Etude expérimentale de l'ultrafiltration sur membranes organiques et minérales PDF Download
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Cette étude concernant l'ultrafiltration du lait est divisée en quatre parties. Après avoir rappelée les principes théoriques régissant l'ultrafiltration, nous avons commencé, dans une première partie, par une modélisation théorique du procédé de filtration rencontré dans l'industrie laitière. En utilisant des variables adimensionnelles et la théorie de polarisation de concentration, nous avons établi des abaques permettant de déduire la concentration finale en sortie de boucle, le temps nécessaire pour l'établissement du régime permanent et la consommation d'énergie en fonction des paramètres de fonctionnement. La deuxième partie consiste en une étude expérimentale de l'ultrafiltration sur des membranes organiques à fibre creuses Amicon, en écoulement laminaire. Nous avons étudié, en particulier, l'effet du taux de cisaillement et de la pression transmembranaire suer le flux de perméat. Le colmatage est très faible dans ce cas. La troisième partie consiste en une étude similaire conduite sur des membranes tubulaires Carbosep. Le flux de perméat est indépendant de la vitesse d'entrée au-delà de deux mètres par seconde. Cependant, si la membrane est changée entre chaque expérience, le flux de perméat augmente linéairement avec la vitesse d'entrée. Dans la quatrième partie, l'étude porte sur l'effet de la superposition des pulsations au débit d'alimentation, sur le flux de perméat. L'augmentation du flux de perméat peut atteindre soixante dix pour cent par rapport au flux obtenu en écoulement continu et est fonction du rapport du débit pulsé sur le débit continu.
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Cette étude concernant l'ultrafiltration du lait est divisée en quatre parties. Après avoir rappelée les principes théoriques régissant l'ultrafiltration, nous avons commencé, dans une première partie, par une modélisation théorique du procédé de filtration rencontré dans l'industrie laitière. En utilisant des variables adimensionnelles et la théorie de polarisation de concentration, nous avons établi des abaques permettant de déduire la concentration finale en sortie de boucle, le temps nécessaire pour l'établissement du régime permanent et la consommation d'énergie en fonction des paramètres de fonctionnement. La deuxième partie consiste en une étude expérimentale de l'ultrafiltration sur des membranes organiques à fibre creuses Amicon, en écoulement laminaire. Nous avons étudié, en particulier, l'effet du taux de cisaillement et de la pression transmembranaire suer le flux de perméat. Le colmatage est très faible dans ce cas. La troisième partie consiste en une étude similaire conduite sur des membranes tubulaires Carbosep. Le flux de perméat est indépendant de la vitesse d'entrée au-delà de deux mètres par seconde. Cependant, si la membrane est changée entre chaque expérience, le flux de perméat augmente linéairement avec la vitesse d'entrée. Dans la quatrième partie, l'étude porte sur l'effet de la superposition des pulsations au débit d'alimentation, sur le flux de perméat. L'augmentation du flux de perméat peut atteindre soixante dix pour cent par rapport au flux obtenu en écoulement continu et est fonction du rapport du débit pulsé sur le débit continu.
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IL S'AGIT D'UNE ETUDE CONCERNANT LES PROPRIETES HYDRODYNAMIQUES ET SEPARATIVES DE QUELQUES MEMBRANES D'ULTRAFILTRATION MINERALES OU ORGANIQUES SUR SUPPORT. UNE PREMIERE PARTIE DU MEMOIRE EST CONSACREE A L'EXAMEN COMPARATIF ET CRITIQUE DES DIFFERENTES METHODES DE DETERMINATION D'UNE DISTRIBUTION DES RAYONS DES PORES D'UN ULTRAFILTRE. DANS UNE DEUXIEME PARTIE L'AUTEUR CHERCHE A METTRE EN EVIDENCE LES ROLES RESPECTIFS DE LA PRESSION OSMOTIQUE, DU COLMATAGE ET D'UNE IRREGULARITE EVENTUELLE DE L'INTERFACE MEMBRANE/SOLUTION SUR LA CHUTE DE PERMEABILITE AU COURS DE L'ULTRAFILTRATION D'UNE SOLUTION DE DEXTRAN. LA TROISIEME PARTIE EST UNE CONTRIBUTION THEORIQUE ET EXPERIMENTALE AU PHENOMENE DE RETENTION (REJET) DE SEL PAR DES PORES ELECTRIQUEMENT CHARGES. L'EXCLUSION DE DONNAN EST RESPONSABLE DE CETTE RETENTION QUI EST D'AUTANT PLUS IMPORTANTE QUE LES SOLUTIONS A TRAITER SONT PLUS DILUEES
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ETUDE DU TRANSFERT DE MATIERE A TRAVERS LA MEMBRANE OU DE LA COUCHE DE POLARISATION DE CONCENTRATION. EN CE QUI CONCERNE LES MEMBRANES DES BARRIERES MINERALES A BASE D'OXYDES D'ALUMINIUM SE COMPORTE COMME DES TENSIONS VIS-A-VIS DE POLYSTYRENES EN SOLUTION DANS LE CYCLO-HEXANE. LA PERMEABILITE DES MEMBRANES SYMETRIQUES DEPEND DU RAYON DES PORES. ON ETUDIE ENSUITE LA THEORIE DE L'ULTRAFILTRATION EN CELLULE NON AGITEE A TAUX DE REJET EGAL A UN. LES RESULTATS DIFFERENT SELON QUE L'ON A A FAIRE A DES MOLECULES NEUTRES OU DES PROTEINES. DANS UNE TROISIEME PARTIE ON ETUDIE L'AMELIORATION DU TRANSFERT DE MATIERE PAR PROMOTION DE TURBULENCE
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LA CONNAISSANCE DES PHENOMENES DE POLARISATION DE CONCENTRATION ET DE COLMATAGE EN ULTRAFILTRATION NECESSITE L'ETUDE DES INTERACTIONS ENTRE CONSTITUANTS DU LAIT ET MEMBRANE MINERALE DE MICROFILTRATION EN ALUMINE. UNE APPROCHE EXPERIMENTALE ORIGINALE EST REALISEE EN PREMIER LIEU GRACE A UN PROTOCOLE STATIQUE QUI PERMET LA MISE AU POINT D'UNE METHODE COUPLANT LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE ET L'ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE DES COLMATAGES OBTENUS EN STATIQUE. ELLE MET EN EVIDENCE LA NATURE ET LA STRUCTURE DU DEPOT POUR DIFFERENTS LAITS ET DIFFERENTES DUREES DE CONTACT. L'APPLICATION DE LA METHODE A L'ETUDE DES PHENOMENES OBTENUS EN DYNAMIQUE DANS UN PILOTE A PERMIS: DE CONNAITRE LA CINETIQUE DE FORMATION DU COLMATAGE ET LE ROLE JOUE PAR SES DIFFERENTS CONSTITUANTS (MICELLES DE CASEINE, PROTEINES SOLUBLES, GLOBULES GRAS, SELS DE CALCIUM ET DE PHOSPHORE); DE MONTRER L'INFLUENCE DES PARAMETRES VITESSE TANGENTIELLE ET PRESSION TRANSMEMBRANAIRE; D'EXPLIQUER LE COMPORTEMENT DE CES MEMBRANES MINERALES DE MICROFILTRATION QUI PERMETTENT L'ULTRAFILTRATION DU LAIT
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Les procédés membranaires se sont progressivement démocratisés dans les usines de traitement des eaux. Cependant, leur développement est limité par le colmatage. En présence de mélange de colloïdes organiques et de particules minérales, les mécanismes de colmatage deviennent complexes et impliquent de nombreuses interactions. Ainsi, l'objectif de ces travaux a été de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la filtration de suspensions composées de particules minérales et de matières organiques dissoutes et colloïdales. Des extractions et caractérisation de matières organiques ont été réalisées sur une eau de rivière et un effluent secondaire. Les fractions colloïdales (> 3,5 kDa) et dissoutes ont été filtrées sur des membranes d'ultrafiltration en absence et en présence de particules minérales (i.e. argiles). En raison de leur masse moléculaire élevée, les colloïdes organiques ont engendré le plus fort pouvoir colmatant quelle que soit leur origine et leur composition chimique. Par la suite, la filtration de suspensions mixtes constituées de particules minérales et de matières organiques a montré des comportements très différents selon les mélanges étudiés. L'élucidation des mécanismes mis en jeu a permis de développer un modèle phénoménologique permettant de décrire les différentes chutes de flux observées en incluant des mécanismes de blocage de pores et de tamisage du dépôt de particules.
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CE TRAVAIL EST AXE SUR L'ETUDE DE L'ULTRAFILTRATION DE SOLUTIONS MICELLAIRES A TRAVERS DES MEMBRANES ORGANIQUES. EN L'ABSENCE DE SEL AJOUTE, LA FILTRATION DES SOLUTIONS CONTENANT DES MICELLES SPHERIQUES FORMEES AU VOISINAGE DE LA CONCENTRATION MICELLAIRE CRITIQUE (CMC) SONT RETENUES PAR DES MEMBRANES DE SEUIL DE COUPURE INFERIEURE A 10 KDA. A FORTE FORCE IONIQUE (0,45 -0,8 M), LES MICELLES CYLINDRIQUES DE DODECYLSULFATE DE SODIUM DE MASSE MOLAIRE ELEVEE PASSENT A TRAVERS LES MEMES MEMBRANES. LA RETENTION MEMBRANAIRE EST DONC DETERMINEE ESSENTIELLEMENT PAR LA FORME ET LA FLEXIBILITE DES MICELLES ET NON PAR LEUR MASSE MOLAIRE. LES MICELLES DE DDSLI PRESENTENT LA PARTICULARITE DE RESTER SPHERIQUES MEME A FORTE FORCE IONIQUE (LICL=0 A 1 M). EN PRESENCE DE SEL, L'EPAISSEUR DE L'ATMOSPHERE IONIQUE VARIE FORTEMENT ET NOUS AVONS CONSTATER QUE LA RETENTION DES MICELLES ETAIT LIE A CE PARAMETRE. NOUS AVONS MIS A PROFIT L'ETUDE DE LA VARIATION DU TAUX DE REJET DES SOLUTIONS MICELLAIRES DE DDSLI EN PRESENCE DE SEL DE LITHIUM POUR DETERMINER LA TAILLE DES PORES D'UNE MEMBRANE (IRIS, 40 KDA). LES RESULTATS OBTENUS PEUVENT ETRE INTERPRETER A PARTIR DE LA THEORIE DE FERRY ETABLIE POUR LE TRANSFERT DE SPHERES DURES A TRAVERS UN MILIEU POREUX. L'OBSERVATION AU MICROSCOPE ELECTRONIQUE DE LA SURFACE DE LA MEMBRANE PERMET D'EVALUER LA DENSITE DES PORES MAIS NON LA TAILLE DES PORES EN RAISON, PROBABLEMENT, DE L'AGGLOMERATION DES PARTICULES D'OR A L'ENTREE DES PORES. LA REACTIVITE DE SURFACE DES MEMBRANES ORGANIQUES EN POLYSULFONE SULFONEE VIS-A-VIS DE MOLECULES AROMATIQUES EST MISE EN EVIDENCE PAR L'ADSORPTION DE COMPOSES TELS QUE L'ATRAZINE, LE VERT DE BROMOCRESOL ET LA CHRYSOIDINE G. LA QUANTITE DE SOLUTE ADSORBEE PEUT ETRE SUPERIEURE A 10% DE LA QUANTITE INITIALE. L'EFFET DE L'ADSORPTION DE MOLECULES DE SURFACTIFS CONDUIT A UNE MODIFICATION DU POTENTIEL D'ECOULEMENT QUI EST CARACTERISTIQUE DU MATERIAU SUPPORT MAIS NON DE LA PARTIE FILTRANTE DE LA MEMBRANE. L'ULTRAFILTRATION PERMET LA DETERMINATION DES CONSTANTES DE PARTAGE ENTRE LE MILIEU MICELLAIRE ET LA PHASE AQUEUSE ENVIRONNANTE. NOUS AVONS PU AINSI COMPARE L'EFFICACITE DE DIVERS SURFACTIFS MICELLISES POUR L'EXTRACTION DE L'ATRAZINE ET DU 2-CHLORO 4-NITROPHENOL D'UNE SOLUTION AQUEUSE
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LE COLMATAGE DES MEMBRANES EST UN PHENOMENE INEVITABLE. UN NETTOYAGE CHIMIQUE PERIODIQUE EST NECESSAIRE POUR QUE LES MEMBRANES RETROUVENT LEURS CARACTERISTIQUES INITIALES ET LEUR PERFORMANCE. L'ETUDE PORTERA SUR LE RINCAGE (PRERINCAGE) DES MEMBRANES QUI CONSTITUE UNE ETAPE IMPORTANTE DANS UN CYCLE DE NETTOYAGE. IL PERMET, EN PARTICULIER, L'ELIMINATION DE LA PARTIE SUPERFICIELLE ET FAIBLEMENT LIEE DU DEPOT DE SURFACE. POUR REALISER CETTE ETUDE LES MEMBRANES (ORGANIQUES ET MINERALES) ONT ETE COLMATEES DANS DES CONDITIONS STANDARDISEES. LES PRODUITS COLMATANTS ETANT SOIT LA PECTINE, SOIT UNE PROTEINE (ALBUMINE D'UF): CES PRODUITS ONT ETE CHOISIS PARCE QU'ILS JOUENT UN ROLE TRES IMPORTANT DANS LE COLMATAGE DES MEMBRANES LORS DE LA FILTRATION DE LIQUIDE ALIMENTAIRE. L'EFFICACITE DE RINCAGE A ETE CARACTERISEE D'UNE PART PAR UNE EVALUATION DE LA MATIERE COLMATANTE ELIMINEE ET, D'AUTRE PART, PAR UNE ETUDE DE LA RECUPERATION DE LA PERMEABILITE DES MEMBRANES. AINSI, L'INFLUENCE DE PLUSIEURS PARAMETRES OPERATOIRES SUR L'EFFICACITE DU RINCAGE DES MEMBRANES A PU ETRE QUANTIFIEE: ON OBSERVE AINSI QUE L'ACTION DU RINCAGE SUR LA RECUPERATION DE LA PERMEABILITE DES MEMBRANES RESTE FAIBLE. ENFIN, LA METHODE DE PERMPOROMETRIE GAZ-LIQUIDE A ETE ADAPTEE ET UTILISEE COMME MOYEN DE CONTROLE ET D'EVALUATION DE L'EFFICACITE DU NETTOYAGE DES MEMBRANES. CETTE METHODE, EN DONNANT LA DISTRIBUTION DE PORES ACTIFS ET DE PERMEABILITE DES MEMBRANES, PERMET DE DISTINGUER LES ETAPES IMPORTANTES DANS UN CYCLE DE NETTOYAGE ET DE VISUALISER L'ACTION DES AGENTS DE NETTOYAGE TANT A LA SURFACE QU'A L'INTERIEUR DES PORES
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UN MODELE SEMI-EMPIRIQUE BASE SUR UNE ETUDE EXPERIMENTALE DE LA MICROFILTRATION TANGENTIELLE DE SOLUTIONS DE LEVURES EST PRESENTE. IL PERMET DE PREDIRE AVEC UNE BONNE PRECISION L'EVOLUTION DANS LE TEMPS DU DEBIT DE PERMEATION, AINSI QUE LE REGIME PERMANENT, EN FONCTION DES CONDITIONS OPERATOIRES (CONCENTRATION DANS LA SOLUTION, PRESSION TRANSMEMBRANAIRE, VITESSE TANGENTIELLE). TROIS TYPES DE MEMBRANES MINERALES DE MICROFILTRATION DE MEME DIAMETRE DE PORE MOYEN (0,2 MICRON) SONT TESTEES: TECH-SEP, SCT ET CARBONE-LORRAINE. LA SURFACE FILTRANTE UTILISEE EST DE 50 CM#2. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DEPENDENT FORTEMENT DU TYPE DE MEMBRANE, CE QUI SEMBLE INDIQUER DES INTERACTIONS MEMBRANE/PARTICULE IMPORTANTES. DES OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES, AINSI QUE DES MESURES DE RUGOSITE, SUGGERENT QUE CES RESULTATS POURRAIENT ETRE DUS EN PARTIE A DES DIFFERENCES DE STRUCTURE SURFACIQUE. LE PROBLEME DE COLMATAGE A L'EAU RENCONTRE EN MICROFILTRATION EST EGALEMENT DISCUTE. UN PROTOCOLE OPERATOIRE EST PROPOSE, AFIN DE REDUIRE LE COLMATAGE IRREVERSIBLE DES MEMBRANES PAR LES MICROPOLLUANTS PRESENTS DANS LA SOLUTION
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NOTRE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DE L'OPTIMISATION DE L'UTILISATION DE MEMBRANES MINERALES DE MICRO- ET D'ULTRAFILTRATION POUR POTABILISER LES EAUX DE SURFACE. PLUSIEURS PROCEDES, COURAMMENT EMPLOYES DANS LE TRAITEMENT DE L'EAU, ONT ETE ETUDIES EN COUPLAGE AVEC LA MICRO- ET L'ULTRAFILTRATION TANGENTIELLE. CES PROCEDES SONT DES PROCEDES ESSENTIELLEMENT CHIMIQUES QUI VISENT TOUS A REDUIRE L'EFFET COLMATANT DE LA MATRICE ORGANIQUE DES EAUX: LA COAGULATION-FLOCULATION, L'OXYDATION A L'OZONE ET L'ADSORPTION SUR CHARBON ACTIF EN POUDRE. LA REGENERATION CHIMIQUE DES MEMBRANES MINERALES A L'AIDE DE DIFFERENTS REACTIFS ET PLUS PARTICULIEREMENT A L'AIDE D'OZONE A AUSSI ETE ETUDIEE. DE L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS, ON RETIENDRA QUE L'UTILISATION D'OZONE AU COURS DES CYCLES DE FILTRATION OU DES CYCLES DE NETTOYAGE DES MEMBRANES MINERALES DE MICROFILTRATION OFFRE DES PERFORMANCES PARTICULIEREMENT INTERESSANTES QUI DEVRAIENT FAVORISER L'EXTENSION DE CETTE TECHNIQUE DANS LE TRAITEMENT DE L'EAU
Author: Soo-Bok Lee Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 302
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Étude théorique et expérimentale de l'ultrafiltration. Étude de la polarisation de concentration et du colmatage des membranes. Influence des variables d'entrée sur le taux de déstabilisation de l'émulsion. Intérêt de la coalescence
Author: Abdelkrim Bouzaza
Author: Abdelkrim Bouzaza
Author: Abdelaziz Saiad
Author: Nabil Mameri
Author: Claudine Vétier
Author: Gaëlle Collet
Author: IBRAHIM.. ISSID
Author: Rachid Kerbage
Author: RENAUD.. LIBERGE
Author: Catherine Moulin (réalisatrice)
Author: Soo-Bok Lee