2.1.2. Schéma général
Les principaux constituants d'une installation d'osmose inverse
sont :
Fig. 14: Système d'osmose inverse (Williams,
2004)
Au cours du procédé, sous l'action de la
pression transmembranaire, la solution à traiter de concentration CA et
de volume VA, se sépare en deux flux au niveau de la membrane de surface
S: l'un, de concentration CP, de débit QP, de volume VP et de pression
relative PP, passe à travers celle-ci et constitue le perméat.
L'autre, de concentration CR (Cc), de débit QR
(Qc), de volume VR (Vc) et de pression relative PR
(Pc) est retenu et devient le retentât (concentrât).
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2.1.3. Performances du procédé d'OI :
caractéristiques principales
Les performances du procédé sont
évaluées par plusieurs paramètres (Aimar et al.,
2010)
Densité de flux volumique
La densité de flux de perméat ou densité de
flux volumique : Jp (ms-1 ou plus communément L
h-1 m-2) permet de connaitre la productivité de
perméat par rapport à la surface membranaire installée
:
Jp = . La densité de flux en cours d'opération est
la plupart du temps bien inférieure à celle que
l'on peut
mesurer avec du solvant pur, ou calculée par le biais de la
perméabilité.
Taux de rétention ou de rejet :
Le taux de rejet, taux de rétention ou facteur de
séparation de la membrane est défini comme
le pourcentage de soluté qui ne traverse pas la membrane
TR= 1- . Ce paramètre permet de
caractériser la
sélectivité de la membrane. En osmose inverse, le soluté
de référence est souvent le chlorure de sodium (NaCl)
Cp
Ca
Passage de sel :
.
Ca
C'est pourcentage de soluté qui passe à travers la
membrane : PS=
Cp
Taux de conversion Y :
La taux ou facteur de conversion est le rapport du
débit de perméat au débit d'alimentation Y= .Le taux de
conversion est très variable en fonction de la qualité
désirée, de la
qualité de la ressource disponible, et
en particulier du risque lié à la précipitation des
sels
minéraux en surface de membrane.
Qp
Qa
Le débit de perméat, Qp, est fonction de :
I la pression osmotique
I type de membrane utilisé et
son épaisseur de la pression de fonctionnement I
nombre de modules utilisés dans l'osmoseur
I la température de la
solution
I l'état de la membrane :
elle est sensible aux colloïdes, aux précipitations de sels
minéraux, à la prolifération bactérienne
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Mastère SAE 2010/2011
Va
Vr
On définit aussi le facteur de réduction volumique
FRV par le rapport
2.1.4. Caractéristiques des membranes d'OI
Les membranes d'osmose inverse sont des membranes
artificielles poreuses, généralement organiques, de type
anisotrope/asymétrique (plusieurs couches de même nature et
d'épaisseurs différentes) ou composite (plusieurs
matériaux différents). Généralement, ces membranes
sont constituées d'une couche mince, ou couche active, ou encore peau,
de faible épaisseur, comprise entre 0,1 et 1,5 ìm comportant des
micropores : c'est la partie sélective de la membrane (fig 15). Cette
couche active est supportée par une ou plusieurs couches, à la
fois plus poreuses et mécaniquement plus résistantes (Audinos,
2000 ; Descalaux et Rémigy, 2007).
(a) (b)
Fig.15: Structure de deux membranes : anisotrope (a) et
composite (b) (Descalaux et Rémigy,
2007).
Du fait de leur nature organique, les membranes doivent
être utilisées dans des conditions assez restreintes (pH entre 2
et 11, température maximale de 50 0C). Le chlore provoque une
augmentation du flux et une diminution de la rétention en sels.
Pratiquement, les membranes sont assemblées sous forme
de modules regroupant généralement plusieurs membranes. En osmose
inverse, les modules spiralés sont majoritairement employés ainsi
que les fibres creuses.
Les modules spiralés (fig 16) sont constitués de
plusieurs assemblages élémentaires enroulés en spirale.
Les assemblages élémentaires comprennent un espaceur
d'alimentation, une membrane, un espaceur de perméat et une
deuxième membrane. L'étanchéité entre les
différents compartiments est assurée par collage. Le
perméat s'écoule selon un chemin spiralé
Mastère SAE 2010/2011
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vers le tube central tandis que le retentât circule le
long de l'axe dans les canaux formés par les feuillets de membranes. Ces
modules sont de différents diamètres et longueurs, valeurs
exprimées en pouces. Le diamètre est de 2.5, 4 ou 8 pouces et la
longueur de 14 ou 40 pouces en général. La taille du module est
alors exprimée de la manière suivante : le diamètre est
multiplié par 10 et les 4 chiffres obtenus sont mis côte à
côte en commençant par le diamètre. Par exemple, un module
de diamètre 8» et de longueur 40» s'écrira 8040.
Fig. 16 : Module spiralé (Danis,
2003)
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