Comparées aux eaux usées municipales, qui contiennent principalement des polluants courants comme la matière organique, l'azote et le phosphore, les eaux usées industrielles présentent souvent des compositions de contaminants complexes et sont fréquemment accompagnées de conditions extrêmes telles que des températures élevées, des acides forts et des alcalis forts. Dans ces conditions difficiles, les membranes organiques traditionnelles telles que le fluorure de polyvinylidène (PVDF) et le polyéthersulfone (PES) ont tendance à avoir des difficultés-elles sont sujettes au vieillissement, à la déformation, à la dégradation chimique, au colmatage des pores et même aux dommages induits par le gonflement-, ce qui entraîne une durée de vie considérablement raccourcie. En revanche, les membranes céramiques inorganiques, généralement constituées d'alumine (-Al₂O₃), offrent des avantages inhérents, notamment une résistance aux températures élevées, une forte résistance aux acides/alcalis, une résistance mécanique élevée et une résistance aux polluants hydrophobes. Lorsqu'ils sont combinés à des techniques de filtration à flux croisés et de lavage à contre-courant, ils peuvent relever efficacement les défis posés par les polluants à forte concentration-. En conséquence, ils démontrent d’excellentes performances de séparation et une stabilité opérationnelle dans des scénarios tels que les eaux usées huileuses, les eaux usées de la fabrication du papier et les eaux usées d’un parc industriel complet. Dans cet article, nous passons systématiquement en revue les scénarios d’application typiques des membranes en céramique d’alumine.
Principe de filtration des membranes en céramique d'alumine
Les membranes en céramique d'alumine sont fabriquées à partir d'-Al₂O₃ de haute pureté (généralement supérieure ou égale à 99 %). Leur microstructure présente généralement une asymétrie prononcée, formant une structure « sandwich » constituée d'une couche support, d'une couche intermédiaire et d'une couche de séparation. La couche de support est frittée à partir de particules d'alumine relativement grosses, offrant une résistance mécanique élevée et supportant la charge mécanique. La couche intermédiaire a une taille de pores comprise entre celle de la couche de séparation et de la couche de support, servant de pont de connexion et empêchant la couche membranaire de pénétrer dans le support macroporeux pendant la fabrication. La couche de séparation n'a généralement qu'une épaisseur de quelques à plusieurs dizaines de micromètres, avec une structure de pores dense qui détermine directement la précision de la filtration.
Soutenue par cette structure, la membrane en céramique permet une séparation efficace via une filtration à flux croisés. Lorsque le liquide d'alimentation contenant différentes fractions de tailles de particules s'écoule à travers la surface de la couche de séparation à une certaine vitesse, la taille des pores agit comme un mécanisme de tamisage. Sous l'action de la pression transmembranaire, le solvant (par exemple l'eau) et certains petits -solutés moléculaires plus petits que les pores de la couche de séparation traversent la membrane, pénètrent dans les grands canaux poreux du côté support et sont évacués sous forme de « perméat ». Pendant ce temps, les particules en suspension, les colloïdes, les bactéries, les matières organiques macromoléculaires et même les gouttelettes d'huile émulsionnées plus grosses que les pores sont retenues sur la surface externe de la membrane, formant un « rétentat ». Sur la base de ce principe, les membranes céramiques peuvent également être combinées avec une modification de surface ou d'autres technologies (telles que l'adsorption et la précipitation) pour éliminer sélectivement des composants spécifiques des eaux usées industrielles, tels que les ions de métaux lourds.