Technologie de filtration par membranes

La technologie de la filtration tangentielle par membranes est connue dans le monde entier comme étant une étape industrielle importante dans les lignes de procédé des industries agro-alimentaires, laitières, pharmaceutiques/biotechnologiques, ainsi que les industries d'amidon et d'édulcorants. Sa capacité à réaliser des séparations très spécifiques, sans changement de phase, à des températures basses ou ambiantes, permet à la filtration par membranes d'être, dans de nombreuses applications, une solution beaucoup plus rentable que les méthodes conventionnelles telles que la filtration rotative sous vide ou les filtres-presses.

Veuillez parcourir les pages suivantes pour en savoir plus :

• Filtration membranaire
• Procédé de filtration par membranes
• Types de membranes
• Configuration des installations

La filtration par membranes est une technologie qui s'effectue par différence de pression avec des seuils de coupure (pores) de poids moléculaire variant de 100 à 5 microns. Les technologies qui font partie de la filtration par membranes sont :

• Osmose inverse
- L'osmose inverse (OI), parfois appelée hyperfiltration, est le procédé le plus rigoureux des séparations au niveau moléculaire. Dans l'osmose inverse, la force hydraulique dépasse la pression osmotique naturelle d'une solution pour fournir l'énergie motrice nécessaire à la diffusion des molécules d'eau à travers la membrane. La pression de fonctionnement typique peut être de dizaines de bar (jusqu'à 70 bar). Les membranes d'osmose inverse sont généralement caractérisées par leur capacité à rejeter le chlorure de sodium (NaCI) à des conditions de pression, température et concentration données. Les valeurs de rejet typiques peuvent être de l'ordre de 98 à 99,5 %.
• Nanofiltration - La nanofiltration (NF) est le type de filtration tangentielle par membranes plus ouvert. Dans des solutions d'espèces ioniques mélangées, les ions monovalents auront tendance à pénétrer (passer à travers) la membrane tandis que les espèces divalentes ou polyvalentes seront plutôt rejetées à l'interface de la membrane. Étant donné que certaines espèces ioniques, les ions monovalents, sont transmises à travers la membrane, la différence de potentiel chimique entre les deux solutions est moindre et des forces motrices plus faibles sont donc nécessaires. Par conséquent, les pressions de fonctionnement en NF peuvent n'être que de 7 à 40 bar. Les membranes de NF se caractérisent généralement par leur capacité à conserver une espèce ionique divalente, souvent du sulfate de magnésium (MgSO4) ou du chlorure de calcium (CaCl2). Étant donné l'existence d'une plus grande variabilité dans les applications avec la NF, la rétention de MgSO4 pourrait être de l'ordre de 80 % à 98 %.
• Ultrafiltration - Avec l'ultrafiltration (UF), les membranes forment un réseau poreux discret. Une solution de substances dissoutes mélangées est pompée à travers la membrane. Les plus petites molécules passent à travers les pores alors que les plus grandes sont retenues. Nous nous retrouvons avec une solution appauvrie en molécules plus grandes, le flux de perméat, et une autre solution enrichie de molécules plus grandes, le rétentat. La structure ouverte de la membrane signifie que le transfert de masse est désormais plus dépendant du débit que de la pression, d'où une pression de fonctionnement encore réduite. Les pressions de fonctionnement typiques pour l'UF vont de 1 à environ 10 bar. La convention de classification des membranes passe au poids moléculaire pour les membranes d'UF. Le poids moléculaire du seuil de coupure (MWCO) est généralement exprimé en unités standard daltons (Da) ou kilodaltons (kDa). Par exemple, une membrane de 10 kDa pourrait retenir les molécules de cette masse moléculaire ou supérieure tout en laissant passer les molécules plus petites. Ce système étant loin d'être parfait sachant que la masse atomique ne permet pas de décrire la taille ou la géometrie réelle d'une molécule, il reste néanmoins la convention standard pour la classification des membranes UF.
• Microfiltration - La microfiltration (MF) est la filtration la plus grossière dans la gamme de filtration tangentielle par membranes. La porosité de la membrane est généralement décrite comme une mesure de distance allant généralement d'une fraction de micron à un micron (10-6 m) environ. Les petites et grandes molécules peuvent ensuite être séparées des structures moléculaires très grandes ou complexes. Les pressions de fonctionnement pour la MF vont de 0,5 à environ 6 bar.