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Thèse Année : 2003

APPROCHE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE LA FILTRATION TANGENTIELLE DE COLLOÏDES : FLUX CRITIQUE ET COLMATAGE

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Résumé

Though the problems raised by membrane fouling are old, prediction of fouling and the adaptation of filtration conditions to reduce fouling remain essential for a better control of the process. Because it represents the flux beyond which irreversible fouling appears on the membrane surface, the critical flux can be a key parameter in this control. In this study, we try to relate the osmotic pressure of a colloidal suspension to the experimental values of critical flux by modelling the process of tangential filtration. A filtration procedure was developed to determine critical flux in a precise and rigorous way. This method allows the reversibility of particle accumulation to be determined continuously by observing flux behaviour when pressure is suddenly reduced. This makes it possible in experiments to discriminate between the part of the flux reduction due to the osmotic pressure and that due to irreversible resistance. Characterization of the suspension at the microscopic level (zeta potential, size, ...) was supplemented by a more original, macroscopic measurement of particulate osmotic pressure by chemical compression. The osmotic pressure of the colloidal dispersion proves to be a parameter relevant to filtration because it is related to the way the particles resist being concentrated. A suitable two-dimensional model that calculates particle concentration profiles in a membrane separation process is used for theoretical confrontation of the experimental measurements of the osmotic pressure with the experimental values of the critical flux. Comparison of the experimental and calculated values of critical flux suggests that heterogeneities in the physical properties of both the membrane and the particles must be taken into account. Integration of the flow pattern into a descriptive model could make it possible to explain the differences between experiment and simulation of the filtration of colloidal suspensions.
Si la problématique posée par le colmatage des membranes est ancienne, prévoir et adapter les conditions de filtration pour réduire le colmatage reste essentiel pour un meilleur contrôle du procédé. Parce qu'il représente le flux au-delà duquel un colmatage irréversible apparaît à la surface de la membrane, le flux critique peut être un paramètre clef pour ce contrôle. Dans le cadre de cette étude,nous avons cherché à relier la pression osmotique d'une suspension colloïdale aux valeurs expérimentales du flux critique par le biais de la modélisation du procédé de filtration tangentielle. Une procédure de filtration a été développée pour déterminer de façon précise et rigoureuse le flux critique. Cette méthode permet une détermination continue de la réversibilité de l'accumulation de matière lors d'une diminution de flux permettant ainsi de dissocier expérimentalement la part de diminution de flux due à la pression osmotique et celle due à la résistance irréversible. La caractérisation de la suspension au niveau microscopique (potentiel zêta, taille, etc.) a été complétée par une mesure macroscopique, plus originale, de la pression osmotique particulaire par compression chimique. La pression osmotique de la dispersion colloïdale se révèle être une caractérisation pertinente par rapport à la filtration car relative à la résistance des particules à la surconcentration. Un modèle bidimensionnel adapté calculant les profils de concentration en particules dans un procédé de séparation par membranes est utilisé pour confronter théoriquement les mesures expérimentales de pression osmotique aux valeurs de flux critique. La comparaison des valeurs expérimentales et modélisées de flux critique suggèrent que des hétérogénéités de propriétés physiques de la membrane et des particules doivent être prises en compte. Intégrées dans un modèle descriptif, les distributions de flux permettent d'expliquer les différences entre expérience et simulation de la filtration d'une suspension colloïdale.
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Dates et versions

tel-00201613 , version 1 (01-01-2008)

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  • HAL Id : tel-00201613 , version 1

Citer

Benjamin Espinasse. APPROCHE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE LA FILTRATION TANGENTIELLE DE COLLOÏDES : FLUX CRITIQUE ET COLMATAGE. Génie des procédés. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00201613⟩
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