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1 - MEMBRANES

2 - MODULES

Article de référence | Réf : J2791 v1

Filtration membranaire (OI, NF, UF) - Présentation des membranes et modules

Auteur(s) : Jean-Christophe REMIGY, Sandrine DESCLAUX

Date de publication : 10 mars 2007

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RÉSUMÉ

Les membranes de filtration sont des membranes semi-perméables ou permsélectives qui permettent la rétention de solutés ou de particules contenus dans un solvant. Les membranes sont habituellement composées d’une couche sélective assurant la séparation, associée à un support renforçant la résistance mécanique. Leurs performances, qui correspondent à celles de la couche sélective, sont caractérisées par leur perméabilité au solvant et leur sélectivité.

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ABSTRACT

Membrane filtration (RO, NF, UF) - Presentation of membranes and modules

Filtration membranes are semi-permeable or permselective membranes which allow for the retention of solutes or particles present in a solvent. The membranes are usually composed of a selective layer ensuring the separation associated to a support reinforcing the mechanical resistance. Their performances, which correspond to those of the selective layer are characterized by their permeability to the solvent and by their selectivity.

Auteur(s)

  • Jean-Christophe REMIGY : Maître de conférences - Ingénieur ENSIC - Laboratoire de Génie chimique (CNRS-UMR 5503) - Université Paul-Sabatier (Toulouse III)

  • Sandrine DESCLAUX : Ingénieur d’études - Laboratoire de Génie chimique (CNRS – UMR 5503) - Université Paul-Sabatier (Toulouse III) pour la partie documentation (Doc. J 2 791v2)

INTRODUCTION

Les membranes de filtration (osmose inverse OI, nanofiltration NF, ultrafiltration UF, microfiltration MF) sont des membranes semi-perméables (permsélectives) qui permettent la rétention de solutés ou de particules contenus dans un solvant. Les membranes sont habituellement composées d’une couche sélective assurant la séparation, associée à un support renforçant la résistance mécanique. Leurs performances, qui correspondent à celles de la couche sélective, sont caractérisées par leur perméabilité au solvant (cf. Techniques séparatives à membranes- Considérations théoriques) et leur sélectivité.

Cette dernière caractéristique est liée à la taille des pores des membranes exprimée en termes de seuil de coupure (masse molaire du composé retenu à 90 % (cf. Filtration membranaire (OI, NF, UF)- Caractérisation des membranes) (UF, NF), de rétention de sel (NF, OI) ou de dimension micrométrique (MF). La figure 1 montre schématiquement la correspondance entre les opérations de filtration par membrane, la taille des pores et les composés retenus.

Pratiquement, une membrane doit posséder une haute perméabilité associée à une haute sélectivité et avoir des qualités de résistance thermique, chimique et mécanique, pour un coût d’installation et de renouvellement contrôlé en relation avec l’application « produit » considérée.

La perméabilité est reliée à la taille et à la densité des pores, mais aussi à l’épaisseur de la couche sélective, comme le montre la loi de Poiseuille (cf. Techniques séparatives à membranes- Considérations théoriques). Les hautes perméabilités sont donc obtenues, pour une taille de pore ou une sélectivité donnée, par la réalisation d’une couche sélective extrêmement fine. La figure 1 fournit une indication des épaisseurs des couches sélectives des membranes en fonction du procédé.

Les résistances thermiques et chimiques sont associées à la nature du/des matériaux. Elles interviennent dans les mécanismes de vieillissement et conditionnent donc la fréquence de renouvellement des membranes. La résistance mécanique est aussi liée à la structure et à la géométrie des membranes. Elle dépend des conditions opératoires : pressions d’utilisation, à-coups de pression, rétrolavage, lavages chimiques...

Les efforts poursuivis pour élaborer une membrane optimisée vis-à-vis des différentes fonctions demandées ont conduit à la sélection de différents matériaux, structures et géométries. Les membranes de filtration peuvent donc être classées selon des critères tels que leur structure, le matériau, leur procédé d’élaboration, leur géométrie ou leurs performances.

Pour de plus amples renseignements sur les considérations théoriques des procédés membranaires et sur la filtration membranaire, le lecteur pourra consulter, dans cette base documentaire des Techniques de l’Ingénieur, les dossiers suivants, références  :

Techniques séparatives à membranes- Considérations théoriques : Techniques séparatives à membranes. Considérations théoriques

Filtration membranaire (OI, NF, UF)- Caractérisation des membranes : Filtration membranaire (OI, NF, UF). Caractérisation des membranes

Filtration membranaire (OI, NF, UF)- Mise en œuvre et performances : Filtration membranaire (OI, NF, UF). Mises en œuvre et performances

Filtration membranaire (OI, NF, UF)- Applications en traitement des eaux : Filtration membranaire (OI, NF, UF). Applications en traitement des eaux

Filtration membranaire (OI, NF, UF)- Applications diverses : Filtration membranaire (OI, NF, UF). Applications diverses

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j2791


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1 Données économiques

  • Prix des membranes organiques d’osmose inverse

    Les membranes d’osmose inverse avaient fin 2003 un prix de vente compris entre 12 et 26 US $/m2, soit environ 10 e/m2 pour les moins chères, généralement à base de dérivés cellulosiques, et 22 e/m2 pour les composites.

  • Prix des membranes d’ultrafiltration

    Les fourchettes de prix sont très étendues (tableau ), selon la nature de la membrane (minérale ou organique), le secteur d’application (pharmaceutique, médical, eau, etc.), les propriétés recherchées (résistance aux produits chimiques, facteur de concentration volumique, résistance mécanique, seuil de coupure), la taille et le type de module ainsi que la quantité commandée (échelle du laboratoire ou échelle industrielle), etc.

  • Coût d’investissement et coût opératoire

    • Membranes céramiques...

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