La nanofiltration est une technologie de séparation des molécules grâce à une membrane qui offre des solutions clés aux défis contemporains de filtration.
Alliant les avantages de l'ultrafiltration et de l'osmose inverse, la nanofiltration permet une séparation efficace et sélective des particules à l'échelle nanométrique.
Ce guide détaille les fondements de cette technologie, ses applications ainsi que les avancées et innovations récentes.
Points à retenir
- La nanofiltration est un procédé mécanique utilisant des membranes pour filtrer les particules en fonction de leur taille.
- Cette technique de filtration est utilisée pour le traitement des eaux difficiles
- Elle a de nombreuses applications : eau domestique, secteur pharmaceutique, dépollution, etc.
Qu’est-ce que la nanofiltration ?
La nanofiltration est une technique de filtration mécanique qui est réalisée grâce à des membranes : l’eau passe à travers les pores de la membrane et seules les particules plus petites que les pores sont préservées.
La nanofiltration est aussi appelée filtration par membrane.
Il s’agit d’un système qui sépare les molécules à l’aide de la pression et en fonction de leur taille, à partir d’un procédé mécanique, donc sans chimie. Cette séparation est réalisée à travers des membranes qui permettent d’éliminer certaines substances en fonction de l’objectif visé. La nanofiltration élimine les particules jusqu’à la taille de 0.001 micron, comme les sels dissous, les bactéries, les protéines…
A noter : La nanofiltration est apparue à la fin des années 1960 et a beaucoup progressées au fil du temps en raison de l’émergence de nombreux domaines d’application liés notamment à la protection de l’environnement où les besoins se sont multipliés (dépollution, séparation des matières, etc.).
Comment fonctionne la nanofiltration ?
Le principe de la nanofiltration repose sur la séparation des solutés selon leur taille et leur charge. Cette sélection est réalisée grâce à une pression de 5 à 6 bars. À travers une membrane semipermeable, seuls les solutés plus petits que les pores peuvent passer, tandis que les plus grands ou ceux ayant une charge opposée à celle de la membrane sont retenus. Cette sélectivité permet d'obtenir un produit final de qualité supérieure.
Le design des systèmes de nanofiltration influence directement leur performance. Les éléments clés à considérer incluent la configuration en spirale ou tubulaire des membranes, l'optimisation du flux transversal pour minimiser le colmatage, ainsi que la conception modulaire pour faciliter la maintenance et l'expansion.
Les avantages et inconvénients de la nanofiltration
La nanofiltration est basée sur un principe mécanique, qui n’utilise donc pas de produits chimiques. De plus, il s’agit d’un procédé éprouvé et efficace pour la filtration et la purification de l’eau. Enfin, la nanofiltration a de nombreuses applications industrielles et domestiques.
La nanofiltration présente peu d’inconvénients. Néanmoins, elle est surtout adaptée à la filtration des eaux difficiles.
Quelle est la différence entre nanofiltration et osmose inverse ?
Contrairement à l’osmose inverse, la nanofiltration nécessite moins d'énergie pour fonctionner grâce à sa pression opératoire inférieure. De plus, elle permet de sélectionner les particules à conserver, comme les minéraux, par exemple. C’est impossible avec l’osmose inverse.
Quelle est la différence entre nanofiltration et ultrafiltration ?
Comparée à l'ultrafiltration, elle offre une meilleure rétention des solutés organiques et inorganiques tels que les ions multivalents.
À quoi sert la nanofiltration ?
La nanofiltration permet une filtration ciblée. Par exemple, il est possible de garder les minéraux présents naturellement dans l’eau.
La nanofiltration a de nombreuses applications. C’est un système de dépollution efficace.
Par exemple, elle peut avoir pour objectif d’éliminer les éléments suivants :
- Les pesticides dans les eaux souterraines
- Les métaux lourds dans les eaux usées
- Les substances indésirables dans les eaux usées des laveries ou industries du papier, du bois et de la teinture
- Les nitrates dans une eau destinée à la consommation
- Le calcaire pour adoucir l’eau
- Le sel de l’eau de mer
- Etc.
De nombreuses applications existent dans différents domaines depuis de nombreuses années :
- Le traitement de l'eau
La nanofiltration est largement utilisée dans le traitement de l'eau potable et industrielle pour éliminer efficacement les contaminants tels que les ions, les pesticides et les matières organiques dissoutes. Elle permet également la récupération d'eau à partir de flux résiduaires ou saumâtres.
- Le dessalement des eaux de mer ou eaux saumâtres
La nanofiltration est utilisée pour filtrer les eaux salines.
- Le secteur pharmaceutique
Dans l'industrie pharmaceutique, la nanofiltration est employée pour la séparation et la purification des produits chimiques actifs, des peptides et des protéines. Cette technologie offre une alternative plus douce et moins énergivore aux méthodes traditionnelles telles que l'évaporation ou la distillation.
- L’élimination des métaux lourds
La nanofiltration est utilisée pour traiter les eaux avant leur rejet dans l’environnement afin d’éviter une pollution métallique, car les métaux lourds sont toxiques pour la faune et la flore. On a recours à la nanofiltration pour traiter l’eau provenant :
- Des rejets d’usines, par exemple les usines de papeteries qui rejettent du mercure ou les tanneries qui renvoient du chrome et du cadmium
- Les boues des stations d’épuration
- Les eaux polluées avec des fongicides
- Les retombées atmosphériques lors des incinérations de déchets ou de combustion d’essence
- Les eaux pluviales récupérées des toitures
Entretien d’un système de nanofiltration
Maintenir un flux de perméat optimal est essentiel pour assurer une performance durable. Il convient de surveiller régulièrement le débit, la pression et le taux de réjection, tout en ajustant les paramètres opératoires selon les besoins spécifiques du procédé.
Le colmatage est un problème courant dans les systèmes de nanofiltration. Pour minimiser son impact, il est recommandé de prétraiter la feedwater (e.g., par ozonation ou filtration sur charbon actif), d'optimiser les conditions opératoires et de nettoyer régulièrement les membranes.
L’avenir de la nanofiltration
Les progrès récents dans le domaine de la nanofiltration incluent :
- l'amélioration des propriétés mécaniques et chimiques des membranes
- le développement de matériaux plus écologiques
- l'intégration de technologies d'énergie renouvelable pour réduire l'empreinte énergétique des systèmes
Les membranes de nanofiltration sont généralement composées de polymères synthétiques tels que le polyamide ou le polysulfone, offrant une excellente stabilité chimique et mécanique. De nouvelles recherches explorent l'utilisation de matériaux plus durables et écologiques, tels que les membranes à base de cellulose.
La nanofiltration continuera à évoluer pour répondre aux besoins croissants en matière de traitement de l'eau et de séparation des substances. Les tendances futures n matière de filtration de l’eau incluent :
- la miniaturisation des systèmes
- l'automatisation
- la personnalisation des processus selon les applications spécifiques
En résumé, la nanofiltration s'impose comme une technologie clé pour relever les défis contemporains de filtration et de séparation. Ses avantages distinctifs, son large éventail d'applications industrielles et ses perspectives d'évolution en font un choix privilégié pour les professionnels du secteur.
En optimisant les procédés et en tirant parti des avancées technologiques, la nanofiltration contribuera sans aucun doute à améliorer la qualité des produits finaux dans diverses industries.