Applications industrielles de la filtration par membranes

GEA Filtration a l'expérience requise dans le traitement à échelle commerciale d'une grande gamme de produits et dispose aussi de moyens d'essais soit sur site soit dans nos installations pilote.

Technologie de filtration par membranes appliquée à la production d'éthanol à partir de matériaux cellulosiques.

Ces dernières années la production d'éthanol comme carburant a explosé en raison de la tendance à vouloir s'éloigner des énergies fossiles comme l'essence. Jusqu'à récemment, la source principale de la majeure partie de la production d'éthanol était le maïs. Toutefois, l'éthanol dérivé de sources moins onéreuses et plus renouvelables telles que la biomasse cellulosique, la tige de maïs, le panic raide, les pailles de céréales et les copeaux de bois a émergé comme un facteur majeur de cette industrie.

Applications environnementales

La filtration par membranes dans l'industrie chimique et pour l'épuration des eaux usées industrielles peut jouer un rôle à part entière dans le traitement de flux d'effluents difficiles en vue de réduire la DOB, la DCO et les charges hydrauliques ainsi que de produire une source d'eau propre qui peut être réutilisée au sein des installations.

Les applications environnementales typiques sont :

• Effluents d'usine laitière et alimentaire
• Eau usée de la pomme de terre
• Polissage de condensat d'évaporateur
• Récupération et réutilisation de solutions de nettoyage usées

De nombreux processus chimiques utilisent également la filtration par membranes pour :

• Dessalement, diafiltration et purification de colorants, pigments et azurants
• Nettoyage des effluents de rinçage et d'eau de lavage
• Concentration et égouttage des minéraux tels que le kaolinton, le dioxyde de titane et le carbonate de calcium

Applications dans l'industrie chimique

• Production/récupération de pigments
  • La diafiltration est utlisée pour concentrer les pigments
• Gélatine industrielle/de poisson/de cuisine
  • Voir ultrafiltration de la gélatine. On peut utiliser la filtration par membranes comme alternative économique et améliorante des produits à l'évaporation comme moyen pour concentrer la gélatine industrielle. La gélatine de poisson peut être filtrée par microfiltration puis concentrée par ultrafiltration. La microfiltration est utilisée pour la clarification de la gélatine de cuisine. Placer une installation de filtration au début d'une ligne de procédé augmente l'efficacité de tous les systèmes en aval. Après la concentration de la gélatine, la filtration peut être utilisée pour récupérer des protéines et réduire les niveaux de DOB dans le perméat qui résulte.
• Récupération des métaux
  • Voir nanofiltration de récupération des métaux précieux, purification fine des métaux
• Produits pharmaceutiques intermédiaires, sels industriels, clarification caustique
  • En séparant les matières en suspension, la soude caustique usée peut être clarifiée et utilisée à nouveau, maintes et maintes fois, ce qui permet de réaliser des économies de nettoyage et de coûts d'élimination.
• Réutilisation eaux industrielles contenant des additifs à papier
  • Il n'existe pas beaucoup de procédés chimiques, industriels, alimentaires, pharmaceutiques ou autre qui n'utilise pas l'eau comme un composant principal. Dans presque tous ces processus, il est possible de mettre en oeuvre la filtration par membranes (ou, en particulier, l'osmose inverse) pour rétablir de l'eau usagée et contaminée à un état de pureté permettant de l'utiliser indéfiniment. Souvent, les produits séparés de l'eau usagée peuvent être vendus sous leur nouvelle forme concentrée. Le renouvellement de l'eau de procédé effectué de cette manière produit non seulement de nouveaux produits vendables et permet d'économiser en matière de coût des effluents, mais c'est également bon pour l'environnement, réduit la consommation d'eau et diminue la charge des stations de traitement.
• Production de polymères, spécialités chimiques de, kaolinton, bentonite
  • Il existe différents types de kaolinton, classés par taille des particules. La microfiltration et l'ultrafiltration sont utilisées pour accomplir ce qui suit : concentrer le kaolinton avant dessiccation pour réduire les coûts et améliorer les rendements ; purifier le kaolinton ; récupérer le kaolinton de faibles concentrations. Les mêmes processus ont été appliqués à la bentonite.
• Dioxyde de titane
  • Le dioxyde de titane est utilisé dans un procédé à énergie solaire pour éliminer les composés organiques toxiques présents dans l'eau souterraine. La microfiltration est très efficace pour récupérer le dioxyde de titane.
• Liqueur résiduaire kraft
  • Dans le procédé de fabrication du papier ( procédé kraft), la lignine est une impureté qui diminue la robustesse du papier. Lorsqu'on utilise une filtration par membranes pour éliminer la lignine de la liqueur résiduaire (sous-produit du processus kraft/retrituration), il est possible d'utiliser la lignine pour des applications telles que l'extension des adhésifs utilisés pour fabriquer du contreplaqué (résine) ou comme base à l'arôme de vanille (vanilline).
• Liqueur de bisulfite usée
  • Lorsque l'on fait passer la liqueur de bisulfite usée par l'ultrafiltration, on obtient deux produits vendables : la lignine pour la production de vanilline et la fabrication de résine, et de la xylose, adaptée pour une utilisation dans l'alimentation animale.
• Vanilline
  • La vanilline est extraite de la lignine, qui provient de la liqueur de bisulfite usée (LBU). Si l'on ne sépare pas la lignine de toutes les xyloses l'accompagnant, le processus de vanilline est plutôt inefficace et coûteux. Grâce à l'ultrafiltration de la LBU, les processus de vanilline sont fortement améliorés et il est possible de vendre les sous-produits sous forme d'aliments pour animaux en raison de sa forte teneur en sucre.
• Colorants à papier ou textiles
  • Voir Nanofiltration des encres d'imprimerie On utilise la nanofiltration pour éliminer l'acétate de sodium de l'encre d'imprimerie. Réduction des sels dans une solution colorante.

Applications pour eaux usées

• Amidon de blé — Lorsque l'on fait passer un effluent d'amidon de blé dans un système de filtration par membranes, il est possible de réutiliser l'eau et l'on peut utiliser l'amidon concentré pour produire de l'éthanol.
• Tomate — La microfiltration permet de retirer la pulpe et d'autres solides de l'eau usée des tomates pour pouvoir réutiliser l'eau. Il est également possible de récupérer et de réutiliser la soude caustique issue des procédé de pelage des tomates.
• Usine laitière — Afin de réduire les déchets globaux, il est possible de filtrer toutes les eaux usées d'une usine laitière, notamment les effluents sanitaires, industriels et de refroidissement. Il est possible de réutiliser l'eau et même de réutiliser certains des résidus extraits comme alimentation pour bétail.
• Usine d'équarrissage — On utilise la filtration par membranes avec succès pour réduire le volume de sous-produits de la viande dans le but de réduire les frais de transport. L'osmose inverse des eaux usées d'une usine d'équarrissage peut atteindre une qualité excellente permettant la réutilisation.
• Procédé à la chaux — Il est possible de filtrer les protéines et l'eau réutilisable de l'eau usée du procédé à la chaux.
• Fécule de maïs — On peut utiliser la microfiltration pour concentrer des flux de pâte de fécule de maïs. L'eau réutilisable est un sous-produit.
• Récupération de la fécule de pomme de terre — De grandes quantités d'eau sont utilisées lors du traitement des pommes de terre. Outre la clarification de l'eau usée pour réutilisation, l'OI permet de concentrer la forte teneur en protéines et de fortement réduire les niveaux de DOB avant l'évacuation. Fonctionner à haute température évite la coagulation de la fécule de pomme de terre qui pourrait sinon provoquer l'obturation des membranes.
• Récupération des déchets gélatineux — Les déchets gélatineux de boeuf, du poisson et du poulet peuvent être filtrés pour récupérer des protéines et réduire les niveaux de DOB. Le perméat issu des déchets gélatineux du boeuf a été utilisé comme arôme de boeuf. Les déchets gélatineux du poulet ont été filtrés et utilisés dans la production d'aliments pour animaux de compagnie.
• Effluents des procédés à base d'oeufs — Voir Effluents des installations de transformation des oeufss, ultrafiltration des effluents des oeufs. On utilise l'ultrafiltration pour concentrer des déchets d'oeufs impropres à la consommation afin de réduire les coûts de dessiccation et les niveaux de DOB dans les effluents. Une concentration d'un facteur 100 est possible. Protéine récupérée.
• Récupération des métaux — Voir purification du propylène glycol, eau de lavage de convertisseur catalytique, acétate de cérium, produit de préservation du bois.
• Réutilisation des produits chimiques issus du NEP — Le nettoyage et la maintenance de la membrane nécessite le passage régulier de certains produits chimiques par les membranes.
• Récupération de condensat d'évaporateur — Le condensat d'évaporateur est souvent contaminé par des acides organiques. Le niveau de contamination est décrit comme DOC (demande en oxygène chimique). À l'aide de l'osmose inverse, il est possible de réutiliser l'eau de condensat dans les installations ou cette dernière peut atteindre un niveau de DOC approprié pour élimination.
• Récupération de l'eau huileuse — Huile de pamplemousse.
• Récupération de spécialités chimiques Récupération de sirop/édulcorant — Sirop de maïs, sirop de riz, sirop pour soda, etc. À l'aide de l'osmose inverse et de la nanofiltration, il est possible de récupérer divers sirops et édulcorants des effluents, puis de les concentrer et les clarifier. Les mêmes processus produisent également d'autres sous-produits utilisables et réduisent les niveaux de DOC/DOB.
• Récupération de l'amidon des pâtes — Il est possible d'utiliser la filtration par membranes pour concentrer l'amidon des pâtes des effluents, pour réduire le niveau de DOB des effluents et pour clarifier l'eau pour réutilisation.

La technologie de filtration tangentielle par membrane est de plus en plus acceptée de par le monde comme une étape de fabrication importante dans de nombreuses industries de transformation. La capacité de produire des séparations ou purifications à basse température (ou température ambiante) font de la filtration par membranes une technologie bien plus économique que les méthodes conventionnelles telles que la filtration par tambour sous vide ou les filtres-presses.

La filtration par membranes est une technologie qui s'effectue par différence de pression avec des tailles de pores de poids moléculaire variant de 100 à 5 microns. Les technologies de la filtration par membranes sont : osmose inverse (OI), nanofiltration (NF), ultrafiltration (UF) et microfiltration (MF).