Wc'est quoi?

Le traitement par ultrafiltration est une forme de filtration sur membrane similaire à l'osmose inverse, séparant les particules solides de la source d'influent liquide. Ce processus se situe entre la microfiltration et la nanofiltration en termes d'élimination de la taille de capture des particules. Il a des applications en tant que préfiltre pour d'autres procédés de traitement ou en tant que filtre de polissage tertiaire dans les applications de traitement de l'eau potable et des eaux usées.

Comment ça marche:

Pour rester simple, le traitement par ultrafiltration fonctionne en utilisant un gradient de pression pour forcer l'eau à travers une membrane semi-perméable, en laissant les plus grosses particules et minéraux piégés de l'autre côté.

Bien entendu, ce filtre à membrane peut être mis en œuvre de différentes manières. Par conséquent, nous allons discuter et décrire les différentes configurations possibles pour les systèmes d'ultrafiltration.

Configurations de flux:

La manière dont l'eau brute influe en relation avec l'orientation de la membrane peut affecter le fonctionnement de ce processus système. Chaque configuration présente certains avantages et inconvénients qui doivent être pris en compte lors de la conception du système de traitement par ultrafiltration.

Dehors dans

Pour une membrane cylindrique, l’eau brute s’écoule de la partie extérieure vers l’axe central, comme illustré ci-dessous. Ce modèle d'écoulement fonctionne bien dans les situations où le total des solides en suspension (TSS) est plus élevé, par opposition à l'écoulement intérieur / extérieur.

À l'envers

L'eau brute influente s'écoule dans l'espace central d'un tube à membrane, puis radialement vers l'extérieur, comme indiqué ci-dessous. Lorsque des conditions hydrodynamiques uniformes sont nécessaires, ce modèle d’écoulement est optimal, mais il n’est pas performant dans les applications de TSS plus élevé.

Flux croisé

L'affluent s'écoule parallèlement à la longueur de la membrane, mais le gradient de pression à travers la membrane attire l'eau de l'autre côté et les solides se rassemblent sur la membrane en une couche mince. Il faut plus d’énergie pour générer un écoulement transversal, mais la couche de solides peut être maintenue plus longtemps dans une couche plus mince.

Flux sans issue

Le flux est perpendiculaire à la surface de la membrane. L'eau filtrée traverse la membrane tandis que les solides restent du côté opposé, collés à la surface de la membrane en couche épaisse. La production d'un débit final ne nécessite pas beaucoup d'énergie, mais la couche solide s'accumule beaucoup plus rapidement, ce qui rend cette configuration plus utile pour les concentrations plus faibles de contaminants dans l'eau de source.

Configurations système

Les deux considérations principales pour la configuration du système dans son ensemble dépendent du type de navire et de la façon dont les membranes sont aérées.

Submergé

Techniquement, la plupart des systèmes de traitement par ultrafiltration sont submergés dans le sens où la membrane est complètement entourée de fluide, mais en particulier, ce terme désigne des systèmes composés de grands réservoirs remplis d’eau brute et de multiples membranes qui y sont abaissées. Le réservoir a les entrées et sorties nécessaires.

Sous pression

Lorsqu'une membrane est enfermée dans une sorte d'unité de logement sous pression. Les systèmes sont généralement constitués de plusieurs navires connectés ensemble en parallèle. Chaque navire a ses propres entrée et sortie qui se connectent à un collecteur qui consolide les effluents traités de tous les navires en un seul flux. Les vaisseaux ont également tendance à être cylindriques, sauf dans le cas d’une configuration à plaque et à membrane.

Aération

Afin d'empêcher constamment les membranes de s'accumuler sur les surfaces solides, les unités d'ultrafiltration mettent en œuvre des systèmes d'aération qui produisent des bulles qui frottent la surface de la membrane pour éliminer les solides accumulés. Il existe deux options pour la configuration des systèmes d’aération dans l’unité de filtrage.

Intégrée

Dans un système intégré, tout est contenu dans une seule unité. Par exemple, un réservoir immergé où l'aérateur est situé directement sous les membranes. Ou, un récipient sous pression avec un aérateur au fond du récipient.

Séparé

Ici, l'influent brut est aéré dans un réservoir séparé puis pompé vers le réservoir ou le navire contenant la membrane.

Types de membrane

Polymérique

Ces membranes sont constituées de matériaux polymères tels que polysulfone, polypropylène, acétate de cellulose et acide polylactique. Les membranes polymères sont plus couramment utilisées en raison de leur efficacité et de leur rentabilité.

Céramique

Il existe une grande variété de matériaux pour les membranes céramiques, de l'oxyde d'aluminium au carbure de silicium en passant par le dioxyde de titane et le dioxyde de zirconium. Ils sont bien connus pour leur résistance face aux températures élevées ou aux produits chimiques corrosifs, mais sont aussi beaucoup plus chers.

Configurations de membrane

La taille et la forme de la membrane ont beaucoup à voir avec le fonctionnement du système. Chaque configuration de membrane peut avoir des avantages et des inconvénients particuliers; par conséquent, une sélection minutieuse est nécessaire.

Tubulaire

Imaginez un paquet de pailles liées avec une fine membrane enroulée à l'intérieur de chaque paille. Les tubes eux-mêmes sont perméables; ainsi, lorsque l'influent est pompé, il commence dans la membrane semi-perméable et l'eau y passe, puis à travers le tube, dans la cavité du vaisseau. Le perméat résultant dans la cavité est ensuite envoyé au stade de traitement suivant. Les systèmes tubulaires ne fonctionnent généralement que sur des écoulements vers l'intérieur afin que la membrane ne s'affaisse pas dans le tube.

Fibre creuse

Cette configuration est similaire à un système tubulaire, mais sans la membrane supportée à l'intérieur d'un vaisseau tubulaire. Au lieu de cela, la membrane elle-même ressemble davantage à des brins de spaghetti cuits creux et elle est directement exposée à l'eau brute. Ces systèmes peuvent être utilisés à l'envers ou à l'extérieur, mais les fibres minces et flexibles peuvent se rompre.

Plaque et cadre

Gardez des objets dans la cuisine, imaginez celui-ci comme un club sandwich. Faire un sandwich d'une pièce d'espacement entre deux membranes plates et empiler des multiples de celles-ci avec un peu d'espace entre eux. L'eau d'alimentation circule entre les membranes adjacentes et l'eau de perméat filtrée passe à travers les membranes vers l'espaceur qui a des canaux qui la transportent vers la sortie d'eau de perméat (traité).

Enroulé en spirale

Pour celui-ci, prenez le sandwich que vous avez préparé pour la plaque et le cadre et enroulez-le autour d'un tuyau perforé. L'eau brute traverse le canal d'alimentation et filtre à travers les membranes jusqu'au canal de perméat. Le perméat spirale ensuite vers le centre dans la sortie.

Le tableau ci-dessous indique les combinaisons possibles pour les systèmes de traitement par ultrafiltration. Par exemple, une configuration de membrane tubulaire avec un écoulement transversal inversé sur une membrane polymère. Les X indiquent que le type de flux ou le matériau de la membrane est possible pour la membrane donnée.

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