Les membranes utilisées dans les systèmes VSEP sont faites de divers polymères tels que le polyéthersulfone, les polyamides et d’autres composites à couches minces. Plus de 200 types de membranes différentes sont couramment utilisés dans les systèmes VSEP.
De nouveaux fabricants de membranes sont régulièrement en ligne partout dans le monde, et un certain nombre de progrès technologiques passionnants ont été réalisés ces dernières années (la Californie est considérée par beaucoup comme l’épicentre de la nouvelle vague de technologie membranaire). Bon nombre de ces progrès visent à accroître les capacités de séparation des membranes dans les environnements d’eau et d’eaux usées des procédés difficiles. Par exemple, il y a des membranes de nanofiltration qui peuvent résister à des températures extrêmes et des gammes de pH. Les membranes sont disponibles dans une variété de tailles et de configurations. Dans les systèmes VSEP, les membranes sont fixées à un plateau en acier et empilées dans un tableau, un peu comme une configuration traditionnelle de plaque et de cadre. (Voir notre page de composants du système VSEP pour plus d’informations sur la configuration du pack de filtres VSEP.)
Essentiellement, les membranes permettent à certaines choses de passer à travers tout en rejetant le reste. Ainsi, tout flux d’alimentation envoyé à un système membranaire tel qu’un VSEP sera divisé en deux. Ces deux cours d’eau sont appelés imprégnés et concentrés (ceux-ci sont parfois appelés eau du produit et retentate, respectivement).
La partie du cours d’eau qui peut passer à travers la membrane est appelée l’imprègne. L’imprégnant est « l’eau propre ». La partie du cours d’eau qui est rejetée par la membrane est appelée le concentré. Dans un contexte de récupération ou de concentration du produit, le concentré est le matériau souhaitable; dans une application d’épuration des eaux usées ou de clarification de produit, le concentré représente une boue concentrée de contaminants indésirables.
Quatre catégories de membranes de base existent, et elles sont caractérisées comme suit :
Microfiltration (0,1 à 2,0))
Les microfiltres utilisés dans les systèmes VSEP sont presque exclusivement PTFE (Teflon®). Les microfiltres ou membranes MF sont utilisés pour enlever les petits solides en suspension, les gros matériaux colloïdaux, certaines émulsions et la plupart des bactéries. Les membranes MF ne retiennent pas les solides dissous.
Les membranes MF sont particulièrement utiles pour assècher les boues telles que le dioxyde de titane et le carbonate de calcium. Initialement, les applications de microfiltration étaient au centre de la plupart des applications VSEP. Les membranes MF en téflon sont les plus robustes de tous les types de membranes; ils peuvent résister à des températures de 130 oC (266 oF) et, comme ils sont chimiquement inertes, peuvent supporter des niveaux de pH continus de 0 à 14. Les pressions de fonctionnement de la membrane MF se sient généralement entre 30 et 100 psi (de 2 à 7 p. 100).
Ultrafiltration (0,008 mD – 0,1 )
Les membranes d’ultrafiltration ou d’UF sont utilisées dans une variété d’applications VSEP où l’objectif est de retenir 100 des solides suspendus. Les membranes UF élimineront les gros produits organiques (plus de 1 000 MW) comme les protéines, les pyrogènes, les bactéries et les colloïdes. Les membranes UF peuvent être utilisées dans les VSEPs pour briser les émulsions sans utiliser de produits chimiques.
L’ultrafiltration peut également être utilisée comme traitement primaire lorsqu’une eaux usées particulièrement sales est recyclée à l’aide d’un système secondaire de membrane d’osmose inverse. Les membranes UF couramment utilisées dans les systèmes VSEP comprennent la polyéthersulfone, le PVDF (Kynar®) et la cullulose régénérée.
Les membranes UF sont des interprètes robustes et viennent dans une grande variété de constructions. Selon la configuration et l’application, les membranes UF fonctionnent entre 30 et 250 psi (de 2 à 14 barres). Les limites de température supérieure des membranes UF sont en moyenne d’environ 90 oC (194 oF) et leurs tolérances au pH varient de 1 à 14.
Nanofiltration (0,001 à 0,01)
La nanofiltration ou NF est le plus récent type de membrane. Les membranes NF sont essentiellement des membranes d’osmose inverse « lâches ». Ces membranes semi-perméables sont construites à partir de matériaux tels que le sulfone sulfonated, les polyamides, et d’autres composites de film mince.
Les membranes NF peuvent être utilisées pour enlever les matières organiques et de nombreux matériaux dissous tels que la dureté. Les membranes NF sont souvent utilisées dans le traitement des eaux usées pour éliminer la DBO. NF peut également être utilisé comme prétraitement à un système RO VSEP ou spirale RO; l’imprégnant d’une membrane de nanofiltration est une eau « douce ».
Les membranes DE NF fonctionnent à des pressions de 200 à 600 psi (de 14 à 41 barres) et peuvent résister à une gamme de pH de 1 à 14 (bien que beaucoup soient limitées à une gamme de 2-11).
Osmose Inverse (30 daltons – 0.001µ)
L’osmose inverse ou RO est la « plus serrée » de tous les types de membranes. C’est le type de membrane utilisée dans le dessalement de l’eau de mer. Les membranes RO sont conçues pour retenir le chlorure de sodium (NaCl) et sont évaluées par leur capacité à le faire. Par exemple, les membranes de dessalement de l’eau de mer sont généralement évaluées pour rejeter 99,5 NaCl.
Dans les systèmes VSEP, les membranes RO sont souvent utilisées pour enlever les matières organiques, l’huile de trace et les métaux traces dans une seule unité. Les membranes RO ont été beaucoup diffamées dans le contexte industriel en raison de leur fort potentiel d’encrassement. Les vibrations de VSEP atténuent ce risque, ouvrant ainsi la porte à une grande variété d’applications où l’élimination des contaminants de faible poids moléculaire d’un flux d’eaux usées est souhaitée.
Tandis que les membranes tôt d’osmose inverse ont été faites de l’acétate de cellulose, les membranes de RO d’aujourd’hui sont typiquement construites des composites minces exclusifs de film. Ces membranes fonctionnent entre 300 et 1 000 psi (de 21 à 69 barres) et peuvent tolérer une plage de pH de 2 à 12.