Céline GARNIER*, Wafa GUIGA* **, Marie-Laure LAMELOISE*, Laure BERTRAND* ** et Claire FARGUES*
*UMR Ingénierie Procédés Aliments, AgroParisTech, INRA, Université Paris-Saclay, 91300 Massy, France
**Conservatoire National des Arts et Métiers, UMR Ingénierie Procédés Aliments, 75003 Paris, France
celine.garnier@agroparistech.fr
RESUME
Dans un contexte de changement climatique, de croissance démographique et de développement économique, l’industrie recherche de nouvelles sources d’eau à exploiter. L’industrie agroalimentaire (IAA) nécessite un apport important en eau potable. Dans l’Union Européenne, cette source d’eau représente 75% des
consommations d’eau dans ces industries [1]. Une des pistes envisageables et étudiées dans le cadre de l’ANR MINIMEAU (ANR-17-CE10-0015) est de privilégier la réutilisation et le recyclage d’eau par la mise en place de boucles courtes installées au coeur du procédé de fabrication, remplaçant le mélange actuel des différentes eaux usées et leur transfert vers une station d’épuration. Comme les procédés membranaires tels que la nanofiltration ou l’osmose inverse représentent une solution pour de nombreux cas de recyclage [2], ils sont testés, de manière spécifique sur des pilotes de laboratoire, pour différentes filières des IAA. L’objectif de ces études est double : établir des schémas de recyclage applicables aux industries agroalimentaires et valider des modèles de dimensionnement programmables et utilisables par l’outil de simulation de procédés ProsimPlus (Prosim, Labège, France). Plus spécifiquement pour les membranes dites denses, différents modèles de transfert sont testés : notamment les modèles de convection, diffusion et électromigration basés sur l’équation
de Nernst-Planck pour les espèces ionisées, et le modèle de solubilisation diffusion basé sur la loi de Fick pour les solutés organiques non ionisés.
Le premier cas d’études retenu est un procédé de production de légumes racines surgelés (carottes). Il comprend plusieurs étapes : lavage, pelage puis rinçage, découpe, blanchiment et surgélation. L’eau est utilisée à toutes les étapes de la production et principalement pour le lavage du produit brut et le rinçage du produit pelé. L’eau de rinçage de la carotte après pelage, de couleur orange, a fait l’objet d’une analyse détaillée pour mesurer des paramètres globaux tels que Matières En Suspension (MES), Demande Chimique en Oxygène (DCO) et Carbone Organique Total (COT), mais aussi ions minéraux et solutés tels que les pesticides. Les résultats montrent que l’eau de rinçage est chargée en matières organiques et en ions minéraux et présente une très forte variabilité dans le temps: DCO entre 22 et 4 730 mgO2.L-1 et composition en sucres (saccharose, glucose et fructose) entre 46 et 100% de la DCO. Après un prétraitement par tamisage et microfiltration, des tests de nanofiltration et d’osmose inverse (Tableau 1) ont été réalisés sur le pilote LabStakM20 (Alfa- Laval, Les Clayes sous Bois, France). Les résultats des prétraitements retenus montrent un abattement minimum en DCO et MES respectivement de 28% et 93% (Fig. 1). La figure 1 compare, à flux identique (entre 113 et 121 l.h-1m-2), les performances de différentes membranes de nanofiltration. On constate que ce sont les membranes de seuil 150- 300 Da qui permettent d’atteindre de meilleurs taux de rétention en DCO et en sucres. La problématique du colmatage a été appréhendée en calculant les perméabilités à l’eau avant et après filtration de l’effluent (Tableau 1). Des analyses après chaque étape de traitement ont été réalisées et permettent d’effectuer des recommandations sur l’utilisation de la nanofiltration et de l’osmose inverse comme procédés permettant le recyclage de l’eau dans ce contexte. Notamment, les perméats de nanofiltration présentent une teneur en matière organique très supérieure à celle de l’eau potable, ce qui interdit leur réutilisation à l’étape du blanchiment, mais la rend possible aux étapes amont de lavage, pelage ou découpe.
MOTS-CLES DU THEME
Recyclage, traitement de l’eau.
MOTS-CLES LIBRES
Procédés membranaires, industrie agro-alimentaire, économie circulaire.
TABLEAUX
Tableau 1. Perméabilités avant et après traitement pour différentes membranes testées
FIGURES
References
[1] K. Valta, K. Moustakas, A. Sotiropoulos, D. Malamis, and K. J. Haralambous, « Adaptation measures for the food and beverage industry to the impact of climate change on water availability, » (in English), Desalination and Water Treatment, Article; Proceedings Paper vol. 57, no. 5, pp. 2336- 2343, Jan 2016, doi: 10.1080/19443994.2015.1049407.
[2] J. Klemes, R. Smith, and J. K. Kim, « Handbook of water and energy management in food processing Preface, » in Handbook of Water and Energy Management in Food Processing, J. Klemes, R. Smith, and J. K. Kim Eds., (Woodhead Publishing in Food Science Technology and Nutrition, no. 160). Cambridge: Woodhead Publ Ltd, 2008, pp. XXV-XXXVIII.