé membranaire , cas l’ultrafiltration

Chapitre II                                                                       Procédé membranaire , cas l’ultrafiltration

II.1.Introduction

Dans les applications de traitement de l’eau de mer  l’UF/MF est la technologie de prétraitement de choix avant osmose inverse en raison de la nature hautement colmatant de l’eau à traiter (l’effluent présente un indice de colmatage supérieur aux limites requises pour membranes osmose inverse).

Dans les applications de l’eau de mer,  l’UF est de plus en plus populaire. cela est du aux progrès de la technologie membranaire UF et l’ampleur des économies résultant d’une  demande croissante.de récentes comparaisons de coûts ont montré que . lorsque tous les éléments financiers et les impacts sur les étapes de traitement en aval sont pris en compte, l’UF rivalise avec les technologies traditionnelles de prétraitement.

Partie I : Généralités sur les membranes

II.1. Définition d’une membrane 

Une membrane est une barrière sélective, qui sous l'effet d'une force de transfert, va permettre ou interdire le passage de certains composants entre deux milieux qu'elle sépare. Osmose inverse, nanofiltration, ultrafiltration, microfiltration se définissent comme des procédés de séparation en phase liquide par perméation à travers des membranes permsélectives sous l’action d’un gradient de pression. Ces procédés utilisent des membranes dont les diamètres de pores diminuent progressivement quand on passe de la microfiltration à l’ultrafiltration, puis à la nanofiltration. On parle alors de filtration membranaire.[9].

II.2.Types de filtration 

II.2.1.  Microfiltration (MF) 

La microfiltration  peut être définie comme un procédé de séparation solide-liquide qui met en œuvre des membranes dont les diamètres de pores sont compris entre 0,1 et10 μ m. Ce procédé permet donc la rétention des particules en suspension,

Des bactéries et indirectement des colloïdes et de certains ions après fixation de ces derniers sur des plus grosses particules obtenues par complexassions, précipitation ou floculation. [11].

II.2.2. Ultrafiltration (UF) 

Cette technique utilise des membranes microporeuses dont les diamètres de pores sont compris entre 1 et 100 nm. De telles membranes laissent passer les petites molécules (eau, sels) et arrêtent les molécules de masse molaire élevée (polymères, protéines, colloïdes).

Les applications industrielles sont aujourd’hui multiples :

• Concentration de solutions macromoléculaires (protéines, poly-saccharides, polymères variés,
• Elimination de macrosolutés présents dans les effluents ou dans l’eau à usage domestique, industriel (électronique) ou médical ;
• Clarification de moût de fermentation pour l’extraction de pro-duits actifs pharmaceutiques.[11].

[pic 1]

Figure II.1 : Principe de l’ultrafiltration.[9].

II.2.3.  Nanofiltration (NF) 

La nanofiltration est le terme utilisé pour désigner une technique séparative à membranes permettant la rétention de composés ayant une taille en solution voisine de celle du nanomètre (soit 10 Å), d’où son nom. Elle se situe entre l’osmose inverse et l’ultrafiltration.

Les applications possibles sont nombreuses :

• Déminéralisation sélective (adoucissement des eaux),
• Concentration de composés organiques de faible masse molaire (antibiotiques).[9].

II.2.4. Osmose inverse (OI) 

L’osmose inverse utilise des membranes denses qui laissent passer le solvant (eau dans la plupart des cas) et arrêtent tous les solutés, y compris les sels.

Cette technique est typiquement utilisée pour:

• La déminéralisation des eaux (dessalement de l’eau de mer et des eaux saumâtres, production d’eau ultrapure),
• La concentration de solutions (concentration de jus de fruits par exemple).[12].

II.2.5. La pervaporation 

 Est un procédé de séparation des constituants d'un mélange liquide, par vaporisation partielle à travers d'une membrane dense présentant une affinité préférentielle pour l'un des constituants.

Domaines d'application : Déshydratation de l'éthanol (et d’autres solvants et mélanges organiques), extraction de composés organiques, ...

Les techniques électromembranaires transfèrent de manière sélective des ions à travers une membrane échangeuse d'ions.[12].

II.3. Les type des membranes 

II.3.1.  Membranes organiques 

La plupart de ce type de membrane est actuellement fabriqué à partir de polymères. Les dérivés cellulosiques et les polyamides (en OI et NF) restent encore très utilisés. D'autres polymères, tels que les polyacrylonitriles (PAN), les polysulfones (PS) sont de plus en plus répandus, car la majeure partie (aux alentours des 90%) des membranes d'ultrafiltration (UF) et de microfiltration (MF) est actuellement constituée de membranes organiques.

En revanche, elles présentent une faible résistance mécanique aux hautes pressions, une résistance thermique limitée, une durée de vie plus faible que les membranes céramiques.[16].

Les membranes organiques de microfiltration à nanofiltration ont une matrice organique poreuse d’épaisseur 100 à 200μm qui sert de support à la membrane filtrante dont l'épaisseur se situe entre 0,1 et 1 μm.

II.3.2.  Les membranes minérales ou céramiques 

De commercialisation plus récente que les membranes organiques, les membranes minérales ou céramiques sont composées entièrement de minéraux, principalement d’oxydes céramiques, mais aussi de métal fritté de carbure de silicium, de verre, … Leur arrivée et leur production ont permis de travailler dans des conditions élargies de température, d'environnement chimique, de pression, ce qui a ouvert de nouvelles voies d’application pour la séparation membranaire.[16].

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