Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’objectif de cet article est de présenter le fonctionnement et le potentiel de la distillation membranaire pour la séparation sélective des composés et solvants, y compris aqueux. L'article propose une perspective sur le fonctionnement théorique et pratique de la technologie, et met en avant les limitations et opportunités pour une translation industrielle. Les défis relevant du design de matériaux innovants et performants seront définis en lien étroit avec les besoins de performance et de stabilité d’opérations. Une revue des pilotes et des applications industrielles, des marchés de niche ainsi que des compagnies offrant des solutions clefs en main incluant la DM sera donnée.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Hind YAACOUBI : Researcher - Department of Chemical and Petrochemical Engineering, Khalifa University, Abu Dhabi, United Arab Emirates
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Ludovic F. DUMEE : Assistant professor - Chief Science Officer, Research and Innovation Department, Element Zero, Malaga, Western Australia, Australia - Department of Chemical and Petrochemical Engineering, Khalifa University, Abu Dhabi, United Arab Emirates
INTRODUCTION
La distillation membranaire (DM) est une technique de séparation qui peut être utilisée pour traiter une variété de liquides, y compris l’eau saumâtre, l’eau de mer, les eaux usées radioactives, les eaux minières, les eaux usées et les concentrats d’osmose inverse (OI). Le procédé de la DM est hybride, combinant l’utilisation de la distillation conventionnelle thermique et des membranes hydrophobes poreuses, et correspond au transport de vapeur entraînée thermiquement à travers des membranes dont la force motrice est la différence de pression de vapeur entre les deux côtés de la membrane. Divers processus peuvent être employés pour faciliter la condensation de la vapeur du côté perméat de la membrane, à savoir l’utilisation d’une lame d’air, un gaz de balayage ou le vide. Les espèces non volatiles, en revanche, sont retenues du côté amont, côté où se situe le flux d’alimentation de la membrane. En conséquence, la DM permet de séparer les molécules en fonction de leur différence de volatilité.
La DM comporte des avantages comparés aux autres techniques de séparation, comme une température d’alimentation plus basse entre 50 °C et 90 °C, une pression hydraulique plus faible que le processus d’osmose inverse, un colmatage plus faible, un traitement des eaux de salinité élevée, une production d’eau de haute pureté et un bon compromis entre enthalpie spécifique et efficacité . Cependant, en raison de l’absence d’une membrane appropriée et adaptable, le colmatage, le mouillage des pores, l’efficacité en eau et le faible débit de perméat sont les principaux problèmes pour la distillation membranaire. En raison de ses propriétés uniques, la DM peut être utilisée seule ou combinée avec d’autres techniques de séparation, comme dernière étape dans les industries environnementales, alimentaires, pharmaceutiques et nanotechnologiques. Elle est principalement utilisée dans le dessalement de l’eau de mer, l’eau saumâtre, le traitement des eaux usées industrielles, la préparation d’eau distillée, pure ou ultrapure ainsi que dans la production des concentrés des aliments liquides, ainsi que pour l’élimination des molécules volatiles du jus de fruits, des alcools, des COV halogénés et du benzène.
Dans cet article, nous allons définir les concepts sous-jacents de la distillation membranaire, ses configurations, ses modules, ses avantages et inconvénients. Ensuite, nous examinerons les problématiques posées lors de son utilisation en dessalement d’eau de mer et en traitement des eaux industrielles y compris le colmatage, le mouillage et le vieillissement des membranes. Des pilotes de la DM industriels appliqués au dessalement et au traitement des effluents vont être présentés. Ainsi, la combinaison de la DM avec d’autres méthodes de séparation sera discutée comme dernier point cet article.
un tableau des sigles est présenté en fin d’article.
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Présentation
Sigles, notations et symboles7. Conclusions et perspectives
La DM est un système à base de membrane alimenté thermiquement qui est devenu l’un des procédés les plus attrayants de techniques durables, contribuant à réduire le stress global lié à l’eau et à l’énergie dans les applications de séparation et de traitement des eaux. En outre, l’intégration de sources d’énergie renouvelables et à faible coût telles que le solaire, la géothermie et la chaleur résiduelle peut rendre cette technologie rentable et efficace sur le plan énergétique d’une manière plus durable.
La DM a plusieurs avantages, notamment moins de colmatage, une capacité élevée de traitement de l’eau à haute teneur en sel, avec des récupérations élevées générées par l’approche de zéro rejet liquide. Cette technologie est susceptible d’être améliorée par les avancées dans les matériaux des membranes, la numérisation et l’automatisation, la conception modulaire et la portabilité, et une adoption accrue du marché. Malgré ces nombreux avantages que possède la DM, il reste difficile de l’appliquer à l’échelle industrielle à cause du faible flux de production d’eau, la consommation élevée d’énergie et la limitation de la membrane hydrophobe à grande échelle.
Plus de recherches sont encore nécessaires pour faire face à ce défi. Ces dernières années, l’une des pistes est d’intégrer la DM à d’autres technologies en tant que traitement de dernière étape et d’utiliser la chaleur résiduelle, ou une énergie renouvelable, à l’opération de DM. Aussi, la DM a toujours besoin de développement supplémentaire pour les membranes spécifiques, avec des propriétés durables, une résistance élevée à l’humidification des pores et des performances à long terme, une nouvelle conception de module pour une plus grande efficacité énergétique et un effet de polarisation plus faible. Des études de laboratoire et d’échelle pilote ont prouvé que la DM est une technologie prometteuse pour le traitement du brin, la récupération des métaux précieux et la production d’eau ultrapure pour l’industrie des semi-conducteurs.
Plus de données d’essai d’installations pilotes seront utiles pour les scientifiques des membranes dans l’ajustement des paramètres de fabrication. Des résultats plus quantitatifs...
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Conclusions et perspectives
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MUSTAKEEM (M.), SOFIANE (S.), MUHAMMAD SAQIB (N.), NOREDDINE (G.) - Desalination by Membrane Distillation. - In: S. Vilmar (Ed.) Distillation Processes, IntechOpen, Rijeka, Ch. 4 (2022).
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(4) - PK. (W.) - Recovery of demineralized water from saline waters. - United States (1967).
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(5) - MOHAMMAD REZA SHIRZAD (K.), AHMAD (R.) - Membrane Distillation: Basics, Advances, and Applications. - In: A. Amira (Ed.) Advances in Membrane Technologies, IntechOpen, Rijeka, Ch. 4 (2020).
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(6) - ALKHUDHIRI (A.), HILAL (N.) - Membrane...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Silicone rubber vapor diffusion in saline water distillation 285,032
Recovery of Demineralized Water from Saline Waters 3,340,186
Composite membrane for a membrane distillation system 4,316,772
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