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Conclusion Générale

Cette étude a permis de mieux comprendre le phénomène de colmatage des membranes d’ÉD en apportant de nouvelles informations intéressantes et potentiellement contrôlables afin d’optimiser les procédures d’ÉD en présence de protéines. La formation de chaque colmatage était indépendante et spécifique aux conditions particulières du traitement. Deux différents colmatages ont été identifiés : 1) du colmatage minéral sur certaines surfaces des deux membranes en contact avec le concentrat et sur certaines surface de la MEC en contact avec le diluat et 2) du colmatage protéique sur certaines MEA et une MEC, toujours sur la surface en contact avec le diluat. Deux aspects influençant la formation des colmatages observés dans ces travaux sont à souligner :

Suite aux résultats des travaux effectués pour ce projet, l’importance des conditions de pH du concentrat a été mise en évidence. Le pH constitue un paramètre critique pour les colmatages minéral et protéique. La dénaturation et l’agrégation des protéines de lactosérum ainsi que la formation et la précipitation de particules de phosphate de calcium sont deux processus distincts qui ne suivent pas la même cinétique (Visser et Jeurnink, 1997). Cependant, ce sont deux processus qui demeurent dépendants des conditions de pH.

Afin d’éviter tous les types de colmatage caractérisés au cours de ce projet (Figure 29), les conditions et modifications suivantes à la configuration de l’empilement d’ÉD utilisé sont proposées : a) La séparation des flux accueillant les cations et anions provenant du diluat. Cette modification empêcherait les ions divalents, comme le calcium, d’entrer en contact avec la membrane échangeuse d’anions et, donc, de précipiter. b) Le maintien d’un pH neutre ou légèrement acidifié pour le concentrat accueillant les cations, notamment la solution en contact avec la membrane échangeuse de cations. Dans les conditions de neutralité aucun colmatage n’a été observé sur les membranes échangeuses de cations. c) Le maintien d’un pH alcalin pour le concentrat accueillant les anions, notamment la solution de concentrat en contact avec la membrane échangeuse de anions. Le colmatage par les protéines a pu être évité dans les conditions basiques. Malgré la formation de phosphate de calcium sur certaines membranes à ce pH, les ions divalents ne devraient plus se retrouver en contact avec la MEA si les flux de déminéralisation étaient séparés.

Figure 29. Empilement d’ÉD utilisé montrant tous les différents types de colmatage (couches de protéine et cristaux minéraux), ainsi que l’endroit où ils ont été identifiés.

Figure 29. Empilement d’ÉD utilisé montrant tous les différents types de colmatage (couches de protéine et cristaux minéraux), ainsi que l’endroit où ils ont été identifiés.

CEM : membrane échangeuse de cations, AEM :: membrane échangeuse d’anions, (P) : protéine.

Les trois actions abordées précédemment devraient s’avérer utiles pour éviter le colmatage des membranes dans un module simple d’épuration-reconcentration (Figure 30). Dans le cas des empilements avec modules de base multiples, des essais supplémentaires devraient suivre afin de trouver de possibles configurations réunissant les conditions proposées ci-haut.

Figure 30. Configuration proposée pour l’empilement d’ÉD afin d’éviter la formation des différents types de colmatage, ainsi que l’endroit où ils ont été identifiés.

Figure 30. Configuration proposée pour l’empilement d’ÉD afin d’éviter la formation des différents types de colmatage, ainsi que l’endroit où ils ont été identifiés.

CEM : membrane échangeuse de cations, AEM : membrane échangeuse d’anions, (P) : protéine.

Des procédures de nettoyage sur place (cleaning in place, CIP) et d’inversion périodique de la polarité du courant ont déjà été suggérées pour l’élimination du colmatage (Davis et al., 2001). Cependant, la procédure CIP n’est pas adaptée pour les procédés, comme l’ÉD à hautes densités de courant, où la formation de colmatage est rapide et critique pour l’intégrité de l’équipement, voire les membranes. En effet, la procédure CIP requiert d’arrêter et de vider le système pour la recirculation des agents nettoyants, ce qui entraîne un coût important et ne peut être réalisée de façon répétée durant la journée. De plus, la présence de protéines complique la technique de l’inversion de polarité, car elle s’avère inutile pour enlever les protéines précipitées ou encrassées, et le risque de former un colmatage protéique sur les autres membranes est accru. À l’heure actuelle, des empilements à deux compartiments sont utilisés pour la déminéralisation du lactosérum, une des principales applications industrielles de l’ÉD. Pour enlever le colmatage, des inversions de polarité régulières sont mises en place, combinées à des rinçages quotidiens. Bien que ces opérations soient effectuées dans les installations industrielles, la durée de vie des membranes est limitée et le coût peut être assumé grâce à la haute valeur ajoutée des produits finaux (Bar, 2004). Par contre, le procédé serait trop dispendieux pour le traitement des produits moins rentables. De la même façon, si la vie utile des membranes pouvait être prolongée et la formation de colmatage pouvait être évitée, la rentabilité du procédé s’améliorerait substantiellement.

Les retombées de ce projet portent essentiellement sur les connaissances générales du colmatage des membranes d’ÉD. Ces connaissances pourront être utiles pour de futures recherches et, éventuellement, pour les entreprises utilisant ce procédé de séparation afin d’éviter les conditions de travail qui favorisent le colmatage. Des économies importantes pourraient faites en utilisant de manière optimale les membranes d’ÉD. D’un autre côté, la compréhension des mécanismes et causes du colmatage permettront l’amélioration et le développement de nouvelles membranes d’électrodialyse.

© Erik Ayala Bribiesca, 2005