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N° d’ordre : 04 / 2006 - M / C-I R RÉ ÉP PU UB BL LI IQ QU UE E A AL LG GÉ ÉR R

N° d’ordre : 04 / 2006 - M / C-I R RÉ ÉP PU UB BL LI IQ QU UE E A AL LG GÉ ÉR RI IE EN NN NE E D DÉ ÉM MO OC CR RA AT TI IQ QU UE E E ET T P PO OP PU UL LA AI IR RE E M Mi in ni is st tè èr re e d de e L L’ ’e en ns se ei ig gn ne em me en nt t s su up pé ér ri ie eu ur r e et t d de e l la a R Re ec ch he er rc ch he e S Sc ci ie en nt ti if fi iq qu ue e U Un ni iv ve er rs si it té é d de es s S Sc ci ie en nc ce es s e et t d de e l la a T Te ec ch hn no ol lo og gi ie e H Ho ou ua ar ri i B Bo ou um me ed di ie en ne e U U. .S S. .T T. .H H. .B B F Fa ac cu ul lt té é d de e G Gé én ni ie e M Mé éc ca an ni iq qu ue e e et t d de e G Gé én ni ie e d de es s P Pr ro oc cé éd dé és s M MÉ ÉM MO OI IR RE E P Pr ré és se en nt té é p po ou ur r l l’ ’o ob bt te en nt ti io on n d du u d di ip pl lô ôm me e d de e M MA AG GI IS ST TE ER R E En n : : G GÉ ÉN NI IE E D DE ES S P PR RO OC CÉ ÉD DÉ ÉS S S Sp pé éc ci ia al li it té é : : P Pr ro oc cé éd dé és s C Ch hi im mi iq qu ue es s e et t E En nv vi ir ro on nn ne em me en nt t par : Melle BEKHTI Saida Thème Soutenu publiquement le 02/07/2006, devant le jury composé de : Mme G. NEZZAL Professeur, USTHB Présidente M. M. BELKACEM Maître de Conférences, USTHB Directeur de thèse M. H. AIT AMAR Professeur, USTHB Examinateur Mme. Z. SADAOUI Maître de Conférences, USTHB Examinatrice M. A. LOUNIS Maître de Conférences, USTHB Examinateur E Et tu ud de e d du u c co ol lm ma at ta ag ge e d d’ ’u un ne e m me em mb br ra an ne e d d’ ’o os sm mo os se e i in nv ve er rs se e Je remercie M. BELKACEM, mon directeur de recherche, Maître de conférence à l’USTHB, pour m’avoir proposé ce thème et pour ces conseils judicieux. En effet, il a su m’accorder sa confiance tout au long de ce travail. Je tiens à remercier vivement Mme G. NEZZAL, Professeur à l’USTHB, pour avoir accueillie dans son laboratoire de Génie des Procédés Industriels et Environnement. Je la remercie également d’avoir accepter de présider le jury. Merci pour vos conseils précieux, l’attention, l’aide et le temps que vous m’avez accordés malgré vos nombreuses occupations Mes remerciements vont également à M. H. AIT AMAR, Professeur à l’USTHB. Ses commentaire précieux, son expérience des procédés de filtration m’auront aidé, tant dans la compréhension que la rédaction de ce travail. J’adresse mes remerciements à M. A. LOUNIS et Mme Z. SADAOUI, Maîtres de conférences à l’USTHB pour avoir accepté d’examiner ce travail. Je tiens aussi à remercier M. C. LOUNES pour m’avoir accueilli au sein du département de traitement des eaux de l’unité ABC Pepsi, pour l’intérêt qu’il a manifesté pour ce travail. Je le remercie pour l’aide constante qu’il na cessé de m’apporter et pour sa disponibilité. Aussi, je tiens à remercier du fond du cœur mes proches qui m’ont beaucoup encouragé à persévérer dans ma démarche en particulier mes parents et mon frère Ali. Merci pour m’avoir soutenu moralement et m’avoir donné de bons conseils pour être plus productive au travail. Merci également d’avoir effectuer la prélecture de mon mémoire. Vos commentaires ont été appréciés. Je tiens à remercier spécialement ma petite sœur Amel, SEMAI, CHIKH, LARFI, ALLOUACHE, BOUBENDIR, KAHLARAS pour les moments agréables que j’ai passé avec eux. i SOMMAIRE NOMENCLATURE INTRODUCTION GENERALE 1 CHAPITRE 1 : LES PROCÉDÉS MEMBRANAIRES 1.1 PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE LA FILTRATION MEMBRANAIRE 3 1.1.1 La microfiltration tangentielle 3 1.1.2 L’ultrafiltration 4 1.1.3 La nanofiltration 5 1.1.4 L’osmose inverse 5 1.2 PRINCIPES DE MISE EN ŒUVRE DES MEMBRANES 5 1.2.1 Selon le mode frontal 5 1.2.2 Selon le mode tangentiel 6 1.3 MÉCANISME DE TRANSPORT LORS D’UN ÉCOULEMENT TANGENTIEL 6 1.4 CONCLUSION 7 CHAPITRE 2 : OSMOSE INVERSE ET MEMBRANES 2.1 OSMOSE INVERSE 8 2.1.1 Principe de l’osmose inverse 8 2.1.2 Expression de la pression osmotique : Loi de Van’t Hoff 9 2.2 LES MEMBRANES D’OSMOSE INVERSE 10 2.2.1 Caractéristiques principales des membranes d’osmose inverse 10 a) Taux de conversion 11 b) Taux de rétention 11 c) Densité spécifique ou densité de flux volumique 11 2.2.2 Classification des membranes d’osmose inverse 11 1) Classification selon la structure 12 a) Les membranes homogènes 12 b) Les membranes asymétriques 12 c) Les membranes composites 12 d) Les membranes fibres creuses 12 2) Classification selon la nature chimique 13 a) Membrane en acétate de cellulose 13 b) Membranes en polyamide 13 2.2.3 Préparation industrielle des membranes 13 2.2.4 Configuration des modules d’osmose inverse 14 2.2.4.1 Les modules plans 14 2.2.4.2 Les modules fibres creuses 14 2.2.4.3 Les modules tubulaires 15 2.2.4.5 Les modules spiralés 15 2.3 MÉCANISME DE TRANSFERT À TRAVERS LES MEMBRANES D’OSMOSE INVERSE 16 2.3.1 Modèle de solubilisation- diffusion 16 2.3.1.1 Flux de solvant et de soluté 16 2.3.2 Modèle de type phénoménologique ou « boîte noire » 17 2.3.3 Modèle de la sorption préférentielle du flux capillaire 18 2.4 PERFORMANCES DES MEMBRANES D’OSMOSE INVERSE 19 2.4.1 Sélectivité 19 ii 2.4.1.1 Sélectivité entre composés ioniques et composés non ioniques 20 a) Matières organiques 20 b) Acides ou bases faibles 21 c) Alcools 21 2.4.1.2 Sélectivité entre différents ions 21 2.4.1.3 Influence de la pression sur La sélectivité 22 2.4.2 Perméabilité 23 2.4.3 Résistance 23 2.5 PHÉNOMÈNES ALTÉRANT L’EFFICACITÉ D’UNE SÉPARATION PAR OSMOSE INVERSE 24 2.5.1 Phénomène de polarisation de concentration 24 2.5.1.1 Modélisation de la polarisation de concentration 25 a) Modèle de film 25 b) Modèle de la pression osmotique 26 2.5.2 Phénomène de colmatage 27 2.6 CONSÉQUENCES DES DEUX PHÉNOMÈNES 27 2.6.1 Diminution du flux de perméat 27 2.6.2 Variation de la sélectivité 27 2.7 CONCLUSION 28 CHAPITRE 3 : LE COLMATAGE DES MEMBRANES 3.1 LE COLMATAGE 29 3.1.1 Définition du colmatage 29 3.1.2 Nature du colmatage 29 3.1.2.1 Le colmatage inorganique (Encrassement) 30 3.1.2.2 Le colmatage particulaire (Colloïdal) 31 3.1.2.3 Le colmatage organique 31 3.1.2.4 Le biocolmatage 32 3.2 MÉCANISME DE COLMATAGE 32 3.2.1 Adsorption 33 3.2.2 Dépôt de matière par convection 33 3.2.3 Colmatage en profondeur par obstruction des pores 33 3.3 MODÈLES DE COLMATAGE 34 3.3.1 Modèle de filtration sur gâteau 34 3.3.2 Modèle des résistances hydrauliques 35 3.3.3 Modèle de diffusion induite par cisaillement (SID) 35 3.3.4 Modèle de Hermia 36 3.3.4 Modèle amélioré de la pression osmotique 36 3.4 ETUDE DU COLMATAGE DES MEMBRANES D’OSMOSE INVERSE 37 3.4.1 Conditions hydrodynamiques 38 3.4.2 Propriétés physiques et chimiques des membranes 40 3.4.3 Composition chimique des eaux d’alimentation des osmoseurs 44 3.5 CONSÉQUENCES DU COLMATAGE SUR LES PERFORMANCES DES MEMBRANES D’OSMOSE INVERSE 46 a) diminution du flux de perméat 46 b) Variation de la sélectivité 46 c) Augmentation de la perte de charge 47 d) Dégradation des membranes 47 3.6 PREVENTION DU COLMATAGE DES MEMBRANES 47 3.6.1 Le prétraitement 48 iii a) L’adoucissement 48 b) Ajout d’acides 48 c) Ajout de séquestrant 48 3.6.2 Importance du prétraitement 50 3.6.3 Evaluation du besoin d’un prétraitement 51 a) Indice de densité de matières en suspension « SDI » 51 b) Indice de colmatage modifié « MFI » 52 c) Indice de colmatage modifié- Ultrafiltration « MFI-UF » 52 3.6.4 Les techniques de contrôle 53 3.6.5 Nettoyage des membranes d’osmose inverse 53 3.7 CARACTÉRISATION DES MEMBRANES ET DES DÉPÔTS 55 3.7.1 Diagnostic intégral (autopsie) d’une membrane colmatée 55 3.8 DURÉE DE VIE DES MEMBRANES 56 3.9 CONCLUSION 56 CHAPITRE 4 : MATÉRIEL ET MÉTHODES 4.1 Description de l’installation de traitement des eaux de l’unité ABC Pepsi (Rouiba) 58 4.1.1 Le prétraitement 58 a) La chloration 58 b) La filtration 58 4.1.2 Traitement par Osmose inverse 58 4.1.3 Le post-traitement 61 4.2 Traitement par osmose inverse 61 4.2.1 Les montages des modules d’osmose inverse 61 4.2.1.1 Montage sans recirculation du concentrât 61 4.2.1.2 Montage avec recirculation partielle du concentrât 61 4.2.1.3 Régulation automatique des uploads/Litterature/ la-these 1 .pdf