De.mem avance son creux

Andreas Kroell, PDG, De.mem Ltd, Australie et David Chua, directeur de la fabrication et de la technologie, De.mem Pte Ltd, Singapour

L'introduction de différents produits soutient la stratégie de développement d'un portefeuille de membranes de De.mem Ltd et contribue à renforcer sa clientèle et à élargir ses sources de revenus. En plus d'octroyer des licences à des technologies propriétaires, l'entreprise singapourienne-australienne de traitement de l'eau et des eaux usées poursuit activement une technologie propriétaire en faisant progresser les membranes d'ultrafiltration et de nanofiltration à fibres creuses qu'elle développe en interne, comme l'explique cet article.

Différents types de membranes permettent à De.mem d'utiliser sa technologie propriétaire dans une gamme encore plus large de projets avec un large marché adressable.

Avec un portefeuille de membranes d'ultrafiltration (UF) et de nanofiltration (NF), elle dispose de produits exclusifs destinés à de nombreuses applications, notamment le traitement de l'eau potable, des eaux usées et des eaux usées industrielles, et le recyclage.

La société a également obtenu des licences pour des technologies exclusives auprès de son partenaire en recherche et développement, la Nanyang Technological University (NTU) de Singapour.

Les technologies sous licence de NTU comprennent une membrane NF à fibres creuses basse pression, qui réduit les dépenses d'exploitation en réduisant la consommation d'énergie et est capable de réduire les dépenses d'investissement grâce à l'utilisation d'une architecture système simple. La société détient une licence mondiale exclusive pour cette technologie.

Membrane UF

Aperçu technique

De.mem a développé en interne une membrane UF à fibres creuses.

Officiellement "lancée" le 26 novembre 2018, la nouvelle membrane UF propriétaire est à base de polyéthersulfone (PES) et est spécifiquement conçue pour éliminer les particules provoquant la turbidité.

Il fonctionne entre 1 et 2,5 bar de pression maximum. Il a un diamètre de pores nominal ≤ 0,01 μm et possède une résistance chimique élevée. Il est robuste, ce qui lui permet de résister aux processus de nettoyage à pH bas et à pH élevé qui sont utilisés pour retrouver ses performances. La membrane fonctionne selon une configuration extérieur-intérieur, ce qui facilite son nettoyage.

Les spécifications techniques de la membrane sont résumées dansTableau 1.

Paramètres de conception de la membrane

Paramétrage du débit

dehors dans

Dimensions des membranes [mm]

OD : 1,3, ID : 0,8

Flux de filtrat [l/m2/h/bar] (lmh)

250 ± 50

Poids moléculaire coupé (MWCO) [Da]

100 000

Résistance à la traction mesurée à charge maximale [MPa]

3.21

% Allongement à la rupture [%]

48.3

Charge maximale [N]

4.26

Test de provocation bactérienne

≥ 6 suppression de journal

Turbidité typique du filtrat [NTU]*

< 1

Tableau 1. Résumé des spécifications techniques de la membrane d'ultrafiltration à fibres creuses que De.mem a développée en interne (* en fonction de la qualité de l'eau d'alimentation).

Déploiement sur des sites de projet à Singapour et au Vietnam

Depuis son lancement en novembre 2018, la membrane UF a été déployée sur de nombreux sites de projets à Singapour, où elle est utilisée dans des applications qui incluent le traitement des eaux usées industrielles de différents secteurs industriels - c'est-à-dire les secteurs du pétrole et du gaz et de l'électronique, et dans les baies de lavage de véhicules ou les lave-autos.

De plus, il a été déployé sur un site au Vietnam qui traite l'eau de rivière aux normes d'eau potable.

Les données recueillies à partir d'un site de projet particulier sont affichées dans les graphiques présentés dansFigure 1etFigure 2.

Cartouche filtrante UF résidentielle

La membrane De.mem UF est également utilisée pour produire des cartouches filtrantes résidentielles de 2,5 pouces pour la filtration domestique au point d'utilisation (figure 3).

La membrane est très efficace pour éliminer les solides en suspension (solides en suspension totaux ou TSS), les bactéries et les virus. Il a été testé pour une réduction des bactéries de 6 log, ce qui implique que sur 1 000 000 de bactéries dans l'eau d'alimentation, une seule peut être détectée dans le flux d'eau traitée/filtrée.

La cartouche UF a un débit d'environ 2 l/min, sous une pression d'alimentation de 1 bar, ce qui équivaut à remplir une tasse d'eau filtrée en 8 secondes environ.

Les connexions au filtre utilisent un raccord rapide standard, avec un tube de 1/4" ou 3/8", qui s'adapte à la plupart des filtres à eau actuels. Cela rend la cartouche UF parfaite pour les applications nouvelles ou de remplacement.

Le processus utilisé pour produire la membrane UF s'est avéré stable et cohérent. La fiabilité est assurée par un contrôle qualité strict lors de la fabrication et sur les chantiers, qui témoignent de la robustesse et des performances de la membrane.

Membrane NF fibre creuse

Aperçu technique

De.mem détient actuellement une licence mondiale exclusive, d'une durée de 20 ans, pour une membrane NF en fibres creuses à base de polymère polyéthylèneimine (PEI).

Cette membrane est caractérisée par une couche sélective chargée positivement qui rejette les particules de même charge bien qu'elles soient plus petites que la taille des pores de la membrane.

La membrane NF cible et élimine les particules qui se situent dans la plage de taille de 500 à 10 000 Da. Il fonctionne sous une faible pression de fonctionnement, ce qui entraîne des économies substantielles de consommation d'énergie et réduit in fine les coûts d'exploitation, par rapport au NF basé sur une membrane plane ou, le cas échéant comme référence, sur l'osmose inverse (OI).

En général, le rinçage direct et le décapage à l'air peuvent être utilisés pour nettoyer les membranes à fibres creuses, ce qui augmente leur durée de vie et leurs performances.

Entre-temps, De.mem a auto-développé une nouvelle technologie exclusive de membrane NF à fibres creuses qui complète et améliore encore les capacités de filtration de l'entreprise.

La nouvelle membrane a une taille de pore minimale, mesurée par son seuil de poids moléculaire (MWCO), de 500 Da. Il est exécuté dans une configuration à l'envers.

Tableau 2répertorie les spécifications techniques de la membrane NF de De.mem.

Paramètres de conception de la membrane

Paramétrage du débit

à l'envers

Dimensions des membranes [mm]

OD : 1,3, ID : 0,8

Flux de filtrat [l/m2/h/bar] (lmh)*

5–15 lmh

Poids moléculaire coupé (MWCO) [Da]

500

Tableau 2. Synthèse des spécifications techniques de la membrane de nanofiltration à fibres creuses développée par De.mem (*dépendant de la qualité de l'eau d'alimentation).

Application potentielle : élimination des colorants des eaux usées

De.mem a réalisé des tests techniques détaillés de la membrane NF afin de déterminer ses spécifications techniques. Des tests ont également été utilisés pour vérifier la qualité de la filtration.

Plusieurs colorants ont été utilisés pour tester les performances de rejet. Bien que généralement un peu plus gros que les particules dissoutes - c'est-à-dire les sels - les colorants sont composés de molécules relativement petites. Leur élimination d'un flux d'eau nécessite actuellement un traitement à l'aide de membranes RO ou NF à plat.

De.mem a testé (Figure 4) sa nouvelle membrane à fibres creuses de manière extensive sur différents types de colorants, qui varient en termes de granulométrie spécifiée par leur poids moléculaire respectif (en daltons).

Par exemple, il a été démontré que pour l'érythrosine (poids moléculaire de 880 Da), le bleu brillant FCF (793 Da) et le rouge allura (496 Da), les colorants respectifs pouvaient être éliminés efficacement de l'eau d'alimentation.

Les photographies de la figure 4 montrent l'eau d'alimentation colorée, par rapport à la clarté visuelle du perméat qui, ayant traversé la membrane De.mem NF, ne montre aucune trace visuelle de chaque colorant.

L'efficacité du processus de filtration pour éliminer le très petit colorant rouge Allura, en particulier, prouve les performances de rejet supérieures de la nouvelle membrane NF et sa capacité à éliminer des particules aussi petites que 500 Da de poids moléculaire.

Pour tous les tests, les membranes De.mem ont été soumises à une faible pression d'alimentation de fonctionnement de 1,5 bar. La plupart des membranes NF disponibles dans le commerce, qui pourraient être utilisées pour la même application, ont un format enroulé en spirale et nécessitent environ 5 bars pour fonctionner, avec des options de nettoyage limitées. Cela rend la membrane NF très efficace en termes de performances de filtration, tout en réduisant la consommation d'énergie et les coûts d'exploitation.

Les utilisations possibles de la membrane NF à fibres creuses De.mem, qui présente un potentiel commercial important, sont la concentration de colorant, la récupération des effluents de colorant et le traitement des eaux usées dans les usines de teinture. Dans de telles applications, des économies importantes peuvent être réalisées avec une pression de fonctionnement plus faible et une durée de vie plus longue, car la facilité de nettoyage à l'aide d'un rinçage et d'un lavage à l'air peut être réalisée. Cela fait de cette technologie une option attrayante pour l'industrie textile, pour laquelle le traitement des eaux usées est souvent un goulot d'étranglement critique.

Application potentielle : polissage du filtrat après prétraitement UF

Avec un faible MWCO de 500 Da, la membrane NF à fibres creuses peut améliorer considérablement la qualité du filtrat d'un procédé UF - fournissant une eau traitée de haute qualité.

La membrane NF a été déployée par De.mem dans une usine opérant dans le secteur agro-alimentaire. Les eaux usées de l'usine se caractérisent par une demande chimique en oxygène (DCO) relativement élevée. L'usine de traitement des eaux usées s'appuyait à l'origine sur la technologie des membranes UF (développée par une autre société) et sur du charbon actif pour réduire la DCO.

De.mem a effectué un essai pilote, en utilisant le perméat du procédé UF comme alimentation de la membrane NF, sans autre post-traitement avec du charbon actif avant la décharge. Les données pertinentes sont résumées dansTableau 3.

Goûter

Turbidité (NTU)

Eaux usées brutes

76.1

Séd. Fil. Pénétrer

17.9

Produit UF (marque externe)

< 1

Produit NF (De.mem)

< 1

Tableau 3. Résumé des données de l'essai pilote de nanofiltration (NF) de De.mem, qui impliquait l'utilisation du perméat d'un processus d'ultrafiltration comme alimentation de sa membrane NF, sans autre post-traitement à l'aide de charbon actif avant la décharge.

L'essai pilote prouve que la membrane De.mem NF était capable de réduire efficacement la DCO à moins de 600 mg/l, ce qui rend l'eau apte à être rejetée dans le système d'égouts (c'est-à-dire sur la base des limites de rejet de Singapour, où l'usine est basée).

Cela réduit considérablement le coût d'exploitation du processus de traitement car les changements fréquents du charbon actif sont évités.