Mode de fonctionnement des systèmes membranaires

Filtration frontale

Quand on fait une filtration frontale, toute l'eau qui pénètre dans le module est pressé contre la membrane. Certains solides et composés, selon la taille des pores de la membranes, restent derrières la membranes tandis que l'eau la traverse. Par conséquence il y a ensuite une plus grande résistance pour passer la membrane. Quand la pression de l'eau d'alimentation est continue, le flux traité diminue. Après un certain temps le flux a tellement diminué que la membrane a besoin d'être nettoyé. 

La filtration frontale est utilisée car la perte d'énergie est moindre que lorsqu'on applique une filtration tangentielle.  Ceci car toute l'énergie est dans l'eau qui passe effectivement la membrane. La pression nécessaire pour presser l'eau à travers la membrane est appelée le Pression Trans-Membranaire (PTM ou TMP en anglais). 

La PTM est définie comme le gradient de pression de la membrane, ou la pression moyenne de l'alimentation moins la pression du perméat. La pression de l'alimentation est souvent mesurée au point initiale d'un module membranaire. Cependant cette pression n'est pas égal à la pression moyenne car le flux à travers la membrane provoque des pertes de pression hydraulique.

Lors du nettoyage d'une membrane, les impuretés sont éliminées hydrauliquement, chimiquement ou physiquement. Lors de la procédure de nettoyage, le module est temporairement hors service. Par conséquent le fonctionnement frontale est un procédé discontinu.
En pratique on essaie toujours de rendre le temps de filtration le plus long possible, et le temps de nettoyage le plus court possible. 
Lorsqu'une membrane est nettoyé avec le perméat, on diminue la production d'eau. Le facteur qui indique la quantité de production est appelé recouvrement.

Filtration frontale

Filtration Tangentielle

Lorsqu'on effectue une filtration tangentielle, l'eau d'alimentation est recyclée. Lors de la recirculation de l'eau, le flux est parallèle à la membrane. Seulement une petite partie de l'eau d'alimentation est utilisée pour la production de perméat, la plus grande partie de l'eau quitte le module. Par conséquent le filtration tangentielle a un coût énergétique élevé car toute l'eau alimentant le système doit être apporté sous pression. 

La vitesse de l'eau alimentant le système de façon parallèle à la membrane est relativement élevée. Le but de ce débit est le contrôle de l'épaisseur du gâteau. Les forces d'écoulement sont élevées, ce qui permet d'emporter les solides en suspension dans l'eau. 
Le fonctionnement tangentiel peut permettre d'avoir des débits stables. Mais on doit quand même procéder à un nettoyage des installations cross-flow de temps en temps. Le nettoyage est effectué par un rinçage Backward ou avec des produits chimiques. 
Le système cross-flow est utilisé pour l'osmose inverse, la nano-filtration, l'ultra-filtration et la micro-filtration, selon la taille des pores de la membranes.

Filtration tangentielle

Technologie des membranes