Partie II :
Etude Expérimentale
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Mastère SAE 2010/2011
I. Présentation de l'installation pilote
d'osmose inverse et caractérisation de la
membrane d'OI
Le stage de ce mastère s'intègre dans le cadre d'un
projet de coopération sur le dessalement
par osmose inverse entre l'ENIT et la faculté de physique
de l'université Complutense de Madrid. Au cours de ce stage, des essais
ont été menés sur une installation pilote d'osmose inverse
(fig19)
4 5
V3
C
3
6
P
V2
1
V1
2
Fig. 19 : Installation pilote d'osmose inverse
(modifiée d'après Khayet et al., 2010)
L'installation se compose essentiellement de :
Un récipient d'alimentation de volume 4 L
(1)
Une pompe de circulation (LPP, SHURFLO 8000-151-196, P
<3×105 Pa) : dont le but est d'alimenter le système en eau
salée (2) ;
Un système de prétraitement : constitué
d'un filtre cartouche (3) dont le but est d'enlever les MES
non solubles et de protéger donc la membrane
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Une pompe haute pression (HPP,GEMOTOR& Industrial System,
5KH36MNA785X, P <25×105 Pa) dont le but est de fournir la pression
transmembranaire ou d'attaque demandée (4).
Le module d'osmose inverse (S2521, Osmonics) : module
spiralé composé d'une membrane Thin Film Composite (TFC) en
polyamide et d'une surface effective de 1.2 m2
(5)
Divers types de vannes (V), pressostat
(P), sondes de températures (T) et
conductimètres (C).
1. Principe de fonctionnement
L'eau d'alimentation contenue dans le récipient est
refoulée, grâce à une pompe de gavage, vers un filtre
cartouche (3) puis vers la pompe haute pression (HP) dont le
but est de fournir la pression transmembranaire nécessaire. Une vanne
(V2) située en amont de la pompe HP sert à réguler le
débit d'alimentation mesuré par un débitmètre
(6). Une autre vanne (V3) sert à contrôler la
pression d'attaque fournie par la pompe HP. L'eau d'alimentation, en traversant
la membrane, est divisée en deux flux : perméat et
retentât. Deux débitmètres sont situés à la
sortie de chaque flux. Les deux flux retournent au récipient
d'alimentation pour maintenir constante la concentration de la solution
d'alimentation tout le long de l'expérience.
2. Détermination de la perméabilité au
solvant de la membrane.
La membrane d'osmose inverse a été
caractérisée en déterminant sa perméabilité
au solvant. Pour ce faire, une série de quatre expériences a
été conduite de la manière présentée par le
tableau ci-dessous (tableau 1)
Tableau1 : conditions opératoires pour la
détermination de la perméabilité A de la
membrane
|
Expérience
|
Concentration (g/L)
|
Débit d'alimentation Qa
(l/h)
|
Pression d`attaque P (bar)
|
|
1
|
0
|
150
|
8
|
|
2
|
0
|
150
|
10
|
|
3
|
0
|
150
|
12
|
|
4
|
0
|
150
|
14
|
Mastère SAE 2010/2011
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Dans toutes les expériences, on a travaillé donc
avec de l'eau distillée pour éliminer le terme de pression
osmotique Air dans l'expression de la densité de flux de perméat
Jp. En négligeant la pression du perméat, cette
densité de flux de perméat peut s'écrire alors :
Jp= A Ptm avec :
A : la perméabilité de la membrane
au solvant (m/s.Pa) déterminée à une température T
= 35°C
Ptm : Pression transmembranaire (105
Pa)
Jp : densité de flux de perméat
calculée (m/s) de la manière suivante : Jp
=
Avec :
Vp : volume de l'échantillon
de perméat
t : durée de la prise de
l'échantillon (10 ou 5 s) S : surface effective de la
membrane.
Souvent la perméabilité de la membrane est
donnée à 20°C (A20). Il existe, en effet, une relation entre
AT et A20 (Maurel, 2005)
La perméabilité de la membrane d'osmose inverse
au solvant a été déterminée à la
température de 35 °C. Les valeurs des densités des flux de
perméat Jp qui ont servi pour la détermination de cette
perméabilité sont données par le tableau suivant (tableau
2) :
Tableau 2: Valeurs des densités de flux de
perméat Jp à 35°C.
|
Pression (105 Pa)
|
Vp (ml)
|
t (s)
|
T (°C)
|
Jp (L/h.m2)
|
J (m/s)
|
|
8
|
67
|
10
|
35
|
20,1
|
5,58E-06
|
|
10
|
87
|
10
|
35
|
26,1
|
7,25E-06
|
|
12
|
56
|
5
|
35
|
33,6
|
9,33E-06
|
|
14
|
65
|
5
|
35
|
39
|
1,08E-05
|
A partir de ces valeurs nous avons pu représenter une
régression linéaire simple liant Jp à la pression
transmembranaire Ptm. Le coefficient directeur de cette droite de
régression est la
Mastère SAE 2010/2011
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valeur de la perméabilité au solvant « A
» de la membrane à T= 35°C. Elle prend la valeur de
8*10-12 m/(s.Pa).
0,00E-i-00 5,00E-i-05 1,00E-i-06 1,50E-i-06
Ptm (Pa)
J (m/s)
0,00E-i-00
4,00E-06
8,00E-06
6,00E-06
2,00E-06
1,20E-05
1,00E-05
Fig. 20 : Evolution de Jp en fonction de la Ptm
à T=35°C
| 
