2. 3. 2. 1 Pression osmotique:
L'osmose est le transfert de solvant à travers une
membrane sous l'effet d'un gradient de concentration. Si on considère un
système à deux compartiments séparés par une
membrane semi-sélective et contenant deux solutions de concentrations
différentes, l'osmose se traduit par un flux d'eau dirigée de la
solution diluée vers la solution concentrée.
Si on applique une pression sur la solution
concentrée, la quantité d'eau transférée par osmose
va diminuer. Avec une pression suffisamment forte, le flux d'eau va même
s'annuler: cette pression est nommée la pression osmotique P (en faisant
l'hypothèse que la solution diluée est de l'eau pure).
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Fig. III- 9 : principe d'osmos.
2. 3. 2. 2. Mécanisme diffusionnel:
En osmose inverse les transferts de solvant et de
soluté se font par solubilisation
- diffusion: toutes les espèces moléculaires
(soluté et solvant) se dissolvent à travers la membrane et
diffusent à l'intérieur de celle-ci comme dans un liquide sous
l'action d'un gradient de concentration et de pression. Le transfert ne
dépend donc plus de la dimension des particules mais de leur
solubilité dans le milieu membranaire. Les séparations sont donc
d'origine chimique et sont liées au pouvoir solvant de la membrane.
La sélectivité des membranes d'osmose inverse
pour les différentes espèces chimiques dépend de leur
possibilité de solvatation par l'eau. Les espèces les plus
fortement solvatées ont un taux de rejet toujours plus important. On
peut en tirer les indications suivantes:
· les ions sont mieux retenus que les molécules.
· les protéines ont une rétention plus
faible pour des pH proches du point isoélectrique.
· pour les acides faibles, le taux de rejet est
élevé lorsque le pH est supérieur au pK.
· pour des ions de valence différente, le taux de
rejet croît avec la valence des ions.
· pour des ions de même valence, le taux de rejet
diminue si leur masse molaire augmente.
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2.3.3. MEMBRANES
III. 2.3.3.1. Constitution et assemblage en
modules:
Fig. III- 10 : Constitution de la membrane
Une membrane est une très mince couche de
matière qui permet, sous l'action d'une force motrice, de faire une
séparation à l'échelle microscopique
La force motrice peut être une différence de
pression, de potentiel électrique ou de concentration de part et d'autre
de la membrane. Les procédés principalement utilisés pour
produire de l'eau potable sont généralement classés
suivant 4 catégories:
Fig. III- 11 :Filtre à membrane
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Les membranes sont caractérisées par leurs
qualités de stabilité chimique (pH, oxydants, dichlore ...), de
stabilité thermique (important facteur pour les utilisations biologiques
où il y a stérilisation en autoclave), de stabilité
microbiologique (dégradation bactérienne pour les membranes en
acétate de cellulose) et de résistance mécanique. Leur
coût intervient dans 40 à 50 % de l'investissement d'une
unité d'osmose inverse.
Pour être mises en oeuvre les membranes doivent
être montées dans des supports appelés modules. Une
enceinte résistant à la pression est toujours nécessaire.
On trouve trois types principaux:
Fig. III- 12 : Membrane proprement dite
· module spirale: une membrane plane est enroulée
autour d'un tube creux collecteur de perméat.
· module tubulaire: une membrane tubulaire est
fixée sur un support poreux.
· module à fibres creuses: les fibres en U sont
mises en faisceau et assemblées de façon à réaliser
l'étanchéité aux deux extrémités du module.
Le liquide à traiter circule perpendiculairement à l'axe des
fibres tandis que le concentrat est recueilli 5 dans une enceinte qui enveloppe
le faisceau et permet son évacuation à une des
extrémités du module. Le perméat s'écoule à
l'intérieur de chacune des fibres puis dans un collecteur.
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