Présentation de la manipulation de mai 2006: concentration par nanofiltration et osmose inverse

Présentation des procédés baromembranaires Type Osmose inverse Nanofiltration Ultrafiltration Microfiltration Seuil de coupure < 200 Da 300-1000 Da 1 – 300 kDa - - - Pression (bars) 30 – 100 10 - 50 3 - 10 0,1 - 3  La pression requise pour la séparation membranaire est d’autant plus grande que les molécules à retenir sont petites.

Pilote de nanofiltration / osmose inverse

Résultats précédemment obtenus: nanofiltration Membrane Osmonics DL-2540, seuil de coupure 150 à 300 Da Mars 2005: 90L d’eau de mer ramenés à 7L en 2h Salinité contrôlée par ajout d’eau osmosée (diafiltration) 75% de la matière organique perdue au cours de la nanofiltration, principalement par adsorption sur la membrane (teneur en COD faible dans le perméat) Perte sélective des petites molécules Echantillon plus fortement modifié lors de la concentration (diminution de volume dans la cuve) que lors de la diafiltration

Résultats précédemment obtenus: osmose inverse Membranes Filmtec; seuil de coupure < 100 Da Augmentation très rapide de la salinité du rétentat: les sels sont concentrés en même temps que la matière organique. Refroidissement inefficace du système: la température monte très rapidement jusqu’à 50°C. Pertes de MOD minimes par comparaison avec la nanofiltration.

Présentation de la manipulation de mai 2006 Concentration par nanofiltration et osmose inverse: Nanofiltration pour filtrer rapidement un large volume d’eau de mer et maintenir la salinité du rétentat relativement basse (diafiltration) Osmose inverse pour éviter des pertes et une modification de la MOD lors la concentration finale (diminution du volume de rétentat)

Prélèvement mai 2006 1000L d’eau de mer prélevés dans la baie de Balaguier (Toulon) le 3 mai 2006. Environ 600L filtrés sur place.

Manipulation mai 2006 350L filtrés à Bordeaux. 940L effectivement concentrés et ramenés à 10,5L par nanofiltration / osmose inverse (OI). Durant la nanofiltration et l’osmose inverse, prélèvements réguliers de perméat et de rétentat. Mesures effectuées sur ces aliquots: - teneur en COD - fluorescence 3D

Spectre de fluorescence 3D de l’échantillon initial Longueur d’onde d’émission (nm) Excitation (nm) Intensité ’   β Bandes de fluorescence: : substances humiques ’: substances humiques + matière organique plus récente β: matière organique d’origine biologique : protéines + activité bactérienne

Récapitulatif de la manipulation Eau de mer - 940 L Nanofiltration Seuil de coupure 150-300 Da Perméat de nanofiltration 200 L conservés pour être concentrés par osmose inverse Rétentat de nanofiltration - 32 L Osmose inverse Membrane SW30-2540 de seuil de coupure < 100 Da Perméat d’osmose inverse Rétentat d’osmose inverse 10,5 L

Nanofiltration – étape 1 Etape 1: concentration des 940 L d’échantillon Etape 2: diafiltration pour diminuer la salinité du rétentat. A la fin de ces 2 étapes: 32 L de rétentat / salinité 10,2.

Nanofiltration – étape 2 COD échantillon initial: 1,1 mg/L COD rétentat nanofiltration: 10,8mg/L Facteur de concentration (COD) après nanofiltration: 9,8.

Suivi de la nanofiltration par fluorescence Intensités de fluorescence maximales déterminées à λexc=260, 280, 310 et 350nm pour le perméat et le rétentat de nanofiltration.

Bilan de la nanofiltration 940L ramenés à 32L -> facteur de concentration attendu: 29,3. Facteur de concentration calculé à partir des valeurs COD: 9,8. Facteur de concentration calculé à partir des intensités de fluorescence: environ 6. Pertes en matière organique au cours de la nanofiltration non négligeables -> passage de matière organique dans le perméat / adsorption sur la membrane

Osmose inverse 32L ramenés à 10,5L -> facteur de concentration (volume): 3,0 Salinité de l’échantillon concentré: 25,7 COD rétentat de nanofiltration: 10,8mg/L COD rétentat d’osmose: 30,4mg/L -> facteur de concentration (COD): 2,8

Suivi de l’osmose inverse par fluorescence Facteur de concentration (moyen) de l’étape d’OI, calculé à partir des intensités de fluorescence: environ 2,8

Spectres de fluorescence après la nanofiltration et l’OI Echantillon initial Rétentat de nanofiltration  Pas de modification significative de la matière organique au cours de la concentration Rétentat d’osmose inverse

Facteur de concentration calculé par fluorescence

Récapitulatif: facteurs de concentration   Avant concentration Après concentration Facteur de concentration Echantillon initial concentré par nanofiltration Volume (L) 940 32 29 COD (mg/L) 1.1 10.8 10 Fluorescence 6 Rétentat de nanofiltration concentré par osmose inverse 10.5 3 COD (mg/L) 30.4 2.8 Echantillon initial concentré par nanofiltration puis osmose inverse 90 28 18

Conclusions et perspectives En 2 jours, 940L d’eau de mer ramenés à 10,5L par nanofiltration et osmose inverse. La matière organique n’a pas été modifiée de manière significative. Nanofiltration: rapide mais entraîne des pertes de matière organique non négligeables. Osmose inverse: permet de limiter les pertes en matière organique. L’OI ne peut être pas utilisée seule pour concentrer la MOD marine: sels concentrés en même temps que la MOD.

Conclusions et perspectives Piste envisagée: dessalement de l’eau de mer par électrodialyse, puis concentration par osmose inverse. Principe de l’électrodialyse

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