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RÉSUMÉ
L’utilisateur d’un procédé de filtration membranaire d’osmose inverse, de nanofiltration, d’ultrafiltration et de microfiltration recherche une productivité (perméation) maximale avec une efficacité (sélectivité) répondant aux contraintes fixées. Cet article est une approche théorique des phénomènes de perméabilité et de sélectivité intervenant dans ces procédés. Sont présentées les conséquences de ces phénomènes sur l'efficacité du procédé avec notamment les conséquences des phénomènes de polarisation et de colmatage sur la perméabilité du procédé et le rôle des transferts membranaires sur la sélectivité du procédé.
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Alain MAUREL : Ingénieur ENSIGC (École Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Génie Chimique de Toulouse) - Licencié ès Sciences - Ingénieur au Centre d’Études Nucléaires de Cadarache
INTRODUCTION
Osmose inverse, nanofiltration, ultrafiltration, microfiltration tangentielle peuvent être définies comme des procédés de séparation en phase liquide par perméation à travers des membranes permsélectives sous l’action d’un gradient de pression.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 1974 par Alain MAUREL
- Version courante de août 2010 par Pierre AIMAR, Patrice BACCHIN, Alain MAUREL
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Phénomène de polarisationArticle inclus dans l'offre
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3. Mécanismes de transfert
Plusieurs théories ont été avancées pour décrire les transferts de matière à travers les membranes semi-perméables et expliquer le mécanisme de la sélectivité des membranes. Nous donnons ci‐après seulement les modèles les plus connus :
-
le modèle de type « solubilisation‐diffusion » qui s’applique relativement bien aux membranes d’osmose inverse ;
-
le modèle basé sur la notion de « capillaires » qui, en fonction de leurs dimensions, arrêtent ou laissent passer certaines molécules ou particules ; ce modèle s’applique relativement bien aux membranes de microfiltration et, avec certaines réserves, aux membranes d’ultrafiltration ;
-
le modèle de type phénoménologique ou « boîte noire » de Kedem et Katchalsky , qui est très général et s’applique aussi bien à l’osmose inverse qui à l’ultrafiltration.
Notons que ces modèles ont pour but d’expliquer d’une manière relativement simple des mécanismes de transfert qui sont en général très complexes.
3.1 Mécanisme de type diffusionnel
Ce modèle consiste à considérer que les transferts de solvant et de soluté se font par solubilisation‐diffusion : toutes les espèces moléculaires (soluté et solvant) se dissolvent dans la membrane et diffusent à l’intérieur de celle‐ci comme dans un solide ou un liquide sous l’action d’un gradient de concentration et de pression. C’est notamment le cas de l’osmose inverse.
HAUT DE PAGE3.1.1 Flux de solvant et de soluté
Le flux Ji (kg · m–2 · s–1 ) de chaque espèce i est déterminé ...
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