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Procédés Membranaires

Bioréacteur à membranes

Caractérisation de membranes et Eau potable

Industrialisation de procédés et CFD

Propriétés de Transport et Métrologie

Traitement des effluents

Intensification de procédés

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Présentation


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)


Pour plus d'information, cliquer sur les images ci-dessous !
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. 

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Equipements

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

  • 2018
    P. Hamon, Philippe Moulin, L. Ercolei, Benoit Marrot. Oncological ward wastewater treatment by membrane bioreactor: Acclimation feasibility and pharmaceuticals removal performances. Journal of Water Process Engineering, Elsevier, 2018, 21, pp.9 - 26. 〈10.1016/j.jwpe.2017.11.012〉. 〈hal-01707836〉 Plus de détails...

    Oncological ward wastewater treatment by membrane bioreactor: Acclimation feasibility and pharmaceuticals removal performances

    Discharges of care, analyses and research activities from hospital wards are the source of the specificity of hospital effluents because they contain, among others, drug residues, detergents and disinfectants. Even if hospitals represent a small fraction of the total drug load discharged into the environment, below 10% for drugs, the characterization of this specific effluent shows that global pollution is 2–3 times more concentrated than urban wastewater. Moreover this ratio increases to 150 times for some micropollutants. Activated sludge acclimation in 2 membrane bioreactor (MBR) configurations (external and external submerged) to effluents from an oncological ward will be studied monitoring the performances on conventional pollution parameters (chemical oxygen demand, ammonium, total suspended solids etc.). The performances of drug degradation are compared with the data of the literature and with degradation tests in batch reactor with no acclimated biomass from a municipal wastewater treatment plant. The results are achieved for effluents with a high concentration of drug molecules, up to 6.82 mg L−1 for ifosfamide. The treatment allows the development of enhanced purification efficiencies on drug molecules and confirms the choice of a MBR process to treat this effluent, although the simultaneous presence of the various compounds leads to a complex biological response. Indeed, 5-FU was eliminated almost systematically over 90%. Sulfamethoxazole and codeine can be significantly eliminated biologically, respectively to 79 and 95%. IF and CP removal in the reactor appeared more moderate since it does not exceed 40% but membrane fouling led to higher removals of both molecules.
    P. Hamon, Philippe Moulin, L. Ercolei, Benoit Marrot. Oncological ward wastewater treatment by membrane bioreactor: Acclimation feasibility and pharmaceuticals removal performances. Journal of Water Process Engineering, Elsevier, 2018, 21, pp.9 - 26. 〈10.1016/j.jwpe.2017.11.012〉. 〈hal-01707836〉
    Journal: Journal of Water Process Engineering
    Date de publication: 01-02-2018
    Auteurs:
    Voir la publication sur Hal
  • 2018
    Morgane Le Hir, Yvan Wyart, Gaelle Georges, Laure Siozade, Philippe Moulin. Nanoparticles Retention Potential of Multichannel Hollow Fiber Drinking Water Production Membrane. Journal of Membrane Science and Research, 2018, 4 (2), pp.74 - 84. 〈hal-01789032〉 Plus de détails...

    Nanoparticles Retention Potential of Multichannel Hollow Fiber Drinking Water Production Membrane

    This study aims to investigate the potential of nanoparticle retention of ultrafi ltration (UF) multichannel hollow fiber membrane. Filtration experiments of fl uorescent silica nanoparticles (NPs) (10 and 100 nm) and CdTe quantum dots (1.5 nm) suspensions were carried out under diff erent operating conditions to analyze the retention rate (RT), the fouling zone and the membrane productivity. Fouling mechanism occurring during the experiment has been correlated with the distribution profi les of NPs obtained during the membrane autopsy after fi ltration by Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM). Results show that large NPs are totally retained on the membrane surface. Medium NPs pass through the membrane at the beginning of the fi ltration and are gradually stopped in the membrane skin before forming a deposit on the membrane surface. The retention rate of small NPs also increases over time and an in-depth fouling of the membrane (skin + support) has been identifi ed. Mass balance and determination of NPs surface deposit thickness, in the case of a filtration cake, determined by CLSM and scanning electron microscopy (SEM) allowed the estimation of NPs amount trapped in the membrane structure (skin or support) and have been compared to the fouling resistance observed during the filtration run. The CLSM analysis of the membrane on its section presents, in that study, a signifi cant interest because of the high accuracy of the measures: 538.16 nm compared to the 5000 nm reported in a previous study.
    Morgane Le Hir, Yvan Wyart, Gaelle Georges, Laure Siozade, Philippe Moulin. Nanoparticles Retention Potential of Multichannel Hollow Fiber Drinking Water Production Membrane. Journal of Membrane Science and Research, 2018, 4 (2), pp.74 - 84. 〈hal-01789032〉
    Journal: Journal of Membrane Science and Research
    Date de publication: 01-01-2018
    Auteurs:
    Voir la publication sur Hal
  • 2018
    P. Hamon, Philippe Moulin, L. Ercolei, Benoit Marrot. Performance of a biomass adapted to oncological ward wastewater vs. biomass from municipal WWTP on the removal of pharmaceutical molecules. Water Research, IWA Publishing, 2018, 128, pp.193 - 205. 〈10.1016/j.watres.2017.10.037〉. 〈hal-01647153〉 Plus de détails...

    Performance of a biomass adapted to oncological ward wastewater vs. biomass from municipal WWTP on the removal of pharmaceutical molecules

    The performance of a biomass adapted to Oncological Ward Wastewater (OWW) in a membrane bioreactor (MBR) was compared with that of a municipal WWTP, on the removal of pharmaceutical molecules and more specifically on their overall resistance and purifying ability in the presence of pharmaceutical cocktails. Sorption and biotransformation mechanisms on two antineoplastics, one antibiotic and a painkiller were evaluated. Sludge acclimated to OWW allowed for a 34% increase in the removal rate and in the minimum inhibition concentration. The percentage of the amounts of specific pharmaceutical compounds removed by biotransformation or by sorption were measured. These results are positive, as they show that the observed removal of pharmaceutical molecules by biomass acclimated to OWW can mostly be attributed to developed biotransformation, unlike the biomass from the municipal WWTP for which sorption is sometimes the only removal mechanism. The biotransformation kinetic and the solid-water distribution coefficients in this study show good agreement with literature data, even for much higher pharmaceutical concentrations in OWW.
    P. Hamon, Philippe Moulin, L. Ercolei, Benoit Marrot. Performance of a biomass adapted to oncological ward wastewater vs. biomass from municipal WWTP on the removal of pharmaceutical molecules. Water Research, IWA Publishing, 2018, 128, pp.193 - 205. 〈10.1016/j.watres.2017.10.037〉. 〈hal-01647153〉
    Journal: Water Research
    Date de publication: 01-01-2018
    Auteurs:
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  • 2018
    Julie Guilbaud, Yvan Wyart, Klaas Kaag, Philippe Moulin. Comparison of seawater and freshwater ultrafiltration on semi-industrial scale: ballast water treatment application. Journal of Membrane Science and Research, In press. 〈hal-01789024〉 Plus de détails...

    Comparison of seawater and freshwater ultrafiltration on semi-industrial scale: ballast water treatment application

    Non-native aquatic species can be introduced in new areas through emptying of the ballast tanks, with a high impact on health, economy and environment. This is considered by the International Maritime Organization (IMO): (i) in 2004, the IMO adopted the International Convention for the Control and Management of Ships' Ballast Water and Sediments (BMW Convention) in order to diminish the risk of introducing harmful and/or potentially invasive species through ballast water. (ii) the BWM Convention entered into force on 8 September 2017 and could opens a new market for ballast water treatment. The aim for industry is to operate with an acceptable fouling rate between cleaning steps. Indeed, if fouling rates are low, clean in place will be infrequent. The aim of this work is to develop a sustainable ultrafiltration system designed for ballast water treatment and the first step is to have a better understanding of membrane fouling in relation to intake water variations. The major contribution and novelty of this study is successful ballast water treatment using an ultrafiltration process at industrial scale a high technological readiness level in order to show the applicability of the ultrafiltration processes for the ballast water treatment. In this study operating conditions were determined for seawater and freshwater conditions.
    Julie Guilbaud, Yvan Wyart, Klaas Kaag, Philippe Moulin. Comparison of seawater and freshwater ultrafiltration on semi-industrial scale: ballast water treatment application. Journal of Membrane Science and Research, In press. 〈hal-01789024〉
    Journal: Journal of Membrane Science and Research
    Date de publication: 01-01-2018
    Auteurs:
    Voir la publication sur Hal
  • 2017
    Nicolas Combernoux, Luc Schrive, Véronique Labed, Yvan Wyart, Emilie Carretier, et al.. Treatment of radioactive liquid effluents by reverse osmosis membranes: From lab-scale to pilot-scale. Water Research, IWA Publishing, 2017, 123, pp.311 - 320. 〈10.1016/j.watres.2017.06.062〉. 〈hal-01631038〉 Plus de détails...

    Treatment of radioactive liquid effluents by reverse osmosis membranes: From lab-scale to pilot-scale

    Nicolas Combernoux, Luc Schrive, Véronique Labed, Yvan Wyart, Emilie Carretier, et al.. Treatment of radioactive liquid effluents by reverse osmosis membranes: From lab-scale to pilot-scale. Water Research, IWA Publishing, 2017, 123, pp.311 - 320. 〈10.1016/j.watres.2017.06.062〉. 〈hal-01631038〉
    Journal: Water Research
    Date de publication: 01-10-2017
    Auteurs:
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Rencontres scientifiques

Actualités

Soutenances de thèses et HDR

Actualités Archives récentes
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 l’eau 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
6 décembre 2017 - Caractérisation du colmatage des membranes d’ultrafiltration de production d’eau potable par des nanoparticules fluorescentes / Soutenance de thèse Morgane LE HIR
Doctorante : Morgane Le HIR

Date et lieu de la soutenance : Mercredi 6 décembre 2017 à 10h15, Amphithéâtre du CEREGE, Europôle de l’Arbois, Aix-en-Provence

Résumé de la thèse: 
La production et l’utilisation croissante des nanomatériaux et nanoparticules (NP) dans de nombreux secteurs d’activité conduisent inévitablement à un relargage de NP dans l’environnement et notamment dans les eaux devenant ainsi une pollution émergente dans le schéma de la production d’eau potable. Les membranes d’ultrafiltration (UF), semblent présenter un réel potentiel de rétention envers les NP du fait de leur taille de pores proche de 20 nm. La filtration de NP fluorescentes de diamètre 100, 10 et 1,5 nm en suspensions, seules ou en mélange, a été étudiée. Les tailles des NP ainsi sélectionnées permettent de travailler avec des dimensions plus grandes, plus petite et du même ordre de grandeur que la taille des pores. L’influence des conditions opératoires, à travers la variation de la pression transmembranaire (PTM) et du facteur de concentration volumique (FCV) sur la rétention et la récupération des NP a été traitée par plan d’expériences. La considération de la concentration des flux de la filtration en nombre de NP, notamment grâce à l’utilisation d’un Nanosight NS300, a permis d’estimer le nombre de NP bloquées sur et/ou dans la membrane. Une méthodologie précise et fiable permettant la localisation de ces NP bloquées a été consolidée par une précision de mesure plus importante grâce à une caractérisation multi-échelle. Des profils de pénétration des NP fluorescentes dans la membrane ont été ainsi réalisés grâce à une imagerie au Microscope Confocal à Balayage Laser (MCBL). L’application des modèles de colmatage aux données expérimentales a montré une bonne adéquation avec la localisation microscopique des NP et les résultats expérimentaux obtenus. L’influence des conditions opératoires, de la présence de sel et/ou de la polydispersité de la suspension d’alimentation sur l’établissement et la localisation du colmatage a pu être déterminée.

Mots clés : Ultrafiltration, nanoparticule, fluorescence, colmatage, caractérisation, eau 

Jury :
C. Charcosset, LAGEP Lyon, Rapporteur
G. Georges, Aix-Marseille Université, Examinateur
C. Guigui, INSA Toulouse, Rapporteur
P. Moulin, Aix-Marseille Université, Directeur de thèse
B. Teychene, Université de Poitiers, Examinateur
Y. Wyart, Aix-Marseille Université, Co-directeur de thèse
Membre invité :
P. Sauvade, Société Aquasource, SUEZ