Etude de procédés hybrides pour la nanofiltration de macroémulsions : couplage avec une déstabilisation chimique et avec un écoulement gaz / liquide

Hybrid processes for macroemulsions treatment by nanofiltration: coupling with a chemical destabilisation and with air sparging

• Auteur / Autrice : Gaëlle Ducom
• Direction : Corinne Cabassud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés industriels
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Filtration

Hydrodynamique

Fluides de coupe

Émulsions

Séparation par membranes

Eau -- Épuration -- Élimination des particules

Résumé

Cette étude est centrée sur le procédé de nanofiltration appliqué au traitement de fluides de coupe de type macroémulsions. L'objectif est d'améliorer ce procédé, dont la principale limitation est liée aux phénomènes de colmatage par dépôt de gouttes et de polarisation de concentration qui réduisent le flux de perméat. A cet effet, deux procédés ont été étudiés : l'utilisation d'un écoulement intermittent gaz / liquide dans le concentrat et le couplage avec une déstabilisation chimique de l'émulsion. Le premier procédé permet d'obtenir une amélioration du transfert à travers la membrane pour plusieurs types de solutions : émulsions stabilisées ou non stabilisées d'huile dans l'eau et suspensions de bentonite. L'amélioration du flux de perméat atteint un facteur 2,4 dans certaines conditions opératoires. Une caractérisation de l'hydrodynamique des écoulements gaz / liquide dans un module plan a permis d'une part d'acquérir une banque de données des paramètres observables de l'écoulement et d'autre part, la détermination des contraintes de cisaillement à la paroi des membranes par une méthode électrochimique. L'amélioration du flux en nanofiltration a alors été reliée à certains paramètres hydrodynamiques. Par contre, dans les conditions opératoires étudiées, le second procédé ne permet pas d'observer une amélioration du flux de perméat, ce qui a été expliqué en partie par les phénomènes osmotiques. Plusieurs mécanismes de déstabilisation d'une émulsion ont été identifiés en fonction de la concentration en sel.

This study concerns the nanofiltration process applied to cutting oil fluids in the form of macroemulsions treatment. The aim is to enhance this process productivity, which is essentially limited by fouling in the form of oil drops deposit and by polarisation concentration. Both phenomena induce low permeate fluxes. For that, two processes were studied: use of air sparging and coupling with a chemical destabilisation of the emulsion. The first process allows flux enhancement for several kinds of solutions: stabilised or non-stabilised emulsions and clay suspensions. The permeate flux enhancement can reach a factor 2. 4 depending on the operating conditions. Two-phase flow in the concentrate compartment of a flat sheet cell was characterised. A data bank of flow characteristics was obtained and wall shear stresses at the membrane surface were determined using an electrochemical method. Flux enhancement in nanofiltration was then linked to some hydrodynamic parameters. On the other hand, in the operating conditions of this study, the second process does not induce flux enhancement, which was partly explained by osmotic phenomena. Several destabilisation mechanisms of the emulsion were identified, depending on the salt concentration.