Lait 82 (2002) 343-356
DOI: 10.1051/lait:2002015

Comparison of commercial membranes in nanofiltration of sweet whey

Elina Räsänen^{a, b}, Marianne Nyström^b, Janne Sahlstein^a and Olli Tossavainen<sup>a

a</sup>  Valio Ltd, Research & Development, P.O. Box 30, 00039 Valio, Finland
^b  Laboratory of Technical Polymer Chemistry, Department of Chemical Technology, Lappeenranta University of Technology, P.O. Box 20, 53851 Lappeenranta, Finland

(Received 30 April 2001; accepted 20 July 2001)

Abstract
The performance of commercial nanofiltration membranes was studied during concentration and demineralization of sweet whey. The tested membranes were Desal-5 DK, NF45 and Koch SR1. Two different generations of the NF45 membranes were studied. Concentration of whey was made both with a flat-sheet module and in a pilot plant equipped with one spiral wound element. The new generation of the NF45 membrane has comparable retention characteristics with the Desal-5 DK. The Koch SR1 membrane has lower salt and lactose retention than the Desal-5 DK and similar retention characteristics to the older generation of the NF45, which is no longer commercially available. When using the new generation of the NF45 membrane one can expect lower permeate flux and higher retention of salts and lactose than before with the older generation of the NF45 membrane. The highest permeate fluxes of the tested membranes were reached with the Koch SR1 membrane. Concentration of sweet whey with a flat-sheet module and a spiral wound element resulted in similar concentrate composition. Therefore, the flat-sheet module may be used when information on product composition is being investigated. The permeate flux was higher with the flat-sheet module than with the spiral wound element. Thus, either the spiral wound module is more prone to concentration polarization than the flat-sheet module or one can assume that the whole membrane area of the spiral wound module is not used effectively.

Résumé
Comparaison de membranes commerciales pour la nanofiltration du lactosérum doux. Les membranes commerciales de nanofiltration ont été étudiées pour la concentration et la déminéralisation du lactosérum doux. Les membranes testées sont Desal-5 DK, NF45 et Koch SR1. Deux générations de membranes NF45 ont aussi été étudiées. La concentration du lactosérum doux a été effectuée avec un module plat et un pilote équipé d'un élément spiral. La nouvelle génération de membranes NF45 a les mêmes caractéristiques de rétention que les membranes Desal-5 DK. Les membranes Koch SR1 ont une rétention en sels et lactose plus faible que les membranes Desal-5 DK et ont les mêmes caractéristiques de rétention que l'ancienne génération de membranes NF45. L'ancienne génération de membranes NF45 n'est plus disponible dans le commerce. L'utilisation des nouvelles membranes NF45 conduit à un flux de perméat réduit et à de meilleures rétentions en sels et lactose en comparaison avec la précédente génération. Les flux de perméats maximaux sont obtenus en utilisant les membranes Koch SR1. Le lactosérum doux concentré avec le module plat a la même composition que celui obtenu avec le module à élément spiral. Par conséquent, le module plat devrait être utilisé lorsque la composition du produit est l'information désirée. Le flux de perméat obtenu avec le module plat est supérieur à celui obtenu avec le module à élément spiral. Le module à élément spiral serait donc plus facilement sujet à une polarisation de concentration que le module plat, à moins que toute la surface de la membrane dans le module à élément spiral ne soit pas utilisée de façon optimale.

Key words: Nanofiltration / spiral wound module / flat-sheet module / sweet whey / concentration

Mots clés : Nanofiltration / module à élément spiral / module plat / lactosérum doux / concentration

Correspondence and reprints: Elina Räsänen Tel.: 358 10 381 3224; fax: 358 10 381 3219;
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