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Fig.7 Evolution du flux en fonction du facteur de concentration volumique (FCV): Disque à ailettes s=6mm, Membrane PALL 0,2µm, N=2000 tr/min, Qi=60Lh-1, T=25°C, C0=11,8 g.L-1 |
La figure 7 présente quelques résultats relatifs aux essais de microfiltration d’une solution d’hydroxyde ferrique et de carbonate de calcium, sur le module à disque rotatif. Le but de ces essais est d’étudier la faisabilité de concentration par microfiltration de ce simulant d'effluent et de tester l'aptitude de ce module à pouvoir concentrer ce type de suspension à forte viscosité et forte teneur en matières sèches. Nous avons constaté au-delà d'un facteur de concentration de 7, un changement dans les propriétés rhéologiques de la suspension, c’est à dire une augmentation de la viscosité, du seuil de coulabilité, ce qui nous a contraint à arrêter la filtration. cependant nous avons pu réduire au maximum et cela dans un minimum de temps le volume de la suspension de départ alors que le facteur de réduction volumique qui nous était demandé n’était que de 2. |
Les moûts utilisés pour les tests de filtration sont des moûts de fermentation obtenus dans un fermenteur d'une capacité de 5L à partir d'une souche bactérienne de rhizobium meliloti. Cette souche a la particularité d'excréter dans un milieu de culture bien spécifique des exopolysaccharides (EPS). Le but de ces essais est donc d'extraire ces EPS des moûts avec des taux de transmission et des flux de perméat très raisonnables, à l'aide du module de filtration à disque rotatif.
Fig.8 Evolution du flux en fonction du facteur de concentration volumique: T=30ºC, Membrane PALL 0,2µm, N=2000 tr/min, Qi =30Lh-1 , T=30°C, C0 (MS)≈ 1,8 g.L-1 , C0 (EPS)=2,1 g.L-1 . |
Fig.9 Evolution du flux en fonction de la contrainte moyenne de cisaillement: Membrane PALL 0,2µm, Qi =30Lh-1 , C0 (MS)≈ 1,1 à 1,8 g.L-1 , C0 (EPS)= 1,98 à 2,5 g.L-1 . |
La figure 8 présente un aperçu des résultats obtenus lors de la concentration d'un mout de fermentation. Il s'agit d'un essai comparatif entre le disque lisse et le disque avec des ailettes de 6 mm de hauteur. Avec un disque à ailettes, les flux restent pratiquement constants lorsque le FCV augmente, ce qui n'est pas le cas du disque lisse. Pour augmenter de manière très notable les flux de perméat, l'augmentation de la contrainte moyenne de cisaillement à la surface de la membrane est sans doute adéquate comme le témoigne la figure 9.
Les effluents utilises pour ces essais sont des effluents issus du traitement de papier. Ces effluents subissent d'abord une filtration sur des tamis en propylène de 0.2mm de mailles pour les débarrasser des grosses particules de papier afin d'éviter un colmatage de la tuyauterie. La turbidité initiale de l'effluent utili sé pour cet essai est de 58 NTU. La figure 10 montre comment évolue le flux au cours du temps pour un disque lisse et un disque à ailettes de 6 mm de hauteur tournant à 2000 tr/min. Dans le cas du disque lisse le flux très élevé au départ, chute très rapidement et se stabilise aussitôt. Le gain obtenu en utilisant un disque avec des ailettes de 6 mm de hauteur est de 66% sur le flux stabilisé. |
Fig.10 Evolution du flux au cours du temps: Membrane PALL 0,2µm, Pc=1,6 bars, Qi =56,4 Lh-1 . |
Fig.11 Evolution de l'énergie spécifique en fonction du nombre de Reynolds: Membrane PALL 0,2µm, T=25°C, C=3 g.L-1, , Q i =30Lh-1 . |
Un aspect de ce module qu'on ne saurait passer sous silence et qui reste très important est l'aspect énergétique. En effet il est tout à fait légitime de s'assurer que l'augmentation du flux due à l'utilisation de disques à ailettes ne se fait pas au détriment d'une consommation importante d'énergie. La puissance nette PN a été mesurée à l'aide d'un wattmètre et correspond à la différence entre la puissance électrique consommée par le module en présence de fluide et la puissance à vide. |
La figure 11 présente l'évolution de cette puissance nette rapportée au débit de perméat produit en fonction du nombre de Reynolds, pour une suspension de levure. Cette énergie spécifique augmente avec le nombre de Reynolds mais reste plus faible pour le disque à ailettes de 6 mm et plus élevée pour le disque lisse pour un Re donné.
Il existe une multitude de systèmes de filtration tangentielle. Les systèmes de ce type les plus couramment utilisés sont: les modules à fibres creuses, les modules spiralés, les modules tubulaires et les modules plans. Les inconvénients de la filtration tangentielle classique résident dans les inconvénients de chacun de ces modules:
Les modules spirales ne supportent pas l'utilisation de fluide très visqueux
Les modules tubulaires nécessitent des vitesses de recirculation très élevées
Les modules à fibres creuses ne sont pas recommandés pour des solutions contenant des particules en suspensions
Les avantages du module de filtration à disque rotatif sont très bien connus:
le taux de cisaillement à surface de la membrane et le débit d'alimentation sont indépendants,
les taux de cisaillements pouvant atteindre 105s-1 sont parfaitement contrôlables,
pas de formation de couche limite de concentration
flux de filtrat nettement supérieures à la filtration tangentielle classique
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