Influence de l'aération sur le colmatage des membranes immergées

Aeration influence on fouling of immersed membranes

• Auteur / Autrice : Laure Martinelli
• Direction : Alain Liné, Christelle Guigui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Écoulement diphasique

Hydrodynamique

Ultrafiltration

Encrassement

Séparation (technologie)

Membranes (technologie)

Mots clés libres

Ultrafiltration

Membrane

Colmatage

Aération

Simulation Numérique

PIV Diphasique

Kozeny-Carman

Résumé

La thèse est consacrée à l’étude de l’influence de l’aération sur le colmatage de membranes fibres creuses immergées en filtration externe/interne. Dans une première partie on étudie la filtration de levures (0. 5 g. L-1) dans une cuve de 100 l avec une surface membranaire de 0. 032 m2. Deux types d’essais de filtration ont été réalisés, des essais à palier de flux de détermination des conditions critiques et des essais de filtration en conditions colmatantes. Ces essais ont été effectués sans aération et avec aération sous forme de fines bulles et de calottes d’air. La sensibilité du colmatage à la position et au débit de l’injection des fines bulles ainsi qu’aux fréquences et volumes de calottes a été analysée. L’étude de la filtration a inclus la sensibilité des performances de filtration au mouvement des fibres, des essais ayant été réalisés soit avec des fibres tendues soit avec des fibres lâches. Dans une deuxième partie, une étude locale expérimentale et numérique de l’hydrodynamique diphasique a été entreprise avec des outils d’analyse d’image, de P. I. V et avec le code de calcul FLUENT (modèle à deux fluides pour les fines bulles et modèle V. O. F. Pour les calottes). La synthèse des résultats de filtration et d’analyse de l’hydrodynamique induite par l’aération permet de proposer des mécanismes expliquant l’influence de l’aération sur le colmatage des fibres creuses immergées. Ce travail contribue à clarifier les paramètres hydrodynamiques globaux pertinents pour contrôler le colmatage

This thesis is about the influence of aeration on submerged hollow fibre membrane fouling in outside/in filtration. In a first part, yeast filtration (0. 5 g. L-1) is studied in a 100 l tank with a membrane area of 0. 32m2. Two types of filtration experiments were performed: critical condition determination with flux step method and filtration experiment under fouling condition. These experiments were performed without and with aeration with small and spherical cap bubbles. Fouling sensitivity to position and small bubble injection flow rate as well as to frequency and volume of spherical cap was analysed. Filtration experiments involve characterization of filtration efficiency with tight and loose fibres. In a second, part local experimental and numerical studies were performed thanks to the image analysis, P. I. V. Measurements and FLUENT numerical simulations (two-fluid model for small bubbles and V. O. F. Model for spherical cap bubbles). Filtration and hydrodynamics analysis results lead to the determination of mechanisms explaining aeration effect on submerged hollow fibre fouling. This study contributes to better understand the revelant global hydrodynamic parameters in order to control fouling