M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux PDF

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Université Abdelmale k Essaadi Faculté des Sciences et technique s d’ Al-hoceima Cycle d’Ingénieur: Génie de Procédés et Environnement M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Sommaire Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 1. Généralités sur les membranes. Microfiltration. Ultrafiltration Nanofiltration Osmose inverse Dialyse et électrodialyse 2. TECNOLOGÍAS DE OXIDACIÓN Y DESINFECCIÓN AVANZADAS Chapitre 2 : Les technologies de bas coût Filtre vert Lits de turbe Contacteurs biologiques rotatifs (C.B.R.) Lits bactériens Lagunage Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 1. Généralités sur les membranes. Définition: Une barrière séparant deux compartiments et permettant le passage préférentiel d'au moins une espèce parmi les autres sous l'action d'une force de transfert chimique ou physique. Application Fluide/Fluide Fluide/Particule Performances Sélectivité Perméabilité Seuil de coupure Taille des pores Forme de la molécule à filtrer Sa charge Le pH La force ionique de la solution Perméat La pression appliquée Alimentation Le flux de perméation Concentrât Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 1. Généralités sur les membranes. Applications: La technologies membranaire a été testé dans différents application , de biotechnologies et l'alimentation jusqu'au microélectronique. Pourquoi?: Les membrane peuvent opérer en continue, Faible consommation d'énergie, Adaptation et combinaison avec d'autre procédés, Sans usage des produis chimiques, Aujourd'hui, les procédés membranaires Micro-Ultra-Nano et OI sont présent dans tous les types d'industries ; stérilisation en frois des produis alimentaires ou pharmaceutiques, récupération des pigments de peintures, déminéralisation des eaux , standardisation du lait , Dialise et électrodialyse pour la reconcentration des effluent de valeur (jus , soda, bain de galvanisation.. Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 1. Généralités sur les membranes. Avantages: Procédés en continue, Les condition d'opération modérées ( Température ambiante -> Energie) Consommation d'énergie réduite, (pompage) Séparation par fois impossible d'atteindre avec d'autres procédés Sans usage des produis chimiques, Présents une grandes flexibilité et une grande variété de membranes, Système modulaires, Présente facilité pour l'automatisation des systèmes Inconvenants : Le coût de système, le coût des membrane 20-30% du coût d'investissement, Il faut considérer la vie utile des membranes, qui varie en fonction de prétraitement, maintenance et exploitation, Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 2. Classification des membranes 1. Classification selon la structure interne, configuration et nature La structure de la membrane détermine le mécanisme de transport de la matière à travers elle, par conséquent, sa fonctionnalité en tant que barrière. Microscopie électronique Membranes non poreuses Structure Interne Homoporeuses Membranes poreuses Hétéroporeuses Symétrique Configuration Intégrale (Homogène) Asymétrique Non Intégrale (Composé) Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 2. Classification des membranes 1. Classification selon la structure interne, configuration et nature L'exemple de représentation d'une membrane poreuse symétrique correspond à celle d'une matrice solide, homogène et plane, traversée par des pores de forme et de taille régulières. (hétéroporeux/homoporeux) -> perméabilité aux solvants élevée et un faible rejet de sels Présentent la morphologie anisotropes, Zone de transition (couche mince et extrêmement dense Couche active «couche active» où réside la capacité sélective, sur un substrat plus épais, très poreux, qui n'agit que comme support, devant offrir le minimum Zone poreuse résistance possible au passage du solvant. couche active (structure microporeuse ou, non poreuse, dense). Génie de Procédés et Environnement M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 2. Classification des membranes 2.2. Selon la composition chimique Les membranes minérales Membranes céramiques Ces membranes présentent une structure à la fois composite et asymétrique Composion: ✓ Support macroporeux à base d'alumine ou de carbone sur lequel sont déposées un nombre variable de couches d'oxydes minéraux, (aluminium, ZrO2, TiO2). ✓ Couches filtrantes de faible épaisseur assure la séparation des solutés en fonction du rayon de pore adapté, ✓ Support assure la résistance mécanique (peuvent opérer dans les conditions plus sévère (résistance physique , chimique et thermique). A vantages : peuvent travailler dans des conditions plus sévères que les membranes organiques grâce à leur résistance mécanique, chimique et thermique (P=40 bar, T=120°C et pH=1-14. I n c o n v e n a n t s : faible compacité (surface filtrante par rapport au volume occupé) et sensibilité au vibration, Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de tra itement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépur ation 2. Classification des membranes 2.2. Selon la composition chimique Les membranes Organique s De manière générale, les membranes organiiques sont les membm bers n ran 'uens dont la couche active est fabriqué à partir d'polymère organique ourels et de copolymères ou mélanges, à la fois naturseylnstheéttisqyunethétiques Polymères naturels La cellulose extraite du bois ou du coton est utilisée pour les membranes. Puisque la cellulose ne se dissout pas dans les solvants ni utilisé dans les thermoplastiques, il est utilisés des dérivés de cellulose modifiés chimiquement. Polymères synthétiques Sont synthétisés par polymérisation, polycondensation ou polyaddition de différents monomères Les polymères les plus utilisés pour la fabrication des membranes sont les suivants Acétate de cellulose, Polyamides aromatiques Diacétate de cellulose Polybenzimidazoles, Triacétate de cellulose Alcools polyvinyliques Esters de cellulose Polypypérazidamides Polyéther-urée Polyacrylonitrile Polyfurane sulfoné Polysulfone sulfonée Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de tra itement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépur ation 2. Classification des membranes 2.2. Selon la composition chimique Les membranes Organique s ▪ A c é t a t e d e cellulose ▪ Polymères synthétiques: Premier polymère de structure macroporeuse est utilisé comme support (polyester, …), un second polymère forme la couche active de la membrane (le choix de polymère est en fonction de besoin) Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 2. Classification des membranes 2.2. Selon la composition chimique Les membranes Organiques ▪ M e m b r a n e s A c é t a t e d e cellulose Les membranes en acétate de cellulose (AC) sont fabriquées à partir de formulations de diacétate et triacétate de cellulose et combinaisons des deux. Ils peuvent être obtenus à partire de l'acétylisation de la cellulose du bois ou du coton, la traiter avec des agents saponifiants, une petite partie des groupes acétate est hydrolysée, améliorant ainsi leur solubilité et donnant naissance à de l'acétate de cellulose modifié. Avantages: ✓ Grande résistances au colmatage (surface très lisse), ✓ Tolérance à l'oxydation (1mg/L de chlore), ✓ Plus économique, Inconvenants: ✓ Sensible à la température, ✓ Sensible au pH agressives, (4-6) ✓ Sensible aux attaques microbiennes Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 2. Classification des membranes 2.2. Selon la composition chimique Les membranes Organiques ▪ Membranes de Polyamide Aromatique Au sein de ce type de membranes distinguer deux polymères de base très similaires l'un à l'autre du point de vue chimique et, par conséquent, avec des caractéristiques de résistance chimique similaires. Ces polymères sont: Polyamide aromatique linéaire (LAP). Ce type de polymère est utilisé pour fabriquer des membranes «intégrales» (homogènes) à la fois plates et de "fibre creuse". Polyamide aromatique réticulé (CAP). Ce polymère est utilisé pour fabriquer des membranes composites à couche mince (non intégral). En comparant les deux types de polyamides, on peut dire que le polyamide réticulé a un comportement légèrement meilleur contre les oxydants que le polyamide linéaire. De plus, le polyamide linéaire ne peut pas fonctionner à pH bas lorsque la solution d'alimentation a une salinité réduite. Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 2. Classification des membranes 2.2. Selon la composition chimique Les membranes Organiques ▪ Membranes de Polyamide Aromatique Avantages: ✓ Ne sont pas biodégradables par les microorganismes ✓ L'absence d'hydrolyse pouvant fonctionner à un pH compris entre 2 et 11, ✓ travailler à une pression inférieure à membranes AC dans les mêmes conditions opératoires, ✓ Avoir un débit plus élevé en unité de surface que l'acétate pour la même pression; ✓ Stabilité chimique élevée, ✓ Rejet salin supérieur aux membranes d'acétate Inconvenants: ✓ Sensible à l'oxydation ✓ Tendance au colmatage (surface rugueuse) Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de tra itement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépur ation 2. Classification des membranes 2.2. Selon la composition chimique Vidéo Ultrafiltration – Product (Vidéo Down ) Le choix de polymères dépend de d'applications de problème à résoudre. Les membranes organiques sont les plus utilisées malgré leurs faible résistances thermiques et chimiques (il sont moins chères que les membranes minérales) Zone de transition Couche active Zone poreuse Membrane poreuse asymétrique d’ultrafiltration Membrana de acetato de celulosa Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 2. Classification des membranes 2.3. Selon la charge superficielle Dans certains cas, les polymères organiques à partir desquels les membranes sont fabriquées présentent, dans leur structure moléculaire, un excès de groupements chimiques (amines, sulfonique, carboxylique, etc.), ce qui donne à la surface active une certaine nature électrique qui est généralement mesurée en déterminant son «potentiel Z». Ce paramètre exprime la charge électrique existante par unité de surface. N e u t r e : ceux qui n'ont aucune charge électrique. "potentiel Z" est nul. Cationique : la charge électrique à sa surface est Couche active de la membrane positif. Les membranes peuvent être fortement ou faiblement cationiques. An i o n i qu e : la charge électrique à sa surface est négatif. Ils peuvent être fortement ou faiblement anioniques. Flux Dissolution-Diffusion Génie de Procédés et Environnement M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 2. Classification des membranes 2.3. Selon la charge superficielle En fonction du pH du milieu, les différents groupes chimiques peuvent ou non s'hydrolyser, qui modifie la charge électrique de surface de la membrane, ladite charge dépendra, en général, non seulement de la nature du polymère mais également du pH du solution de contribution. D'autre part, la nature et l'ampleur de la charge électrique sur la surface d'une membrane a beaucoup à voir avec son encrassement et la apparition et la croissance des développements biologiques, une membrane cationique aura une grande affinité pour les colloïdes, la même chose se produira avec les membranes anioniques et les colloïdes cationiques. Couche active de la membrane Flux Dissolution-Diffusion Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed M13: Procédés et Technologies non conventionnels de traitement des eaux Chapitre 1 : Technologies avancées de dépuration 2. Classification des membranes 2.4. Selon la Morphologie de la surface La morphologie de la surface est importante du point de vue de la encrassement et de nettoyage des membranes. Selon l‘aspect de la face externe de la couche active, les membranes peuvent être: Lisse: ceux dont la face externe de la couche active est lisse. C'est le cas de membranes en acétate de cellulose Rugueux: ceux dont la face externe de la surface active est rugueux. Une surface rugueuse, en plus de se salir plus facilement, est plus difficile à nettoyer. Membranes en polyamide aromatique avec réticulation constituent l'exemple le plus typique de membranes qui ont une surface rugueux. Génie de Procédés et Environnement Pr. Hassani Zerrouk Mohammed