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Les techniques de séparation membranaire ont vu leur importance croître ces 20 dernières années du fait des nombreux avantages qu’elles offrent par rapport aux autres procédés de séparation conventionnels.

Cependant, la séparation membranaire a un talon d'Achille affectant tous les dispositifs : l’encrassement ou le colmatage des membranes. Le dépôt de particules et la formation d’une couche à la surface des membranes qui se produit au cours du temps, réduit le débit de filtration et donc les performances de l’opération.

En plus de la diminution du flux au travers la membrane, la couche de gel se formant à la surface de la membrane réduit également la sélectivité initiale de la membrane. Ce problème de colmatage a souvent limité l’utilisation de la séparation membranaire aux fluides peu chargés et de faibles viscosités.


A l’origine, les concepteurs de systèmes membranaires se sont attachés à réduire le colmatage des membranes en utilisant une vitesse d’écoulement élevée et en filtrant dans la direction perpendiculaire à l’écoulement.

Ainsi, on trouve différentes formes de modules de membrane : plan, tubulaire ou à spirale. Le fluide traité est transféré à grande vitesse, afin de créer des forces de cisaillement élevées à la paroi, permettant de lutter contre les effets du colmatage. Cependant, la création de forces de cisaillement au-delà de 10 000 à 15000 s-1 n’est pas économiquement viable et ne peut se faire que pour des fluides peu visqueux, proches de l’eau. De plus, ces fortes vitesses créent des pertes de charges élevées et nécessitent des puissances de pompages élevées.

New Logic a proposé une alternative à la gestion du phénomène de colmatage par l’application d’intenses ondes vibratoires au niveau de la surface membranaire (Vibratory Shear Enhanced Processing) qui créent un cisaillement extrême repoussant les particules solides et laissant le liquide passer au travers les pores non obstrués . Dans le VSEP, le fluide passant au travers les membranes est pratiquement stationnaire et se déplace avec de faibles vitesses successivement d’un disque à l’autre, décrivant une série de méandres à l’intérieur du module.

Les ondes vibratoires générées par la vibration des membranes repoussent de la surface de la membrane les particules qui restent dans le flux principal et traversent le pack de membranes. Le cisaillement à la surface des membranes permet d’augmenter le débit de filtration au travers les membranes de 3 et 10 fois plus que pour les systèmes conventionnels de filtration tangentielle.

Le pack de membranes du VSEP se compose de disques avec des membranes de part et d’autre, parallèles et séparés par des joints étanches.

Le pack de membranes est oscillé par l'intérmédiaire d'un ressort de torsion qui lui transmet une amplitude d’oscillation d’environ 2,3 centimètres. Ce mouvement est analogue à l'agitation d'une machine à laver mais se produit à une vitesse plus rapide que celle qui peut être perçu par l’œil humain.

L'oscillation produit un cisaillement à la surface des membranes d'environ 150 000 s-1, soit un cisaillement dix fois plus élevé que celui rencontré dans les filtrations tangentielles classiques. De plus, dans la technologie VSEP, le cisaillement est localisé a la surface de membrane où il est efficace et plus utile pour empêcher le colmatage, tandis que le fluide passant entre les disques de membrane se déplace avec une vitesse très faible.

Etant donné que les performances du VSEP ne dépendent pas des taux de cisaillement induits par écoulement d'alimentation, la technologie peut traiter avec succès des fluides extrêmement visqueux. Le concentrat est extrudé entre les disques et chassé hors du module de filtration une fois qu'il atteint le niveau de concentration désiré. Ainsi, la technologie VSEP permet de réaliser des concentrations élevées en un seul passage, réduisant les matériels annexes coûteux (cuves, clapets, …).

Le volume interstitiel entre les disques de membranes pour un module de filtration de 130 m2 est inférieur à 190 litres. En conséquence, la récupération du produit dans des traitements par lots peut être extrêmement élevée et la perte matière après avoir vidé le module est inférieur à 11 litres.

Exploitation du Système VSEP:

À la mise en route, le système VSEP est alimenté avec le fluide à traiter et la vanne de concentration en sortie est fermée. Le perméat est produit en continu et le fluide se concentre à l’intérieur du module de filtration. Après un intervalle programmé de temps, la vanne de concentration en sortie s’ouvre pour expulser le concentrat accumulé dans le VSEP. Cette vanne est ensuite fermée pour permettre une nouvelle phase de concentration et ainsi de suite.
La sélection du type de membrane est le paramètre le plus important qui affecte la qualité de la séparation, elle doit être choisie en fonction de sa compatibilité avec l’effluent et du seuil de coupure attendu. D'autres paramètres importants qui affectent la performance de la séparation sont la pression, la température, l’amplitude de vibration, et le temps de séjour. Tous ces paramètres sont optimisés pendant les phases préliminaires de tests et entrés dans l’automate de contrôle commande du système.

La pression de fonctionnement est créée par la pompe d'alimentation. Les équipements VSEP peuvent classiquement fonctionner jusqu’à des pressions de 69 bars. Des pressions plus élevées permettent d’augmenter les débits de perméat mais requièrent des consommations énergétiques plus importantes. Par conséquent, il est important de choisir la pression de fonctionnement qui optimise les débits et la consommation d'énergie.


Dans la plupart des cas, le flux de filtration peut être encore amélioré en augmentant la température de fonctionnement. La limite de la température sur un système standard de VSEP est de 80°C, des constructions spécifiques permettre d’atteindre des températures plus élevées.

L'amplitude de vibration et le taux de cisaillement associé affectent également directement les flux de perméat. Le cisaillement est produit par l’oscillation du module de filtration, générée par un ressort de torsion. Les membranes subissent une amplitude d’oscillation de 3/4’’ à 1’’ 1/4 (soit 1,9 à 3,2 cm). La fréquence de l’ordre de 60 Hz produit un taux de cisaillement d’environ 150 000 s-1.

Le temps de séjour est fixé par l’ouverture et la fermeture de la vanne de sortie. Plus le temps de séjour long, plus la concentration du fluide sera élevée. De temps en temps, une solution de nettoyage est injectée dans le module de filtration et les ondes oscillatoires permettent de faciliter le nettoyage. Ce processus peut être automatisé et consomme seulement 190 litres de solution de nettoyage réduisant de ce fait les volumes de solution de lavage inhérents aux autres systèmes de filtration membranaire.

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