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1 L’ultrafiltration I. Introduction : Les méthodes de filtration sont utilisées

1 L’ultrafiltration I. Introduction : Les méthodes de filtration sont utilisées pour séparer les constituants d'une solution en opérant une ségrégation par la taille. Les procédés à membranes constituent un groupe de techniques en pleine évolution. Depuis plusieurs années, ces techniques sont utilisées comme méthodes de purification dans les laboratoires biologiques et pharmaceutiques et sont depuis peu appliquées industriellement dans le domaine de la récupération d'ions métalliques. La filtration membranaire est de plus en plus utilisée comme procédé de séparation dans de nombreux domaines notamment dans le cycle de l’eau (potabilisation de l’eau, traitement des effluents, réutilisation de l’eau, adoucissement, dessalement …). La filtration membranaire est basée sur l’application d’une différence de pression qui permet le transfert du solvant à travers une membrane dont la taille des pores assure la rétention de solutés. II. Les techniques membranaires : Actuellement, il y a quatre principaux procédés membranaires qui sont utilisés pour produire de l’eau potable : MF, UF, NF et OI. Ces procédés sont tous des procédés où la force motrice de transport à travers la membrane est un gradient de pression. Comme cela est expliqué ci-dessous, les membranes de MF, de UF, de NF et d’OI diffèrent par leur structure poreuse et donc par la taille des particules et des molécules qui peuvent être retenues.  La microfiltration pour laquelle la taille des pores est de l’ordre du micromètre se situant généralement entre 0,1 à 10 µm.  L’ultrafiltration se situe entre la microfiltration et la nano filtration, avec une taille de pores variant de 1 à 100 nm (0,001 à 0,1 µm)  La nano filtration où la taille de pores est de l’ordre du nanomètre (0,001 µm). 2  L’osmose inverse est un procédé de purification de l’eau. Cette technique permet de dessaler l’eau de mer. Le tableau ci-dessous présente les différents degrés de filtration possibles avec cette technologie, ainsi que l’efficacité de l’ultrafiltration. Tableau1: Types de filtration. III. L’ultrafiltration : 1. Définition : L'ultrafiltration est devenue une technique très en vogue ces dernières années du fait de la mise au point de membranes performantes et résistantes du point vue chimique, thermique et mécanique. 3 Figure 1 : ultrafiltration  L’ultrafiltration pour la production d’eau potable : L’ultrafiltration est un procédé membranaire, qui laisse passer les petites molécules (eau, sels) et arrête les polymères, les protéines et les colloïdes (figure2). Figure2: Ultrafiltration 4 2. Historique : Le principe de la filtration membranaire a été développé dans les années 70 pour le traitement de liquides, notamment dans l'industrie laitière. Il a ensuite été utilisé pour la production d'eau potable à grande échelle. Propre, performante et économique, l'ultrafiltration membranaire remplace souvent des techniques de traitement plus conventionnelles, du fait de sa capacité à éliminer les agents pathogènes et de sa compacité (elle peut remplacer avantageusement un système de coagulation, floculation avec filtre à sable). De plus, elle permet de valoriser les concentras dans l'industrie (récupération de colorants …). 3. Généralités : L’ultrafiltration est une alternative à la filtration conventionnelle pour la clarification des eaux, avec une amélioration sensible de l’efficacité de traitement (abattement de la turbidité à 0,1 NTU) qui est obtenue quelle que soit la qualité de l’eau brute traitée et sans ajout de produit chimique. L’ultrafiltration remplace aussi la microfiltration du fait de sa capacité à éliminer non seulement les petites particules mais aussi les pathogènes en incluant les micro-organismes, les virus, les pyrogènes et quelques espèces organiques dissoutes. 4. L’ultrafiltration pour tous types d’eau : L’ultrafiltration permet de traiter :  Eaux douces : eau de source, souterraine, eau de barrage, de lac naturel, eau de rivière.  Eau salée : eau saumâtre, eau de mer.  Eaux usées : domestiques, industrielles, urbaines / brutes ou prétraitées (filtration tertiaire).  Les effluents concentrés : produits laitiers, effluents textiles. 5 5. Objectifs de l’ultrafiltration : L'ultrafiltration permet d'atteindre trois objectifs:  L’ultrafiltration pour clarifier : L’ultrafiltration assure l’élimination des matières en suspension ; particules minérales, particules vivantes, turbidité, les colloïdes.  L’ultrafiltration pour désinfecter : La Microfiltration élimine tous les micro-organismes (bactéries, algues …) et les gros pathogènes comme les Cryptosporidium et Giardia. L’ultrafiltration élimine en plus les virus. La clarification et la désinfection sont assurées souvent en une seule étape.  L’ultrafiltration pour concentrer : L’ultrafiltration peut aussi être utilisée pour concentrer des matières en suspension et/ou des microorganismes pour réduire le coût de l’étape de déshydratation. Tableau 2 : Objectif du techniques séparatives à membranes. 6 6. Principe : L’ultrafiltration est un traitement purement physique qui ne génère aucun sous-produit et peut traiter n’importe quelle qualité d’eau avec la même action désinfectante. L'ultrafiltration est un procédé basse pression, où la force motrice est la pression du liquide à traiter. Pré-filtré, le liquide brut est envoyé vers un module d'ultrafiltration constitué de membranes semi-perméables. Toutes les particules (parasites, bactéries, virus, germes, matières en suspension, macromolécules) de taille supérieure au seuil de coupure sont retenues à la surface des membranes (figure3), et régulièrement éliminées par rétro-lavage. (Figure3): Les particules retenues à la surface des membranes UF Figure3: Les particules retenues à la surface des membranes UF. 7 7. Comparaison entre l'osmose inverse et l'ultrafiltration : Le principe de l’ultrafiltration ne diffère pas fondamentalement des autres technologies comme l’osmose inverse. La différence la plus importante est la taille des particules qui sont retenues par la membrane, et les conditions de travail. L’osmose inverse concerne les constituants les plus petits tels que des ions (figure 4). Figure4: Comparaison entre l'osmose inverse et l’ultrafiltration. 8 8. Le bon fonctionnement d’une installation UF : Une installation d’ultrafiltration met en œuvre un ensemble de membranes organisées en modules ; celles-ci sont assemblées en étages; l’ensemble de ces étages constitue l’architecture de l’installation (figure 5). Figure 5: Une installation d’ultrafiltration. Le bon fonctionnement d’une installation UF est en relation avec les caractéristiques du fluide à traiter (température, concentration), du débit et des techniques de nettoyage. Ce dernier point est évidement important, en effet le colmatage tend à réduire le flux de filtrat quelle que soit la constitution de la membrane et son utilisation. 9. Les applications de l’ultrafiltration : De nombreuses industries utilisent cette technologie comme : 9  L’industrie laitière (lait, fromage).  L'industrie du textile (récupération de peinture, teinture).  L'industrie alimentaire (protéines). Exemples d’application :  Production d’eau potable.  Pré traitement avant déminéralisation ou dessalement  Traitement des eaux de piscines, des eaux de lavage.  Désinfection des eaux.  Traitement des eaux d’hôpitaux, des eaux domestiques. IV. Conclusion : L’ultrafiltration est donc un procédé connu et étudié depuis plusieurs années et qui connait de plus en plus d’application industrielles. Cette technique est appelée à connaitre un développement important lié aux exigences croissantes de qualité ; en particulier, dans le traitement des eaux. L’ultrafiltration est un procédé de séparation, performant, sur, facile à conduire mais pas simple à mettre au point et à dimensionner .la cause de ces difficultés est le colmatage qui rend le procédé très sensible à la qualité des prétraitements.il reste difficile à éviter ou à limiter. 10 V. Bibliographie :  Mémoire Sefraoui Malika : ETUDE COMPARATIVE SUR LE PRETRAITEMENTDES EAUX DE MER PAR ULTRAFILTARTION ETCOAGULATION FLOCULATION.  L’ultrafiltration technologies propres et sobres, (1995), http://www.technologies-propres.com/pdf/ultrafiltration.pdf uploads/Industriel/ ultrafiltration.pdf