L'Equipe Procédés Membranaires (EPM) consacre ses activités à des
recherches appliquées et à leur transfert vers le monde industriel où
interfèrent les exigences scientifiques, économiques et celles de la
confidentialité des sujets traités.
Ses activités sont en forte progression et couvrent un large spectre : depuis la conception de nouvelles membranes et modules jusqu'au développement et à l'installation de nouveaux procédés membranaires industriels. L'objectif principal de l'équipe Procédés Membranaires est d'améliorer l'efficacité de ces procédés limitée par le colmatage et le coût de mise en œuvre, tout en apportant des solutions innovantes dans le traitement d’effluents spécifiques et la purification de composés de haute valeur ajoutée.
L’optimisation des procédés membranaires passe par une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu. Les activités de l’EPM se divisent en 6 axes de recherche inter-agissant entre eux :
- Bioréacteur à membranes (Benoit Marrot) - Caractérisation de membranes et Eau potable (Yvan Wyart) - Industrialisation de procédés et CFD (Philippe Moulin) - Propriétés de Transport et Métrologie (Jean Philippe Bonnet) - Traitement des effluents (Emilie Carretier) - Intensification de procédés (Mathias Monnot)
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Toute évolution des procédés ne peut reposer que sur la connaissance approfondie des problématiques qui les génèrent et des choix qui peuvent en découler. Les problématiques scientifiques évoquées sont complexes et multiples. Dans ce cadre, les activités de recherche sont pour la majorité en partenariat avec un industriel dans le cadre d’un contrat de collaboration de recherche. A partir d’une idée développée au laboratoire ou d’une problématique industrielle), il s’agit ici de travailler en partenariat industriels-EPM dans un cadre réaliste de variables opératoires.
Plate forme de 20 pilotes de filtration 1 pilote de perméation gazeuse 2 pilote de pervaporation 1 OI haute pression, NF, 3 pilotes de screening 9 pilotes de MF-UF 1 BRM 1 station de production d'eau potable 20m3.J-1 1 unité de purification d'eau 240m3.J-1 1 BRM industriel 1 pilote multi scales MF-UF
Partenaires industriels et académiques
Dernières Publications de l'équipe
2019
Xueru Yan, Stéphane Anguille, Marc Bendahan, Philippe Moulin. Ionic liquids combined with membrane separation processes: A review. Separation and Purification Technology, Elsevier, 2019, 222, pp.230-253. ⟨10.1016/j.seppur.2019.03.103⟩. ⟨hal-02119807⟩ Plus de détails...
Clémence Cordier, Lisa Charpin, Christophe Stavrakakis, Mathias Papin, Killian Guyomard, et al.. Ultrafiltration: A solution to recycle the breeding waters in shellfish production. Aquaculture, Elsevier, 2019, 504, pp.30-38. ⟨10.1016/j.aquaculture.2019.01.045⟩. ⟨hal-02177016⟩ Plus de détails...
Shellfish profession is jeopardized by water quality problem that concerns inlet, with the need to protect the animals from pathogens contaminations, and effluents potentially harmful for the environment with the presence of pathogens, nutrients or organic matter. In this study, ultrafiltration was tested to answer these issues. The objective of the work was two-fold: (i) treat a real effluent from an oyster breeding, the pilot had to continuously face a water containing organic matter and pathogens and (ii) use ultrafiltered water to feed an oyster spat. The process was proved to be efficient in terms of total suspended solids (TSS) and bacterial retention, and especially for Vibrio bacteria, some of whom are potentially harmful for shells. The sustainability of the process facing this pollution was demonstrated and thus for different filtration conditions. Indeed, backwashes and air-backwashes performed were efficient enough to control the fouling generated, so a chemical cleaning was necessary about every 12 h. Water quality parameters, physico-chemical and bacterial, of ultrafiltered effluents were similar to the one obtained with a classical seawater used to feed oyster spats. Ultrafiltration was efficient to treat an effluent from oyster farm and produce water allowing the grown of juveniles. This process could be a solution to reuse effluents in shellfish farms.
Clémence Cordier, Lisa Charpin, Christophe Stavrakakis, Mathias Papin, Killian Guyomard, et al.. Ultrafiltration: A solution to recycle the breeding waters in shellfish production. Aquaculture, Elsevier, 2019, 504, pp.30-38. ⟨10.1016/j.aquaculture.2019.01.045⟩. ⟨hal-02177016⟩
Maud Villain-Gambier, Isabelle Bourven, Gilles Guibaud, Benoît Marrot. Influence of proteins and humic-like substances from soluble microbial products on membrane bioreactor fouling under normal and stress conditions. Process Biochemistry, Elsevier, 2019, 78, pp.140-147. ⟨10.1016/j.procbio.2019.01.012⟩. ⟨hal-02176976⟩ Plus de détails...
Soluble microbial products are one of the major fouling agents in membrane bioreactor (MBR). It is accepted that high molecular weights polysaccharides are the main contributors to membrane fouling but the presence in bulk solution of proteins and humic-like substances make fouling layer more complex. To better understand the role of both components in fouling establishment, they were quantified and characterized in bioreactor and permeate under various operating conditions (sludge retention time (SRT), synthetic or real wastewater (SWW or RWW), rapid variation of food to microorganisms (F/M) ratio). With SWW at hydraulic retention time (HRT) of 24 h, a larger part of proteins possessing small molecular weights (< 1 kDa) were obtained with increasing SRT from 20 to 50 d. At 50 d, these proteins present better retention (93%) and could participate in lowering gel layer porosity. MBR operating at SRT of 20 d was then preferable. At respective SRT and HRT of 50 d and 24 h with SWW, F/M ratio decrease (from 0.2 to 0.1 kg (COD).kg(MLVSS)(-1).d(-1) during 24 h) provoked implementation of a compact fouling layer which provoked a high TMP increase (0.83 kPa.h(-1)). Biodegradation of proteins involved in bio clusters structures were implied in this phenomenon.
Maud Villain-Gambier, Isabelle Bourven, Gilles Guibaud, Benoît Marrot. Influence of proteins and humic-like substances from soluble microbial products on membrane bioreactor fouling under normal and stress conditions. Process Biochemistry, Elsevier, 2019, 78, pp.140-147. ⟨10.1016/j.procbio.2019.01.012⟩. ⟨hal-02176976⟩
Clémence Cordier, Christophe Stavrakakis, Béatrice Dupuy, Mathias Papin, Patrick Sauvade, et al.. Ultrafiltration for environment safety in shellfish production: Removal of oyster gametes in hatchery effluents. Aquacultural Engineering, Elsevier, 2019, 84, pp.80-90. ⟨10.1016/j.aquaeng.2018.12.008⟩. ⟨hal-02176940⟩ Plus de détails...
Triploid oysters are favoured by the aquaculture industry because of their sterility, which results in two advantages: a faster growth than natural oysters and a constant quality throughout all the year, which is attractive for consumers. In France, these oysters are mainly produced by mating natural and tetraploid oysters whose production poses a risk for marine environmental biodiversity if biological material is released into the environment. Therefore, effluents from farms which could produce those kinds of oysters must be treated. The objective of this work was to treat shellfish hatchery effluents by ultrafiltration. The retention of gametes by the membrane, was validated for different scenario, 5 log removals were obtained, and their viability was evaluated after treatment highlighting a destruction of these species after air-backwash. The sustainability of the process facing this organic pollution on the duration of each test but also on the period of the study was demonstrated. A protection of the marine environment biodiversity is obtained with ultrafiltration processes.
Clémence Cordier, Christophe Stavrakakis, Béatrice Dupuy, Mathias Papin, Patrick Sauvade, et al.. Ultrafiltration for environment safety in shellfish production: Removal of oyster gametes in hatchery effluents. Aquacultural Engineering, Elsevier, 2019, 84, pp.80-90. ⟨10.1016/j.aquaeng.2018.12.008⟩. ⟨hal-02176940⟩
Clémence Cordier, Lisa Charpin, Christophe Stavrakakis, Mathias Papin, Killian Guyomard, et al.. Ultrafiltration: A solution to recycle the breeding waters in shellfish production. Aquaculture, Elsevier, 2019. ⟨hal-01993324⟩ Plus de détails...
Clémence Cordier, Lisa Charpin, Christophe Stavrakakis, Mathias Papin, Killian Guyomard, et al.. Ultrafiltration: A solution to recycle the breeding waters in shellfish production. Aquaculture, Elsevier, 2019. ⟨hal-01993324⟩
28 Février 2019
- Développement du Procédé de Pervaporation : Application à la Régénération de Solvants / Soutenance de thèse Thomas LA ROCCA
Doctorant : Thomas LA ROCCA
Date de la soutenance : Jeudi 28 Février 2019 à 10h / Grand Amphithéâtre du CEREGE, site de l'Arbois
Résumé de la thèse:
Cette étude se consacre au développement du procédé de pervaporation appliqué à la purification et à la régénération de solvants, principalement utilisés dans l’industrie pharmaceutique. Ce travail repose sur un triptyque : (i) le développement de membranes industrielles baptisées HybSi® et la compréhension du transfert de matière, (ii) l’utilisation de la spectroscopie proche infrarouge (PIR) pour le pilotage en ligne de la pervaporation et, (iii) la conception de la première unité semi-industrielle afin de faire le lien entre l’échelle laboratoire et industrielle.
Des expériences de purification de solvants à partir de mélanges hydro-organiques complexes, ont été menées afin de mettre en évidence les paramètres influents sur la performance. La température à un effet important sur le flux et la sélectivité tout comme le type et le nombre de composés présents. La spectroscopie PIR présente une grande précision même à très faibles concentrations et une excellente reproductibilité permettant ainsi de piloter le procédé. Enfin, la mise en eau et les premiers tests de déshydratation sur le pilote semi-industriel ont conforté l’intérêt du positionnement sur site industriel de la pervaporation.
Catherine CHARCOSSET Directrice de Recherche Université Lyon 1, CNRS, Présidente
Didier DHALER, Resp. R&D, Membre Invité, Orelis Environnement
Martial ETIENNE, Resp. R&D, Membre Invité, Sanofi Chimie
Eric FAVRE, Prof. Université de Lorraine, ENSIC, Rapporteur
Philippe MOULIN, Prof. Aix-Marseille Université, Directeur
10 avril 2018
- Pervaporation de composés purs : approche expérimentale du couplage entre transfert de matière et transfert de chaleur / Soutenance de thèse Amine Sid Ali Toudji
Doctorant: Amine Sid Ali TOUDJI
Date de la soutenance : Vendredi 10 avril 2018 à 09:45 Grand amphithéâtre du CEREGE
Résumé de la thèse:
L'objectif de ce travail est l'étude du procédé de pervaporation et plus particulièrement la compréhension des mécanismes de transfert dans une membrane en polymère qualifiée de dense. La compréhension de ces mécanismes permettrait de lever les verrous limitant le développement de ce procédé, comme les faibles flux de matière ainsi que l'origine et la quantité de chaleur nécessaire au transfert à travers la membrane. Afin de répondre à ces questions, nous avons développé un dispositif expérimental qui permet de mesurer en simultané les densités de flux de matière et de chaleur. La configuration frontale statique de perméation du dispositif donne accès au profil de température du liquide d'alimentation. Ces données de température ont permis de calculer les densités de flux de chaleur engagées durant les expériences de pervaporation grâce à un calcul par méthode inverse couplé à une simulation STAR CCM+. La densité de flux de matière est mesurée par une nouvelle méthode en complément de la méthode gravimétrique qui a servi de référence. La nouvelle méthode utilise un capteur de pression situé dans réservoir d'alimentation permettant de mesurer en continu la densité de flux de matière avec fréquence d'acquisition de 1Hz synchronisée avec la mesure des températures. Afin de faciliter la compréhension des mécanismes de transfert, nous nous sommes restreints à la perméation de composés purs. La corrélation des deux flux (de matière et de chaleur) mesurés nous a conduit à la conclusion que la quantité de chaleur prise au fluide en amont pour pervaporer une unité de masse de liquide pur est inférieure à la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser ce même liquide. Elle représente 50 % de celle-ci dans le cas de leau et seulement 25 % dans le cas de l'éthanol.
Mots clés : Pervaporation,densité de flux de matière,densité de flux de chaleur,membrane dense
Jury:
Directeur de these Emilie CARRETIER Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these Jean-Philippe BONNET Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these Jean-Laurent GARDAREIN Aix-Marseille Université
Rapporteur Eric FAVRE Université de lorraine
Rapporteur Laetitia PEREZ Université de Nantes
Examinateur Violaine ATHES Agro Paris Tech
Examinateur David BRUTIN Aix-Marseille Université
Examinateur Murielle RABILLER BAUDRY Université de Rennes
