Microfiltration (MF)
La précision de filtration se situe entre 0,1 et 50 microns. La microfiltration utilise différents éléments filtrants : polypropylène (PP), charbon actif, céramique, etc. Elle élimine les éléments dangereux présents dans l’eau, comme les micro-organismes. L’élément filtrant est généralement non lavable et doit être remplacé régulièrement.
① Noyau en coton PP : généralement utilisé uniquement pour la filtration grossière avec de faibles exigences d'élimination des grosses particules telles que les sédiments et la rouille dans l'eau.
② Charbon actif : Il peut éliminer les différentes couleurs et odeurs de l'eau, mais il ne peut pas éliminer les bactéries présentes dans l'eau, et son effet d'élimination des sédiments et de la rouille est également très faible.
③ Élément filtrant en céramique : La précision de filtration est de seulement 0,1 micron et le débit est généralement faible, ce qui le rend difficile à nettoyer.
Membrane d'ultrafiltration (UF)
Une membrane filtrante microporeuse possède une porosité nominale comprise entre 0,001 et 0,02 micron et répond à des normes de porosité constantes. L'ultrafiltration est un procédé de filtration membranaire qui utilise une membrane d'ultrafiltration, la différence de pression étant la force motrice. La plupart des membranes d'ultrafiltration sont constituées de fibres d'acétate ou de matériaux polymères aux caractéristiques comparables. Ce procédé est adapté à la séparation et à la concentration de solutés dans les solutions à traiter. Il est également fréquemment utilisé pour la séparation de suspensions colloïdales difficiles à séparer par d'autres techniques, et ses domaines d'application ne cessent de s'étendre.
L'ultrafiltration membranaire basée sur la différence de pression se divise en trois catégories : l'ultrafiltration, la filtration sur membrane microporeuse et l'osmose inverse. Elles se distinguent par la taille des particules ou le poids moléculaire que la membrane peut retenir. Si l'on utilise la porosité nominale comme critère de distinction, les membranes microporeuses (MF) présentent une porosité nominale de 0,02 à 10 µm, les membranes d'ultrafiltration (UF) de 0,001 à 0,02 µm et les membranes d'osmose inverse (OI) de 0,0001 à 0,001 µm. La porosité peut être contrôlée par différents facteurs, comme la porosité variable des membranes d'ultrafiltration. La distribution des pores peut également être déterminée en fonction du type et de la concentration de la solution, ainsi que des conditions d'évaporation et de coagulation lors de la fabrication de la membrane.
Carte physique de l'ultrafiltration
Les membranes d'ultrafiltration sont généralement des membranes de séparation polymères, principalement composées de dérivés de cellulose, de polysulfone, de polyacrylonitrile, de polyamide et de polycarbonate. Largement utilisées dans les industries pharmaceutique, agroalimentaire et environnementale, elles peuvent se présenter sous forme de membranes plates, en rouleaux, tubulaires ou à fibres creuses.
La membrane d'ultrafiltration fut l'une des premières membranes de séparation polymères inventées, et les appareils d'ultrafiltration furent fabriqués dans les années 1960. Largement utilisées dans l'industrie, les membranes d'ultrafiltration constituent une nouvelle opération unitaire en chimie. Elles servent à la séparation, la concentration et la purification de produits biologiques, de produits pharmaceutiques et de produits alimentaires, ainsi qu'aux traitements terminaux du sang, des eaux usées et à la production d'eau ultrapure.
La précision de filtration de la nanofiltration (NF) se situe entre celle de l'ultrafiltration et celle de l'osmose inverse, et son taux de dessalement est inférieur à celui de l'osmose inverse. Sur le marché, on entend souvent dire que la nanofiltration est une osmose inverse de moindre qualité. En réalité, il s'agit d'une idée reçue trompeuse.
Carte physique de la nanofiltration
Dans le concept de séparation proprement dit, la nanofiltration utilise une membrane filtrante qui exploite l'effet Daunan et présente une sélectivité ionique. Cette membrane a une perméabilité au chlorure de sodium proportionnelle à sa concentration et supérieure à 0,4. Ses principales applications sont le dessalement et la concentration de divers liquides d'entrée. Un taux de rejet de 0 % pour le NaCl a été observé avec des membranes de nanofiltration à une concentration de 30 000 ppm de NaCl en présence d'autres ions.
L'osmose inverse (OI) est une méthode de séparation membranaire ultra-précise, d'une finesse de filtration de l'ordre du 0,0001 micron, développée aux États-Unis au début des années 1960. Elle utilise la pression différentielle pour filtrer la quasi-totalité des contaminants (nocifs et bénéfiques) présents dans l'eau, ne laissant que des molécules d'eau. Elle est principalement employée pour la production d'eau pure, d'eau ultrapure industrielle et d'eau ultrapure médicale. La technologie d'osmose inverse nécessite une pressurisation et de l'énergie.
RO est l'abréviation de Reverse Osmosis (membrane d'osmose inverse). La taille des pores d'une membrane d'osmose inverse étant de cinq millionièmes de cheveu (0,0001 micron), elle est généralement invisible à l'œil nu. Les bactéries et les virus la traversent. Par conséquent, seules les molécules d'eau et certains ions minéraux bénéfiques à l'organisme peuvent la traverser, tandis que les autres impuretés et les métaux lourds sont rejetés dans les canalisations d'eaux usées.
Le principe de l'osmose inverse :
Avant toute chose, il est essentiel de comprendre le concept d'osmose. L'osmose est un processus physique. Lorsque deux eaux de concentrations salines différentes sont séparées, par exemple par une barrière semi-perméable, l'eau la moins salée traverse la membrane. Celle-ci pénètre dans l'eau la plus salée, mais le sel ne la traverse pas, ce qui entraîne une égalisation progressive des concentrations salines de part et d'autre. Ce processus, également appelé pression osmotique, est cependant très lent.
Carte physique de l'osmose inverse
Cependant, si l'on exerce une pression sur une eau fortement salée, cela peut limiter la pénétration mentionnée précédemment. Cette pression est appelée pression osmotique. Si la pression est augmentée, l'infiltration peut s'inverser et le sel restera piégé. Par conséquent, le principe du dessalement par osmose inverse consiste à appliquer une pression supérieure à la pression osmotique naturelle de l'eau salée (comme l'eau brute), afin que l'osmose se produise dans le sens inverse. Les molécules d'eau de l'eau brute sont ainsi poussées de l'autre côté de la membrane, ce qui permet d'obtenir de l'eau propre et d'éliminer les impuretés et les sels de l'eau.
L'origine de l'osmose inverse (OI) :
En 1950, un scientifique américain découvrit par hasard que les goélands aspiraient une grande quantité d'eau de mer à la surface de l'eau lorsqu'ils volaient en mer. Ils régurgitaient une petite quantité d'eau quelques secondes plus tard, ce qui souleva des interrogations, car les animaux terrestres respirent par leurs poumons. L'eau très salée ne peut être ingérée. Après dissection, on découvrit que le corps du goéland est recouvert d'une fine membrane. Cette membrane est très précise. Le goéland inhale l'eau salée, qui est ensuite comprimée, et les molécules d'eau la traversent sous l'effet de la pression.
L'eau est transformée en eau douce, et les contaminants ainsi que la forte concentration de sel présents dans l'eau de mer sont rejetés par la bouche. C'est le principe théorique fondamental du procédé d'osmose inverse, appliqué pour la première fois aux équipements de dessalement en 1953 par l'Université de Floride. Le Dr S. Sidney Lode, professeur à la faculté de médecine de l'Université UCLA, a collaboré avec le Dr S. Soirirajan pour lancer des recherches sur les membranes d'osmose inverse en 2009, avec le soutien d'un projet du gouvernement fédéral américain, et a investi environ 400 millions de dollars par an dans la recherche afin d'appliquer cette technologie aux astronautes.
Date de publication : 31 mars 2022