Analyse du champ d'application des équipements d'ultrafiltration dans divers domaines
L'ultrafiltration est une technologie de séparation membranaire innovante. Parmi toutes les méthodes de séparation membranaire telles que la microfiltration, l'ultrafiltration, Osmose inverseParmi les techniques de séparation des gaz par osmose, électrodialyse et membrane, l'ultrafiltration est celle qui a le plus d'applications et qui est la plus aboutie.
La technologie d'ultrafiltration est bien implantée dans des secteurs industriels légers tels que l'agroalimentaire, les boissons, la production d'alcool, l'industrie pharmaceutique, le textile, l'imprimerie et la teinture, le revêtement de surface (peinture électrophorétique), la papeterie, le traitement de l'eau potable, l'amélioration de la qualité de l'eau en milieu rural et l'électronique. Ses applications comprennent la récupération de la peinture électrophorétique, l'élimination des pyrogènes dans les produits pharmaceutiques, la séparation et la concentration des protéines, ainsi que la récupération de l'amidon. Purification de l'eau pour la transformation des aliments, la purification de l'eau pour les boissons et l'alcool, l'élimination de la turbidité et la clarification des produits finis, l'élimination des colloïdes de diverses eaux de production, la réduction de la turbidité et de la teneur en matières en suspension, la réduction de l'indice SDI, l'élimination de diverses bactéries et virus, l'élimination de l'acide humique et d'autres matières organiques de grande taille moléculaire, la réduction de la DCO et de la DBO, la réduction de la couleur et de la teneur en huile, et la récupération de substances utiles à partir des eaux usées, etc.
I. Applications de l'ultrafiltration à l'eau potable (eau du robinet)
Ces dernières années, le gouvernement a accordé une attention particulière aux projets d'eau potable et leur a apporté un soutien substantiel. Cela concerne non seulement l'eau du robinet en milieu urbain, mais aussi l'eau potable en milieu rural. L'amélioration de l'accès à l'eau en milieu rural est impulsée par des politiques spécifiques, du niveau central au niveau local. L'ultrafiltration, utilisée pour résoudre le problème de l'eau potable dans les zones rurales, permet de produire une eau exempte de bactéries, de micro-organismes et d'impuretés, avec des avantages indéniables tels que des coûts d'investissement réduits, une automatisation simple et une qualité d'eau stable.
II. Applications de l'ultrafiltration dans l'industrie alimentaire
1. Industrie des jus et des boissons. Depuis les années 1980, les technologies de séparation membranaire, telles que l'ultrafiltration, sont utilisées à l'étranger pour la production et la transformation de jus de fruits et de légumes (pomme, orange, poire, raisin, citron, tomate, etc.) afin d'assurer leur stérilisation, leur clarification et leur concentration. Comparé aux méthodes traditionnelles, ce procédé présente plusieurs avantages : réduction des coûts d'exploitation et de main-d'œuvre ; préservation des composés aromatiques et liposolubles des jus de fruits et de légumes, pour un goût plus proche de la fraîcheur et une meilleure qualité ; élimination des micro-organismes et des enzymes en excès, facilitant le stockage à long terme sans sédimentation ; et fonctionnement plus fiable grâce à l'automatisation, garantissant une qualité de produit plus constante.
Actuellement, la technologie d'ultrafiltration est utilisée en Chine pour la production de nouveaux jus de fruits et de légumes. Selon les études, le jus clarifié par ultrafiltration présente une qualité nettement supérieure à celle des jus obtenus par d'autres méthodes, pour un coût de production moindre. Par exemple, le jus de pastèque, après ultrafiltration, conserve plus de 90 % de ses principaux nutriments : sucres, acides organiques et vitamine C. De plus, l'ultrafiltration a un effet stérilisant ; le jus de pastèque traité par ultrafiltration présente un taux de stérilisation supérieur à 99,9 %, répondant ainsi aux normes d'hygiène nationales pour les boissons et les aliments sans pasteurisation.
2. Application de l'ultrafiltration dans la transformation des boissons à base de thé
Après infusion, le thé, avec son arôme et sa saveur uniques, ainsi que ses nombreux bienfaits pour la santé, est devenu la deuxième boisson la plus consommée au monde. Comparée aux méthodes traditionnelles de clarification du thé (précipitation à basse température et adsorption, chélation ionique, dissolution par transfert, méthodes de précipitation, méthodes d'oxydation, etc.), l'ultrafiltration est une méthode purement physique qui ne nécessite aucun ajout d'additifs, ce qui est particulièrement avantageux pour l'industrie agroalimentaire. Parallèlement, cette technologie permet de maximiser la rétention des composés actifs du thé, tels que les polyphénols, les acides aminés et la caféine, tout en garantissant sa limpidité, avec un impact minimal sur la couleur, l'arôme et le goût. Elle préserve également en grande partie les composés aromatiques du thé noir. De plus, le procédé d'ultrafiltration, réalisé sous pression à une température de 20 à 30 °C, est particulièrement adapté à la clarification des thés thermosensibles. L'ultrafiltration à basse température permet de garantir la stabilité de la qualité du thé sur une plus longue période. Les polysaccharides du thé constituent l'un de ses principaux ingrédients actifs. Ils possèdent des propriétés pharmacologiques telles que la réduction de la glycémie, l'anticoagulation, la protection contre la thrombose, la tolérance à l'hypoxie et le renforcement du système immunitaire. Les recherches actuelles à leur sujet sont vastes et approfondies.
3. Industrie de transformation laitière
Actuellement, la technologie d'ultrafiltration est principalement utilisée pour la concentration du lait cru et du lait écrémé, la préconcentration du lactosérum, le raffinage du lait cru, la séparation des protéines et des peptides, ainsi que la récupération du lactose, des matières grasses et des protéines contenus dans les eaux usées de lactosérum issues de la production fromagère. Elle permet des économies d'énergie, une réduction de la dénaturation des protéines, une amélioration de la qualité des produits et l'extraction de multiples composants des produits laitiers, offrant ainsi des avantages considérables par rapport aux méthodes de production traditionnelles, avantages que les techniques de transformation classiques ne peuvent égaler.
Le procédé le plus couramment utilisé pour la concentration et la séparation du lactosérum est l'ultrafiltration. Ce procédé permet d'obtenir une poudre de protéines de lactosérum dont la teneur en protéines varie de 35 % à 85 %. Par dilution continue de la phase concentrée via une filtration complète, il est possible d'obtenir une poudre de protéines de lactosérum à teneur en protéines encore plus élevée. De plus, l'introduction de technologies combinant ultrafiltration et osmose inverse permet l'élimination simultanée du lactose et des cendres du perméat membranaire tout en concentrant les protéines de lactosérum, élargissant ainsi considérablement le champ d'application du lactosérum entier en poudre. La qualité des protéines de lactosérum est nettement améliorée après l'introduction de l'ultrafiltration et de l'osmose inverse. Comparée aux produits obtenus par les procédés traditionnels, la teneur en protéines est près de quatre fois supérieure et la teneur en lactose est réduite d'environ 40 %.
4. Industrie des huiles et graisses : L’application de la technologie d’ultrafiltration aux procédés de dégommage et de décoloration des huiles combine ces deux étapes en un seul processus, éliminant ainsi de nombreuses étapes des méthodes traditionnelles. Elle permet d’accroître considérablement le rendement en huile, de réduire la quantité d’argile décolorante utilisée et le coût du traitement des déchets d’argile décolorante, et de minimiser les pertes d’huiles neutres absorbées par cette argile. Dans le traitement des sous-produits pétroliers, comme la préparation de protéines de soja, les membranes d’ultrafiltration peuvent être utilisées pour retenir les protéines de haut poids moléculaire tout en laissant passer les petites molécules. Un concentré de protéines de soja peut être préparé à l’aide de membranes en polysulfonamide avec un seuil de coupure de 20 000 à 30 000 Da. La membrane présente un taux de rétention des protéines allant jusqu’à 95 % et un taux de récupération des protéines après concentration de 93,9 %, supérieur à celui obtenu par précipitation acide. Dans le même temps, les propriétés de solubilité, de moussage, d'émulsification et d'absorption d'huile de l'isolat de protéines de soja extrait par la technologie de séparation membranaire sont toutes supérieures à celles de l'isolat de protéines de soja produit par la méthode traditionnelle de « dissolution alcaline et de précipitation acide ».
5. L'industrie brassicole du baijiu comprend souvent du palmitate d'éthyle, du linoléate d'éthyle et d'autres substances solubles dans l'alcool mais insolubles dans l'eau. Lorsque la teneur en alcool et la température diminuent, la solubilité de ces substances diminue également, ce qui rend le baijiu trouble et altère sa qualité. Ces substances troubles ont une granulométrie fine et une faible densité, ce qui les rend inadaptées aux méthodes de filtration conventionnelles. Cependant, la qualité du baijiu peut être garantie par ultrafiltration [7]. L'ultrafiltration, qui remplace la centrifugation, permet de purifier le vin sans ajout de réactifs chimiques, produisant un vin limpide et réduisant sa teneur en éthanol. La filtration est une étape cruciale de la production de bière, visant à éliminer les substances infimes telles que les levures, les protéines et les composés polyphénoliques, améliorant ainsi la stabilité biologique et non biologique de la bière. La bière filtrée sur coton ou terre de diatomées est appelée bière pression ; elle devient trouble après une semaine de stockage. La bière pasteurisée à chaud se conserve généralement de 60 à 90 jours, mais son goût est inférieur à celui de la bière pression. L'ultrafiltration permet de résoudre les problèmes de goût et de durée de conservation. Les technologies et procédés de transformation correspondants se répartissent en deux grandes catégories : les procédés de filtration et les procédés de clarification.
III. Applications de l'ultrafiltration dans l'industrie pharmaceutique
L'ultrafiltration dans l'extraction et le raffinage des composants de la médecine traditionnelle chinoise
Ces dernières années, avec la généralisation de l'ultrafiltration dans l'industrie agroalimentaire, de plus en plus de personnes se sont familiarisées avec cette technologie et la maîtrisent, profitant de ses nombreux avantages. Désormais, l'ultrafiltration n'est plus cantonnée à l'industrie alimentaire et son application s'étend progressivement à d'autres domaines, comme l'extraction et le raffinage de l'acide chlorogénique, un composant de la médecine traditionnelle chinoise.
IV. Applications de l'ultrafiltration dans les grandes entreprises industrielles
L'application de l'ultrafiltration est très répandue dans de grands secteurs industriels tels que le pétrole, la chimie, la sidérurgie, les centrales électriques et les mines de charbon. Depuis ses premières utilisations, en combinaison avec des procédés de traitement de l'eau existants pour produire de l'eau pure conforme aux normes (comme l'eau d'alimentation des chaudières dans les centrales électriques et les aciéries), jusqu'à la purification et le recyclage des eaux de process dans la production industrielle (comme les condensats, les eaux de refroidissement, les eaux de circulation et les eaux chimiques), et plus tard au traitement et à la réutilisation des eaux usées industrielles (comme la réutilisation des eaux usées du groupe sidérurgique de Taiyuan et la réinjection des eaux dans les champs pétrolifères), l'ultrafiltration s'est imposée à différentes étapes des procédés dans les grandes industries.
V. Applications dans le traitement et la réutilisation des eaux usées traitées et des eaux de drainage
1. Dans le traitement des eaux usées industrielles, la technologie d'ultrafiltration peut être utilisée pour récupérer la peinture des eaux usées de revêtement électrophorétique et est maintenant largement utilisée dans les lignes de production automatisées de revêtement électrophorétique dans le monde entier.
2. Dans le traitement des eaux usées urbaines, la technologie d'ultrafiltration est utilisée pour les eaux usées domestiques. Dans les immeubles résidentiels neufs de plus de 500 logements, un recyclage de l'eau à petite échelle est envisageable, par exemple en utilisant les eaux usées domestiques traitées par ultrafiltration pour alimenter les chasses d'eau, ce qui pourrait réduire la consommation d'eau des ménages de 40 %.
3. En ce qui concerne le dessalement de l'eau de mer, compte tenu de la situation actuelle de pollution de l'eau de mer en Chine, une promotion à grande échelle est en cours, utilisant principalement des membranes d'ultrafiltration pour le prétraitement afin d'assurer la durée de vie normale des membranes d'osmose inverse.