Detoxification of distillery condensates by reverse osmosis, ion exchange and combined processes. Application to recycling in alcoholic fermentation

Détoxification de condensats de distillerie par osmose inverse, échange d'ions et leur combinaison. Application au recyclage en fermentation alcoolique

Marjorie Gavach (1)

1 GENIAL - Ingénierie Procédés Aliments

In beet distillery, recycling condensates stillage to the fermentation step would be an effective way to decrease wastewater production and water consumption. This wastewater, currently discarded in ponds, could be reused as fermentation dilution water provided the fermentation inhibitory compounds (carboxylic acids, phenolics and furans) were removed. Investigations were focused on physico-chemical processes with best ability for target compounds removal: reverse osmosis, ion exchange and adsorption. Best operating conditions and possible combinations were determined with selected membranes and convenient resins in order to propose possible treatments adapted to industrial cases. Impact of RO, IE and combined treatments on the growth kinetics and physiological state of Saccharomyces cerevisiae was investigated in continuous fermentation process to help the choice of an adequate detoxification process. Fermentable effect of treated condensates was linked to the process removal efficiency. RO completed by a subsequent ion-exchange step is the only process to produce a treated condensate that does not hinder yeast growth nor yeast productivity. This recommended scheme was designed for an industrial application with a 100 m³.h⁻¹ flow rate. According to operatory parameters, flow sheet of produced effluents and required reagents as well as the corresponding utilities were presented.

Le recyclage des condensats d'évaporation dans l'étape de fermentation permettrait aux distilleries de diminuer leur consommation d'eau de forage et leur production d'effluents. Actuellement, les condensats sont traités par lagunage avant épandage et pourraient être recyclés comme eau de dilution pour la fermentation si les composés inhibiteurs qu'ils contiennent étaient éliminés : il s'agit de composés phénoliques, acides carboxyliques et dérivés du furane. L'étude du traitement a porté sur les procédés physico-chimiques présentant les meilleures capacités de rétention des composés inhibiteurs cibles : l'osmose inverse, l'échange d'ions et l'adsorption. L'étude des paramètres opératoires de ces procédés et de leurs combinaisons a permis d'optimiser leurs conditions d'application pour améliorer leur efficacité de rétention et de proposer leur mise en œuvre industrielle. L'impact des condensats diversement traités sur l'activité fermentaire des levures a été étudié lors de fermentations en continu. Le caractère fermentescible des condensats traités a été corrélé à l'efficacité de rétention du procédé. L'osmose inverse combinée à l'échange d'ions, permettant l'élimination de 99% des composés inhibiteurs cibles, est le seul procédé qui ne perturbe ni la croissance des levures ni leur production d'éthanol. A partir de cette combinaison on a dimensionné une unité traitant 100 m³.h⁻¹ de condensats. Selon les paramètres opératoires appliqués, on présente le bilan d'effluents produits et de réactifs consommés, ainsi que les installations correspondantes.

Mots clés: Condensates; Distillery; Wastewater; Water treatment; Recycling; Alcoholic fermentation; Reverse osmosis; Ion exchange

Mots clés: Condensats; Distillerie; Effluents; Traitement de l'eau; Recyclage; Fermentation alcoolique; Inhibition; Détoxification; Osmose inverse; Echange d'ions; Adsorption

Domaines: Ingénierie des aliments

Marjorie Gavach. Détoxification de condensats de distillerie par osmose inverse, échange d'ions et leur combinaison. Application au recyclage en fermentation alcoolique. Ingénierie des aliments. AgroParisTech, 2010. Français. ⟨NNT : 2010AGPT0037⟩. ⟨pastel-00570412⟩