Lait 74 (1994) 267-279
DOI: 10.1051/lait:1994422

Whey crossflow microfiltration using an M14 Carbosep membrane: influence of initial hydraulic resistance

G. Gésan^a, G. Daufin^a and U. Merin<sup>b

a</sup>  Laboratoire de Recherche de Technologie Laitière, INRA, 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France
^b  Dairy Science Laboratory, ARO The Volcani Center, PO Box 6, Bet Dagan 50250, Israel

(Received 31 December 1993; accepted 6 April 1994)

Abstract - Membrane hydraulic resistance (Rm) for the same nominal M14 Carbosep membrane (pore diameter 0.14 μm) was found to vary significantly from 0.85 ± 0.05 to 1.22 ± 0.09 10¹² m^-1. Pre-treated whey microfiltration experiments carried out using these new membranes resulted in shorter operating time and lower protein transmission for the low Rm membranes. When the same membrane was used new, irreversibly fouled or cleaned (Rm = 1.14, 2.48 and 1.26 10¹² m^-1 respectively) fouling evolution was positively correlated with Rm increase. It was assumed that a low Rm of a new membrane indicated a larger population of large pores which under constant permeation flux experiments filtered larger volumes and thus fouled faster. Residual fouling after cleaning was found to have a negative effect on performance presumably due to alteration of the membrane's morphological characteristics and to electrostatic and hydrophobic interactions of the feed stream with the residual fouling layer.

Résumé - Microfiltration tangentielle de lactosérum avec une membrane M14 Carbosep : influence de la résistance hydraulique initiale
L'objectif de ce travail est de montrer les conséquences de la variation de la résistance hydraulique (Rm) de la membrane M14 Carbosep (diamètre de pores 0,14 μm) à l'état neuf et nettoyé (avec colmatage résiduel) sur les performances de la microfiltration tangentielle de lactosérum doux prétraité. Deux lots de membranes (30 au total) montrent que la résistance Rm de cette membrane varie de 0,85 ± 0,05 à 1,22± 0,09 10¹² m^-1. En répétant une même microfiltration avec différentes membranes M14, il s'avère qu'une membrane neuve de forte perméabilité initiale (Rm petit) réduit le colmatage aux temps courts, mais diminue la durée opératoire de la microfiltration. Quand une même membrane est utilisée neuve ou irréversiblement colmatée ou nettoyée (Rm = 1,14; 2,48; 1,26 10¹² m^-1 respectivement), un grand Rm réduit les performances de la microfiltration (durée opératoire plus faible, moins bonne récupération des protéines). De tels résultats peuvent être expliqués par l'existence d'une plus grande population de grands pores dans les membranes neuves de petit Rm : lors de microfiltrations menées à flux de perméation constant, un écoulement préférentiel se crée dans les zones de faible résistance, c'est-à-dire dans les grands pores, qui filtrent plus et se colmatent plus vite. Le colmatage résiduel après nettoyage affecte les performances de l'opération, ce qui peut être la conséquence d'une réduction de l'aire filtrante efficace et d'interactions électrostatiques et hydrophobes entre le produit à filtrer et le colmatage résiduel. Ces résultats mettent en évidence la nécessité de rechercher des procédures adéquates de nettoyage de membranes de microfiltration.

Key words: crossflow microfiltration / whey / hydraulic resistance / membrane fouling

Mots clés : microfiltration tangentielle / lactosérum / résistance hydraulique / membrane / colmatage