Sagne, Camille (2008) Study of transfer mechanisms of organic solutes in reverse osmosis : application to the reuse of condensates generated by the concentration of distillery stillage. PhD thesis Génie des Procédés, UMR GenIAl, AgroParistech 2008AGPT0025 p.235.

Full text available as: - Thèse_Camille_Sagne.pdf ( 2467 Kb )

Licence: CC NC ND 2.0

Abstract

L’osmose inverse semble un procédé intéressant pour traiter les condensats de distilleries et les recycler en fermentation alcoolique. Il permettrait de retenir les molécules organiques inhibitrices de la fermentation. Cependant, les mécanismes de rétention de ces molécules sont encore mal connus et l’optimisation du procédé reste très empirique.

Des méthodes de chromatographies liquides et gazeuses ont été développées et/ou améliorées pour quantifier les composés inhibiteurs et un test de fermentation a été mis au point. Les membranes les plus adaptées ainsi qu’un pilote à membrane spiralée ont été sélectionnés pour réaliser l’étude.

Les molécules et les membranes ont été caractérisées plus finement : les premières par des descripteurs moléculaires, les secondes par mesures de potentiels zêta et d’angles de contact. Du fait de ces propriétés, le phényl-2-éthanol, l’acide butyrique et le furfural s’adsorbent fortement sur les membranes. L’acide acétique se dissout dans l’eau interstitielle.

Ces interactions expliquent partiellement le transfert des solutés au cours du procédé, mais d’autres phénomènes sont en jeu : la diffusion dans la membrane, la densité de flux de perméat, les compétitions entre molécules.

L’utilisation de la membrane ESPA2 à 10 bar, à pH naturel permet d’obtenir un perméat fermentescible jusqu’à un facteur de réduction volumique de 8.

Un modèle a été développé pour prendre en compte les interactions et représenter le traitement industriel. Les constantes d’adsorption sont obtenues expérimentalement tandis que le coefficient de diffusion est ajusté.

Table of content

Communications et publications i

table des matieres iii

table des figures vii

liste des tableaux xi

nomenclature xiii

introduction generale 1

chapitre i analyse bibliographique 7

i.1. generalites 9

i.1.1. principe 9

i.1.2. membranes et modules 11

i.1.3. mode de fonctionnement 14

i.1.4. polarisation de concentration et colmatage 15

i.1.5. influence des parametres operatoires 17

i.2. applications de l’osmose inverse 19

i.2.1. diversite d’applications 25

i.2.2. diversite de molecules a separer 26

i.2.3. couplage avec d’autres procedes 28

i.2.4. conditions de fonctionnement 29

i.2.5. conclusion 30

i.3. interactions et proprietes de separation 30

i.3.1. effets steriques 31

i.3.2. interactions electrostatiques 35

i.3.3. adsorption 39

i.3.4. influence des solutes entre eux 42

i.3.5. conclusion 43

i.4. modeles de transfert de matiere 44

i.4.1. thermodynamique irreversible 44

i.4.2. modeles de solubilisation-diffusion 46

i.4.3. modeles de pores 51

i.4.4. prise en compte des charges du solute et de la membrane 53

i.5. problematique et objectifs 54

chapitre ii materiels et methodes 55

ii.1. methodes de quantification des solutes 57

ii.1.1. criteres d’evaluation des methodes d’analyse 58

ii.1.2. methode d’analyse par cpg 60

ii.1.3. methode d’analyse par hplc 64

ii.1.4. comparaison des methodes 69

ii.2. inhibition et test de fermentation 71

ii.2.1. inhibition de la fermentation 71

ii.2.2. description et amelioration du test de fermentation 74

ii.3. selection des membranes 76

ii.3.1. description des essais 77

ii.3.2. resultats et discussion 80

ii.3.3. criteres de selection et conclusion 87

ii.4. essais d’osmose inverse 89

ii.4.1. description du pilote d’osmose inverse 89

ii.4.2. conduite des essais 92

ii.4.3. traitement des resultats 94

ii.5. conclusion du chapitre ii 96

chapitre iii comprehension des mecanismes d’interactions 97

iii.1. caracteristiques des molecules cibles 99

iii.2. determination de la charge des membranes : mesures de potentiel zeta 102

iii.2.1. theorie 102

iii.2.2. mode operatoire 106

iii.2.3. resultats et discussion 108

iii.3. mesures d’angles de contact 112

iii.3.1. principe 112

iii.3.2. mode operatoire 114

iii.3.3. resultats et discussion 114

iii.3.4. bilan de la caracterisation des membranes 118

iii.4. caracterisation des interactions par mesure de l’adsorption 119

iii.4.1. considerations theoriques 119

iii.4.2. mode operatoire 124

iii.4.3. resultats des isothermes d’adsorption et discussion 126

iii.4.4. resultats des cinetiques d’adsorption et discussion 134

iii.5. conclusion du chapitre iii 137

chapitre iv etude du procede 139

iv.1. description des essais 141

iv.2. influence des conditions operatoires sur les performances du procede 143

iv.2.1. densites de flux de permeat 143

iv.2.2. taux de retention 147

iv.2.3. performances et interactions 155

iv.3. traitement du condensat industriel 156

iv.3.1. influence de la pression transmembranaire 157

iv.3.2. influence du ph 160

iv.3.3. influence du frv 164

iv.3.4. conclusion du traitement du condensat industriel 170

iv.4. modelisation des transferts de matiere 171

iv.4.1. description du modele 172

iv.4.2. validite du modele 174

iv.4.3. simulation du procede 182

iv.5. conclusion du chapitre iv 185

conclusion generale et perspectives 187

references bibliographiques 195

annexes 203

annexe i : indice de colmatage/sdi 203

annexe ii.1 : methodes de quantification du saccharose et de l’ethanol 204

annexe iii.1 : mesures de potentiel zeta 205

annexe iii.2. : isothermes d’adsorption 206

annexe iii.3 : cinetiques d’adsorption 212

annexe iv.1 : retention des solutes seuls 214

annexe iv.2 : retention avec les melanges modeles 221

annexe iv.3 : comparaison des taux de retention dans les differents types de solution 227

annexe iv.4 : traitement du condensat industriel 229

Statistiques de consultation

Repository Staff Only: edit this item