Lait 68 (1988) 157-176
DOI: 10.1051/lait:1988211

Factors affecting fouling of an inorganic membrane during sweet whey ultrafiltration

Christine TADDEI^a, P. AIMAR^b, G. DAUFIN^a and V. SANCHEZ<sup>b

a</sup>  INRA, Laboratoire de Recherches de Technologie laitière 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France
^b  CNRS, Laboratoire de Chimie Physique et d'Electrochimie 118, roule de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex, France

Abstract - The effect of sweet whey concentration and composition on fouling was studied during ultrafiltration at 50 °C through an inorganic membrane (Carbosep M4 type). The experimental variations in the course of time of flux, protein rejection and membrane resistance were analysed for several solutions and operating conditions. It is likely that protein adsorption and convective deposition of particles of solid matter are involved in membrane fouling by whey. Both phenomena occured at the very beginning of the ultrafiltration run. Their respective extent and kinetics depended on whey composition and concentration as well as on operating conditions.
The effect of several whey components on membrane fouling was also shown: soluble proteins, suspended particules, residual fat, calcium salts precipitating during ultrafiltration. Moreover, protein rejection was related to fouling type and operating conditions.
The results obtained with concentrated wheys should lead to an improvement of operating conditions in a three-stage ultrafiltration plant. A compromise solution between high fluxes and high protein rejection must be choosen to limit protein losses since the membrane is only partly retentive for whey proteins.

Résumé - Facteurs influençant l'encrassement d'une membrane minérale lors de l'ultrafiltration de lactosérum doux
L'objectif de ce travail est d'étudier l'influence de la concentration et de la composition d'un lactosérum doux sur le transfert de matière lors de l'ultrafiltration à 50 °C sur membrane minérale (Carbosep, Type M4). Le transfert de matière est caractérisé par des mesures de flux, rétention en protéines (β-lactoglobuline, α-lactalbumine), résistance hydraulique de la membrane. Cette dernière est un témoin de l'encrassement irréversible de la membrane. La composition du lactosérum est modifiée par centrifugation, clarification et complexation du calcium. Une solution de β-lactoglobuline est également utilisée. L'analyse des variations des grandeurs représentatives du transfert en fonction du temps pour plusieurs lactosérums (concentrés et prétraités) et différents couples (U, ΔP) précise la nature des phénomènes limitants impliqués dans le colmatage : adsorption de protéines et dépôt de matière par convection.
Ces phénomènes interviennent dès le début de l'ultrafiltration. Leur ampleur et cinétique respectives dépendent de la concentration et de la composition du lactosérum et également des conditions opératoires. Plusieurs constituants du lactosérum participent au colmatage : protéines solubles, particules en suspension, matière grasse résiduelle et sels de calcium qui peuvent précipiter en cours d'ultrafiltration.
A partir des résultats obtenus sur les lactosérums concentrés, quelques tendances se dégagent pour la conduite d'une installation d'ultrafiltration. Les conditions opératoires (U, ΔP) doivent être modulées suivant l'étage de concentration considéré pour limiter les pertes en protéines dans le cas de membranes partiellement rétentives. Il apparaît également nécessaire de définir des compromis flux-rétention.

Key words: Fouling / Ultrafiltration / Whey

Mots clés : Encrassement / Ultrafiltration / Lactosérum