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.
Les activités de l'équipe 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.
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.
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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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
2023
J. Yang, M. Monnot, Y. Sun, L. Asia, P. Wong-Wah-Chung, et al.. Microplastics in different water samples (seawater, freshwater, and wastewater): Removal efficiency of membrane treatment processes. Water Research, 2023, 232, pp.119673. ⟨10.1016/j.watres.2023.119673⟩. ⟨hal-03989908⟩ Plus de détails...
The distribution and fate of microplastics in different water sources and their treatment plants (seawater, three municipal wastewaters, a pharmaceutical factory wastewater, and three drinking waters) in France were studied. Currently, research in this field is still under exploration since almost no relevant standards or policies have been introduced for the detection, the removal, or the discharge of microplastics. This study used an improved quantitative and qualitative analytical methodology for microplastic detection by μ-FTIR carried out with siMPle analytical software. By investigation, wastewater was determined to contain the most abundant microplastics in quantity (4,203-42,000 MP·L-1), then followed by surface water/groundwater (153-19,836 MP·L-1) and seawater (around 420 MP·L-1). Polyethylene was the dominant material in almost all water types followed by polypropylene, polystyrene, and polyethylene terephthalate. Almost all treatment technologies could remove microplastics whatever the feed water types and concentration of microplastics, though some treatment processes or transport pipes could cause additional contamination from microplastics. The four WWTPs, three DWTPs, and SWTP in France provided, respectively, 87.8-99.8%, 82.3-99.9%, 69.0-96.0% removal/retention of MPs in quantity, and provided 97.3-100%, 91.9-99.9%, 92.2-98.1% removal/retention of MPs in surface area. Moreover, ultrafiltration was confirmed to be an effective technology for microplastic retention and control of dimensions of microplastics in smaller ranges both in field-scale and lab-scale experiments. The 200 kDa ultrafiltration membrane could retain 70-100% and 80-100% of microplastics in quantity and in surface area, respectively.
J. Yang, M. Monnot, Y. Sun, L. Asia, P. Wong-Wah-Chung, et al.. Microplastics in different water samples (seawater, freshwater, and wastewater): Removal efficiency of membrane treatment processes. Water Research, 2023, 232, pp.119673. ⟨10.1016/j.watres.2023.119673⟩. ⟨hal-03989908⟩
Adil Mouahid, Magalie Claeys-Bruno, Isabelle Bombarda, Sandrine Amat, Andrea Ciavarella, et al.. Valorization of handmade argan press cake by supercritical CO2 extraction. Food and Bioproducts Processing, 2023, 137, pp.168-176. ⟨10.1016/j.fbp.2022.11.011⟩. ⟨hal-03992094⟩ Plus de détails...
The capability of supercritical CO2 to extract edible oil from handmade Argan press cake was investigated. The aim is to enable Moroccan cooperatives to improve their economic situation by valuing the handmade argan press cake, which is nowadays considered as a waste, applying a clean extraction process. Extraction experiments were conducted at 300 and 400 bar, 333 K and 0.14 kg/h on dried biomass. The fatty acids and tocopherols compositions of the extracted oil were found similar to previous studies and correspond to a commercial edible oil. The air flow dried biomass exhibits a higher extraction yield compared to the freeze-dried biomass. A pressure of 300 bar seems to be suffcient to allow the extraction of oil with a satisfactory extraction kinetic.
Adil Mouahid, Magalie Claeys-Bruno, Isabelle Bombarda, Sandrine Amat, Andrea Ciavarella, et al.. Valorization of handmade argan press cake by supercritical CO2 extraction. Food and Bioproducts Processing, 2023, 137, pp.168-176. ⟨10.1016/j.fbp.2022.11.011⟩. ⟨hal-03992094⟩
Grégory Cano, Philippe Moulin. Treatment of Boiler Condensate by Ultrafiltration for Reuse. Membranes, 2022, 12 (12), pp.1285. ⟨10.3390/membranes12121285⟩. ⟨hal-03967074⟩ Plus de détails...
The generation of water vapor is crucial for the petrochemical industry. In order to protect the boiler from damage, the re-injected water must not contain any suspended matter, especially hydrocarbons. Moreover, it is condensed steam with a temperature close to 100 °C and the unintentional creation or chronic generation of pollution, respectively, that can more or less produce the concentrated pollution. In this context, membrane processes appear promising in order to achieve this reuse and more especially crossflow ceramic membranes. The novelty of this paper is to study the retention of hydrocarbons and suspended solids contained in the condensate hot water of a high-capacity boiler using ceramic ultrafiltration membranes. In total, two ultrafiltration molecular weight cut-offs were used: 50–150 kDa. Several operating parameters were studied such as effluent type (accidental or chronic pollution), temperature, transmembrane pressure, initial volume, and pilot plant size. In all cases, retention of suspended matter was above 90% and residual hydrocarbon concentrations were under 0.1 ppm even for high-volume concentrations. Control of the transmembrane pressure and the molecular weight cut-off of the membrane are key to optimizing the process. Despite the high-volume concentration obtained, the membranes were perfectly regenerated with conventional cleaning procedures.
Grégory Cano, Philippe Moulin. Treatment of Boiler Condensate by Ultrafiltration for Reuse. Membranes, 2022, 12 (12), pp.1285. ⟨10.3390/membranes12121285⟩. ⟨hal-03967074⟩
Mathieu Martino, Hugo Taligrot, Clémence Cordier, Philippe Moulin. Supercritical fluid treatment of organic membranes. Journal of Membrane Science, 2022, 661, pp.120892. ⟨10.1016/j.memsci.2022.120892⟩. ⟨hal-03967095⟩ Plus de détails...
Maryse Drouin, Giulia Parravicini, Samy Nasser, Philippe Moulin. Membrane Separation Used as Treatment of Alkaline Wastewater from a Maritime Scrubber Unit. Membranes, 2022, 12 (10), pp.968. ⟨10.3390/membranes12100968⟩. ⟨hal-03967086⟩ Plus de détails...
Since 1 January 2020, the sulfur content allowed in exhaust gas plume generated by marine vessels decreased to 0.5% m/m. To be compliant, a hybrid scrubber was installed on-board, working in closed loop and generating a high volume of alkaline wastewater. The alkaline water suspension was treated by a silicon carbide multitubular membrane to remove pollutants, and to allow the water discharge into the natural environment. In this paper, membrane filtration behavior was analyzed for the maritime scrubber wastewater. A range of operating parameters were obtained for several feedwater quality-respecting industrial constraints. The objective was an improvement of (I) the water recovery rate, (II) the filtration duration, and (III) the permeate quality. Thus, in high-fouling water, a low permeate flow (60 L h−1 m−2) with frequent backflushing (every 20 min) was used to maintain membrane performance over time. In terms of water quality, the suspended solids and heavy metals were retained at more than 99% and 90%, respectively. Other seawater discharge criteria in terms of suspended solids concentration, pH, and polyaromatic hydrocarbons were validated. The recommended operating conditions from laboratory study at semi-industrial scale were then implemented on a vessel in real navigation conditions with results in agreement with expectations.
Maryse Drouin, Giulia Parravicini, Samy Nasser, Philippe Moulin. Membrane Separation Used as Treatment of Alkaline Wastewater from a Maritime Scrubber Unit. Membranes, 2022, 12 (10), pp.968. ⟨10.3390/membranes12100968⟩. ⟨hal-03967086⟩
13 décembre
- Développement d’une unité hybride couplant la désulfuration des gaz d’échappement et le traitement des effluents aqueux pour la marine marchande / Soutenance de thèse Maryse DROUIN
Doctorante : Maryse DROUIN
Date : Mardi 13 décembre à 9h45 dans l’amphithéâtre du CEREGE (Technopole Environnement Arbois - Méditerranée)
Résumé : Suite à la réduction des émissions de composés soufrés en pleine mer de 85 %, des unités de traitement de gaz d’échappement hybrides ont été installées sur les navires de commerce. Ces unités combinent le traitement du gaz par absorption et l’épuration des effluents liquides par filtration membranaire. La mise en place de ces procédés embarqués est récente (2020) et les contraintes d’opérabilités sont nombreuses notamment en ce qui concerne le fonctionnement des unités membranaires. Dans ce contexte, la thèse a pour principaux objectifs : (i) d’étudier le transfert de matière au travers des membranes (ii) d’optimiser les conditions opératoires et la gestion des procédés afin de (iii) fiabiliser le couplage des procédés en vue d’une utilisation continue. Pour cela, une caractérisation des différentes qualités d’eau à traiter obtenue après le lavage des gaz d’échappement a été réalisée. Puis le comportement et les performances des membranes multitubulaires, en carbure de silicium (SiC) et en oxyde de zircone (ZrO2), ont été étudiés à l’échelle semi-industrielle pour la filtration d’effluents réels. Les résultats obtenus ont permis pour chaque membrane de préconiser des paramètres de fonctionnement stable et de simplifier la gestion des unités embarquées. Les paramètres recommandés pour les membranes SiC, ont été validés en conditions réelles sur l’un des navires au cours de la navigation. Lors de cette étude, les résultats ont également mis en avant mettant une robustesse et une flexibilité de l’unité membranaire vis-à-vis du procédé global de désulfuration. Le traitement des eaux permet une navigation plus respectueuse de l’environnement avec la production d’un perméat exempt de matières en suspension et moins concentré en ions métalliques et en hydrocarbures. De plus, les paramètres préconisés ont permis une réduction de 70 % du volume de concentrat, dont le stockage est aujourd’hui la principale limitation à l’utilisation continue des unités en Closed Loop.
Jury
Claire FARGUES / Rapporteur / Maitre de conférences : Université Paris Saclay Julie MENDRET / Rapporteur / Maitre de conférences : Université de Montpellier Emilie CARRETIER / Examinateur / Professeur des Universités : Aix Marseille Université Rémy GHIDOSSI / Président du jury / Professeur des Universités : Université de Bordeaux Philippe MOULIN / Directeur de thèse / Professeur des Universités : Aix Marseille Université Samy NASSER / Invité / Senior Manager : CMAships pour le groupe CMA CGM
26 November 2021
- Ultrafiltration as urban wastewater tertiary treatment for water reuse at semi-industrial scale / Thesis defense Jiaqi YANG
Doctorant : Jiaqi YANG
Date de soutenance : Vendredi 26 November 2021 à 10h (Grand Amphithéâtre du CEREGE - Site de l'Arbois)
Abstract : Water reuse is a sustainable development strategy that benefits society and future generations. In this study, a semi-industrial ultrafiltration (UF) pilot plant established at the outlet of a wastewater treatment plant was studied to assess its feasibility and sustainability for non-potable water reuse. The optimization of operating conditions made it possible to support reliable and sustainable filtration performance, the operating conditions were optimized through comparative analysis in terms of water quality, permeability variation, irreversible fouling management, and water recovery rate. The best conditions were J80t40BW1/3 (flux of 80 L·h−1·m−2, filtration cycle time of 40 min, 1 air backwash followed by 3 classical backwashes), J60t60BW1/4 and J60t60BW1/3. The long-term study on condition J60t60BW1/3 provides sustainable and adaptable filtration performance regardless of the temperature and feed water quality variation. In addition, the air backwashes enabled excellent reversibility of membrane fouling, which was approximately 1.25 to 2 times higher than of classic backwashes in average. The quality of the UF permeate was good enough to be reused in non-potable purposes as it met reuse guidelines of the World Health Organization, reuse standards of France, and the most recent EU regulation for agricultural irrigation. A specific study of membrane cleaning has shown that the addition of NaClO in backwash water can greatly increase cleaning efficiency of air backwashes. Finally, the calculation of the capital expenditure (CAPEX) and operational expenditure (OPEX) of the UF system under optimized conditions gives a profitable net unit price for water production. Through this thesis, UF is confirmed to be a reliable tertiary treatment for water reuse and the results give operational indications for the industrial scale and provides proposals for the management of membrane fouling by air backwash with chemical assistance.
Jury :
Annabelle COUVERT (Examinateur) / Professeur des Universités, ISCR, ENSC Rennes
Lionel ERCOLEI (Membre invité) /Directeur de l’Innovation, Société des Eaux de Marseille Métropole
Marc HÉRAN (Rapporteur) / Professeur des Universités, IEM, Université de Montpellier
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