Academic literature on the topic 'Procédé d'ultrafiltration'

Les installations de production de la Compagnie des Eaux de banlieue (CEB) au Mont Valérien traitent l'eau de Seine en aval de Paris sur 2 filières de potabilisation comprenant pour la première (50 000 m3/J) une préozonation, une coagulation au sels d'Aluminium (Aqualenc), une décantation (super pulsator Degrémont), une filtration sur sable, une ozonation, une filtration sur charbon actif en grains (CAG) et une désinfection finale au bioxyde de chlore, et pour la deuxième, une filtration lente sur sable (80 000 m3/j) dite filtration "Chabale". Dans le cadre du remplacement de la filière "Chabale", une unité de démonstration (8 m3/h) eomprenaut une addition de charbon actif en poudre (CAP) avant ultrafiltration sur membrane a été mise en route. Dans cette étude, une comparaison du traitement conventionnel physico-chimique de l'usine et du nouveau procédé d'ultrafiltration a été effectuée. Pour cela, un suivi du carbone organique total et une évaluation du potentiel de reviviscence ont été réalisés en différents points des chaînes de traitement. La matière organique biodégradable (MOB) a été mesurée par la méthode Werner (1980). Les premiers résultats montrent : - l'élimination des MOB est comparable pour les différents procédés; - toutefois, la nature des MOB est sensiblement affectée à chaque type de traitement (ozonation, addition de CAP, filtration sur sable ou sur CAG).

Cet article présente les résultats d'une étude sur le traitement par filtration sur charbon actif biologique (CAB), utilisé en usine de production d'eau potable en second étage de filtration, en aval d'une étape d'ozonation. L'objectif principal de cette étude était de caractériser la matière organique bioéliminée au cours de la filtration sur charbon actif afin d'obtenir une meilleure compréhension de l'abattement du carbone organique dissous (COD) et de la demande en chlore par ce procédé. Le carbone organique dissous biodégradable (CODB) éliminé au cours de ce traitement peut être corrélé à l'abattement de la demande en chlore et ce CODB présente une réactivité au chlore supérieure à celle du carbone organique réfractaire. Le couplage de techniques d'ultrafiltration au suivi des différentes fractions en cours d'incubation en batch pendant 35 jours avec un inoculum de bactéries indigènes libres, permet de préciser la nature des molécules susceptibles d'être bioéliminées et d'appréhender leur impact sur la demande en chlore de l'eau issue du traitement biologique. La nature de la matière organique présente dans l'eau en amont des filtres varie considérablement au cours de l'année; ainsi, en été, une augmentation importante de la fraction de molécules de haute masse molaire (> 10000 daltons) est observée. La filtration biologique n'affecte pas de manière significative la répartition des différentes tailles de molécules et de petites molécules (< 1000 dallons) peuvent être difficiles à bioéliminer sur un filtre biologique.

Les piscicultures en circuits semi-fermés sont confrontées au problème de l'élimination permanente des matières en suspension (M.E.S.) et des substances azotées. Les procédés conventionnels utilisés pour retenir les M.E.S. (décantation, hydrocyclones, filtres mécaniques à tambour rotatif, filtration gravitaire) ne donnent par entière satisfaction. Par contre, la filtration sur membranes permet d'arrêter en totalité les particules en suspension et les bactéries. On montre d'abord que les teneurs en M.E.S. et leurs répartitions granulométriques mesurées sur des échantillons prélevés en bassins d'aquaculture varient avec la taille des poissons et l'heure du prélèvement et on met en évidence la présence en nombre important de particules submicroniques. Différents essais de filtration sur membranes sont ensuite présentés : - d'une part, avec des membranes d'ultrafiltration capillaires à peau interne utilisées en potabilisation des eaux : on examine l'influence des paramètres hydrodynamiques (pression transmembranaire, vitesse de recirculation) afin de rechercher les conditions optimales de fonctionnement. Le flux de perméat ne dépasse pas dans le meilleur des cas 100 l.h-1.m-2. - d'autre part, avec des membranes de microfiltration organiques planes en fluorure de polyvinylidène (PVDF) et tubulaires en céramique. Les flux obtenus avec les membranes organiques sont de l'ordre de 250 l.h-1.m-2 Dans tous les cas, la rétention des M.E.S. est totale. Cependant l'estimation de l'investissement et des coûts de fonctionnement pour une pisciculture en circuit fermé de taille industrielle conduit à des prix trop élevés pour que l'utilisation des membranes dans ce domaine soit à ce jour économiquement envisageable.

Le but de cette these etait de realiser des membranes inorganiques dans les domaines de l'ultra et la nanofiltration. Le materiau utilise est l'oxyde d'hafnium ou hafnine. Pour elaborer des membranes d'ultrafiltration, l'afnine colloidale a ete synthetisee par la voie hydrothermale. Le sol d'hafnine colloidale et de la poudre ont ete caracterises. Les membranes ont ete caracterisees ensuite par des methodes statiques et dynamiques. Pour la realisation d'une membrane de nanofiltration, l'hafnine a ete produite par le procede sol-gel. La membrane caracterisee par la suite presente des diametres de pores et un seuil de coupure qui la place dans le domaine de la nanofiltration

L'interface solide-solution est etudiee dans le cas de materiaux membranaires inorganiques prepares par le procede sol-gel. La caracterisation par titrages potentiometriques a l'aide d'un systeme a multiples electrodes, met en evidence que la charge de surface et la capacite d'echange ionique de ces materiaux sont fonctions d'un parametre unique: l'activite de l'acide ou de la base en solution. L'influence de l'etat interfacial de quelques membranes (supportees sur disques plans et poreux d'alumine) sur les flux en ultrafiltration est interpretee. De plus, une emthode de quantification de l'effet de suspension est developpee

L’ultrafiltration (UF) est utilisée en industrie laitière pour la production de concentrés protéiques laitiers. Récemment, des études ont démontré que l’utilisation des hautes pressions hydrostatiques (HPH) permet d’améliorer la durée de vie du lait mais a un effet important sur les protéines (diminution de la taille des micelles de caséine, dénaturation/agrégation des protéines sériques). Ces effets peuvent ainsi altérer les performances du procédé d’UF. Cette étude avait donc pour but de déterminer l’impact d’un prétraitement du lait par HPH (300 et 600 MPa, 5 min) sur les performances du procédé d’UF. L’effet des HPH a d’abord été étudié sur les différentes fractions protéiques du lait. Ensuite, l’UF a été réalisée en mode recirculation totale afin de déterminer les paramètres de filtration optimaux et l’effet des HPH sur les valeurs de flux critiques et limites. Des filtrations en mode concentration ont également été réalisées afin d’évaluer l’effet des HPH sur les flux de perméation et le colmatage. Il a été observé que la taille des micelles de caséine diminue de 32% et 38% et le taux de dénaturation de la bêta-lactoglobuline (β-LG) atteint 30% et 70% après une pressurisation respective à 300 et 600 MPa durant 5 min. En mode recirculation totale, et comparativement au lait témoin, les flux de perméation ont diminué de 25% suite à la filtration des laits pressurisés. En mode concentration, les flux initiaux étaient 30% plus faibles pour les deux traitements HPH comparativement au lait témoin. Le calcul des résistances membranaires a montré un colmatage irréversible plus important à 600 MPa. Finalement, une caractérisation de la couche de colmatage a permis de confirmer que la caséine et la β-LG étaient responsables des baisses de flux. Les résultats démontrent ainsi qu’un traitement HPH altère drastiquement les performances d’UF et modifie la composition de la couche colmatante.
In dairy industry, ultrafiltration (UF) is largely used to produce milk protein concentrates. Recently, it was demonstrated that high hydrostatic pressure (HHP) extended shelf-life of milk but decreased the casein micelle size and induced denaturation and aggregation of whey proteins. Therefore, these modifications could negatively impact UF performances. Consequently, this study aims to determine the impact of skim milk pre-treatment by HHP (300 and 600 MPa, 5 min) on UF performances. Firstly, impact of HHP was studied on proteins which composed the colloidal and serum phases. Afterwards, UF was performed in full recycle mode to determine optimal parameters for the concentration mode and to characterize the impact of pressurization on critical and limiting fluxes. Then, pressure-treated milks were ultrafiltrated in concentration mode to evaluate permeate flux decline and fouling phenomenon. It was observed that casein micelle size decreased by 32% and 38% while β-LG denaturation reached 30% and 70% at 300 and 600 MPa during 5 min, respectively. During pressure-treated milk concentration by UF, initial fluxes were 30% lower at 300 and 600 MPa compared to control. Moreover, hydraulic resistance of membrane indicate a significant irreversible deposition for milk treated at 600 MPa. Finally, the characterization of the fouling layer confirmed that casein and β-LG proteins represented major fouling species at membrane surface after UF of pressure-treated milks, especially at 600 MPa. Consequently, our results demonstrated that HPP treatment of skim milk had major negative impact on UF performance and modified the composition of membrane fouling layer.

Les concentrés laitiers à haute teneur en protéines (plus de 80% de protéines sur base sèche) sont générés par ultrafiltration (UF) et diafiltration (DF). Des membranes polymériques spiralées en polyéthersulfone de seuil de coupure de 10 kDa sont généralement utilisées en industrie laitière afin de maximiser la rétention des protéines. La baisse des flux de perméation et l’encrassement membranaire sont les principales limites à l’efficience du procédé. Ces inconvénients pourraient être limités par une sélection optimale du seuil de coupure membranaire et de la séquence UF-DF. Ce projet avait pour objectif de caractériser les performances (flux de perméation, résistance hydraulique, composition et consommation en énergie et en eau) de procédés d’UF-DF en fonction du seuil de coupure (10 et 50 kDa) et de la séquence UF-DF (3,5X – 2 diavolumes (DV) et 5X – 0,8DV). Les séquences UF-DF ont été réalisées avec du lait écrémé et pasteurisé au moyen d’un système de filtration pilote opéré à 50°C et à une pression transmembranaire (PTM) constante de 465 kPa. Pour une même séquence UF-DF, il a été démontré que le seuil de coupure n’avait pas d’impact (p>0.05) sur les flux de perméation, qui étaient toutefois significativement plus élevés (p<0.05) à l’étape de DF pour la séquence 3,5X – 2DV. Les données expérimentales de ces essais ont été utilisées dans le cadre d'une simulation pour la production d’un concentré de protéines laitières dans une usine laitière modèle traitant 1500 m3 de lait en 20 heures. Cet exercice a révélé que, malgré la forte baisse du flux de perméation (89% pour la séquence 5X – 0,8DV contre 58% pour la séquence 3,5X – 2DV) survenant lors d'une concentration du lait à haute teneur en solides, limiter l'étape de DF demeurerait bénéfique du point de vue de la consommation en énergie et en eau. Les données générées par ce projet permettront d’outiller les industriels pour leurs choix technologiques quant au niveau de concentration à cibler en lien avec une démarche d’amélioration de l’éco-efficience.
High-milk protein concentrates (over 80% total protein on a dry weight basis) are typically produced by ultrafiltration (UF) with constant-volume diafiltration (DF). Polymeric spiral-wound UF membranes with a molecular weight cut-off (MWCO) of 10 kDa are mostly used at commercial scale in order to maximize protein retention. Flux decline and membrane fouling during UF have been studied extensively and the selection of an optimal UF-DF sequence is expected to have a considerable impact on both the process efficiency and the generated volumes of by-products. The objective of this work was to characterize performances of UF-DF process in terms of permeate flux decline, fouling resistance, energy and water consumption and retentate composition as a function of MWCO (10 and 50 kDa) and UF-DF sequence (3.5X – 2 diavolumes (DV) and 5X – 0.8DV). UF-DF experiments were performed on pasteurized skim milk by means of a pilot-scale filtration system operated at 50°C and under a constant transmembrane pressure (TMP) of 465 kPa. Results showed that MWCO had no impact (p>0.05) on permeate flux for a same UF-DF sequence. However, permeate flux values were significantly higher during DF for the 3.5X – 2DV sequence whatever MWCO (p<0.05). Experimental values were used as part of a simulation for the production of high milk protein concentrates in a model dairy plant processing 1500 m3 of skim milk in 20 hours. This work revealed that despite the severe total flux decline occurring during high solid concentration of milk (89% for the 5X – 0.8DV sequence vs. 58% for the 3.5X – 2DV sequence), reducing the DF step could still be of great interest in terms of energy and water consumption. The results generated by this project will benefit dairy processors producing high-milk protein concentrates with regards with their technological choices in a sustainable development perspective.
Diafiltration

La technique de micro-imagerie par resonance magnetique nucleaire a ete employee dans l'analyse in situ de la formation d'un depot de particules colloidales a la surface de membranes d'ultrafiltration en presence d'un ecoulement tangentiel. Des mesures preliminaires des temps de relaxation ainsi que l'etude de l'augmentation paradoxale du signal rmn due a un ecoulement lent, ont permis de determiner les conditions necessaires pour l'obtention d'images possedant une resolution maximale de 20 micrometres. Ensuite, des experiences ont ete conduites en utilisant deux suspensions modele diluees, l'une composee de particules de bentonite calcique, l'autre de latex de polystyrene. Les visualisations directes et non destructives par rmn ont permis d'observer, dans le cas de la suspension de bentonite, la croissance de depot, sa compressibilite et sa resistance a differentes methodes de nettoyage du module. L'evaluation de la porosite et de la permeabilite des differents depots a permis de montrer que les depots de bentonite etaient inhomogenes, tres poreux et reversibles a la compression. Par contre, les depots formes par le latex etaient incompressibles et faiblement poreux. Il en ressort que la loi de carman-koseny n'est pas valide dans le cas de la bentonite, malgre l'introduction d'un coefficient de non-sphericite de ces particules, par contre qu'elle s'applique aux depots de latex. Nous avons enfin propose une nouvelle modelisation de la phase transitoire de formation d'un depot non compressible

L’hydrolyse enzymatique de la β-lactoglobuline (β-LG) génère un nombre conséquentdepeptides dont certains possèdent desactivités biologiques. Cependant, l’étape d’hydrolyse peut être améliorée en diminuant le temps de réaction tout en générant unrendementpeptidique plus important. Ainsi, plusieurs travauxse sont intéressés à l’utilisation des hautes pressions hydrostatiques (HPH)afin d’engendrer une dénaturation de la β-LG et ainsi accélérer l’étape d’hydrolyse enzymatique et la production de peptides bioactifs. Cependant, les HPHimpactent également surles profils peptidiques par une modification du ratio peptideshydrophiles/hydrophobes. Une telle modification est ainsi susceptible d’avoir une répercussion négative sur les performances de l’ultrafiltration (UF) lors du fractionnement et de la concentration des peptides bioactifs. Par conséquent, ce projetvisaità étudier l’impact d’un prétraitement de la β-LG parlesHPH (400 et 600 MPa, 10 min) sur les performances du procédé d’UFlors de la séparation d’un hydrolysat trypsiquede β-LG. Suite aux étapes d’UF en mode recirculation et concentration, il a été démontré qu’un prétraitement de la β-LG à 400 MPaa permisde générer des hydrolysats dont les abondances peptidiques, y compris celles de certains peptides bioactifs (VAGTWY et ALPMHIR) étaient supérieures comparativement aux autres conditions(0.1 et 600 MPa).Cependant, à 400 MPa, les flux de perméationétaient inférieursde 31%. La désorption peptidique des membranes d’UFa permis d’identifierle peptide antihypertenseur ALPMHIRcomme l’espèce colmatante majeure. Cependant, et spécifiquement à 400 MPa, d’autres peptides chargés négativement ont été caractérisés, notamment VAGTWY (peptide antidiabèteet antioxydant). Par conséquent, bien qu’un prétraitement par les HPH à 400 MPa permette une augmentation des rendements peptidiques, les performances de l’UF sont considérablement réduites.
Enzymatic hydrolysis of β-lactoglobulin (β-LG) generates a large amount of peptide species including some bioactive peptides.However, the stepof protein hydrolysis can be improved by decreasing the digestion time while increasing the peptide yield. Several studies focused on the use of high hydrostatic pressure (HHP) to improve the denaturationof the native β-LG structure and thus to accelerate its enzymatic hydrolysis and yieldof bioactive peptides.Nevertheless, HHP is reported to affect the resulting peptide profiles by modifying hydrophobic/hydrophilic peptides ratiowhich may negatively affect the performance of ultrafiltration (UF) used to fractionate and concentrate bioactive peptides.Therefore, the aim of this project was to evaluate the performances of UF forthe filtration of tryptic hydrolysates generated after pre-pressurization ofβ-LGat 400 and 600 MPafor10min.After hydrolysate fractionation by UF in total recirculation modeand concentration modes, it has been demonstrated that β-LGpre-pressurization at 400 MPainduced the recovery ofhigher peptide relative abundance in the hydrolysates, including several bioactive peptides (VAGTWY and ALPMHIR), compared to other conditions(0.1 and 600 MPa).At the same time, permeate fluxes were 31% lower at 400 MPa. Characterization of peptide desorbedfrom UF membranes has shown that the antihypertensive peptide (ALPMHIR) was identified as the main fouling peptide.However, other negatively charged peptides were specifically identified at 400 MPa, including VAGTWY (an antioxidant and antidiabetic peptide). Consequently, while pre-pressurization of β-LGat400 MPa improved the recoveryof bioactive peptidescompared to other conditions, UF performances were negatively impacteddue to thisHHP pretreatment.

Les difficultés d'accès à l'eau potable, affectent le quotidien de 2 milliards de personnes et constituent une problématique majeure à résoudre. Le sixième objectif de développement durable, mis en place par les Nations Unies, a pour but de promouvoir l'accès universel à l'eau potable en développant les possibilités d'assainissement et de potabilisation de l'eau dans les milieux urbains mais également au niveau des sites isolés. Ces derniers sont caractérisés par l'absence de réseaux énergétiques, la rareté de personnels techniques qualifiés et la difficulté d'acheminer des matières premières. Le développement de procédés décentralisés, durables, autonomes énergétiquement, répond au besoin de traitement de l'eau contre la pollution microbiologique, cause de nombreux décès à travers le monde. Deux procédés, avec le solaire thermique basse température comme source d'énergie, et basés respectivement sur le principe de la pasteurisation et de l'ultrafiltration membranaire de l'eau, sont conçus, expérimentés et modélisés. L'objectif est de démontrer la possibilité d'assurer la désinfection d'eau de surface à l'échelle des petites communautés décentralisées à partir d'une énergie délivrée par des collecteurs thermiques plans standards. Le procédé solaire de pasteurisation développé, permet de traiter, en fonction des conditions d'irradiation, des volumes journaliers compris entre 800 et 1000 L par unité de capteur (2 m2 de surface). La consommation d'énergie solaire spécifique, optimisée grâce à l'utilisation d'un échangeur de chaleur performant positionné sur la boucle ouverte de traitement, varie entre 12 et 15 kWhsol.m-3. Il fonctionne de manière totalement autonome au fil du soleil avec un système de régulation passif. Le procédé d'ultrafiltration repose sur deux innovations : (i) la production de l'énergie mécanique nécessaire au fonctionnement du système membranaire par un cycle thermodynamique de type organique Rankine dont l'entrée de chaleur est fournie par un collecteur solaire ; (ii) l'utilisation de l'énergie mécanique pour le pompage et la pressurisation de l'eau par actionnement d'un vérin double effet. La faisabilité technique du procédé est vérifiée avec une consommation énergétique spécifique fluctuant entre 5 et 10 kWhsol.m-3. Dans les deux cas, une modélisation est réalisée et validée à partir des résultats expérimentaux. Le couplage des deux technologies, permet d'envisager, d'une part la génération du perméat constituant une eau propre à la consommation, et d'autre part de la désinfection du concentrât qui est traitée par la suite par le procédé de pasteurisation. Ce système de désinfection associe performance énergétique et zéro rejet
Difficulties in accessing drinking water affect the daily lives of 2 billion people, and represent a major problem to be solved. The 6th Sustainable Development Goal, set by the United Nations, aims to promote universal access to drinking water by developing sanitation and potabilization facilities in urban areas, and in isolated sites. The latter are characterized by the absence of energy networks, the scarcity of qualified technical personnel and the difficulty of transporting raw materials. The development of decentralized, sustainable, energy-independent processes meets the need to treat water against microbiological pollution, the cause of many deaths worldwide. Two processes, using low-temperature solar thermal energy as an energy source, and based respectively on the principle of water pasteurization and membrane ultrafiltration, are being designed, tested and modelled. The aim of this project is to demonstrate the feasibility of disinfecting surface water on the scale of small decentralized communities, using energy supplied by standard flat-plate thermal collectors. Depending on irradiation conditions, the solar pasteurization process developed can treat daily volumes of between 800 and 1000 L per collector unit (2 m2 surface area). Specific solar energy consumption, optimized through the use of a high-performance heat exchanger positioned on the open treatment loop, varies between 12 and 15 kWhsol.m-3. It operates completely autonomously with the sun, using a passive control system. The ultrafiltration process is based on two innovations: (i) the production of the mechanical energy required to operate the membrane system by an organic Rankine thermodynamic cycle whose heat input is supplied by a solar collector; (ii) the use of mechanical energy to pump and pressurize the water by actuating a double-acting cylinder. The technical feasibility of the process has been verified, with specific energy consumption fluctuating between 5 and 10 kWhsol.m-3. In both cases, modelling is carried out and validated on the basis of experimental results. By coupling the two technologies, it is possible to generate the permeate required for drinking water, and to disinfect the concentrate using the pasteurization process. This disinfection system combines energy efficiency with zero waste