filtration sur support

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tamisage et microtamisage

Il s’agit en fait d’une filtration relativement grossière réalisée sur support mince constitué par un tissu métallique ou plastique ou par des éléments filtrants à orifices réguliers. Suivant les ouvertures, on distin­gue le microtamisage ou le macrotamisage (tableau 12 et dégrillage, tamisage, dilacération).

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Tableau 12. Microatamisage ou le microtamisage

Le « pouvoir de coupure » est défini par le vide de maille : le système est supposé éliminer toutes les par­ticules dont la taille est supérieure à la taille de la maille. En fait :

  • au fur et à mesure de son fonctionnement, les particules tamisées obstruent partiellement les mailles, et le filtre retient alors des particules de taille inférieure au pouvoir de coupure ;
  • il n’assure l’élimination des particules de taille supérieure à ses pores que dans la mesure où ces parti­cules ne sont pas déformables. Sous pression et avec de fortes pertes de charge, il pourra y avoir passage de particules déformables beaucoup plus grosses (ex. : flocs bactériens).

En fonctionnement gravitaire, la perte de charge maximale prévue pour ces filtres est généralement faible, de l’ordre de quelques dizaines de centimètres CE, compte tenu de la fragilité des toiles mises en œuvre qui risquent de se déchirer sous l’effet de pressions trop élevées en fonctionnement et/ou en lavage.

tamisage à surface libre

Ces appareils à tambours ou bandes partiellement immergés dans l’eau sont mis en rotation en continu ou en discontinu pour exposer leurs toiles à des jets d’eau sous pression assurant leur lavage.

microtamisage

L’objet principal d’un microtamis est d’éliminer le plancton contenu dans les eaux de surface ; il élimine simultanément les matières en suspension de grande taille et les débris végétaux ou animaux que l’eau con­tient. Il peut aussi être utilisé après épuration biologique ou après lagunage pour éliminer les matières en suspension résiduelles.

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Photo 3. Tamis de protection devant les Pulsator de Johsore Bahru (Malaisie)

Le microtamisage n’est pas recommandé en amont d’une chaîne de clarification sauf si l’eau dépasse 100 000 cellules de microalgues par mL ; en effet, la réduction du plancton obtenue par microtamisage varie entre 40 et 70 %. À titre comparatif, un bon décanteur (ou flottateur) permet d’obtenir une réduction de 75 à 90 % sans préoxydation, et de 85 à 99 % avec préoxydation. L’emploi de microtamis doit être limité à des eaux peu chargées en MES. Il est sans action sur la couleur et sur les matières organiques dissoutes et n’éli­mine que la fraction la plus grossière des particules en suspension.

macrotamisage

Il est utilisé pour la protection de pompes ou de certains types de décanteurs contre les détritus (débris végétaux, sacs plastiques…).

tamisage sous pression

Le tamisage (micro- ou macro-) des eaux peut être réalisé sous pression. Il est alors destiné à assurer :

  • soit une protection contre l’obstruction d’orifices relativement gros (quelques mm : rampes de lavage, certains circuits de refroidissement ouverts ou semi-ouverts) avec un seuil de tamisage de 0,5 à 5 mm. Devant les membranes d’UF à fibre creuse, on choisit une maille plus fine (100-200 μm) ;
  • soit l’élimination continue de matières fines (microtamisage).Le seuil de coupure peut être abaissé à 50-75 μm sinon plus bas et l’appareil s’intègre dans une chaîne de traitement. Ce peut être le cas de l’injec­tion d’eau de mer en récupération secondaire de pétrole.

Ces filtres sont appelés filtres rotatifs à régénération automatique (du fait de la technique de leur lavage) ou, quelquefois, filtres mécaniques sous pression. Ils sont utilisables avec des pressions différentielles de 0,5 à 2 bar.

filtration sur cartouches et bougies

but

En traitement d’eau, ces filtres sont utilisés pour résoudre l’un des problèmes suivants :

  • très haute qualité de filtrat, à partir d’eaux très peu chargées telles que :
    • condensats de chaudières HP, en démarrage ou en régime ;
    • alimentation de circuits d’eau ultrapure ;
    • protection de membranes d’osmose inverse ;

en eau ultrapure, on peut rechercher l’élimination de particules de plus en plus fines jusqu’à 0,2 mm (bac­téries) et l’utilisation de supports consommables est souvent permise malgré leur coût ;

  • protection de circuits hydrauliques tels que :
    • eau de mer en injection pour récupération secondaire ;
    • circuits de refroidissement ou d’usinage

contre l’entraînement de particules grenues, en particulier pour assurer la prévention de toute perte de matériaux filtrants (fibres, résines, charbon actif…), ou tout apport de particules par voie atmosphérique. Le niveau de filtration peut évoluer entre 200 et 1 μm.

choix des médias

Il est effectué en fonction de l’efficacité recherchée et de paramètres liés à l’exploitation.

critères d’efficacité des filtres

Le seuil de rétention nominal est donné par le constructeur pour un support et une suspension à traiter. Il correspond à la dimension des particules les plus fines retenues, sans donner un pourcentage d’élimina­tion rigoureux.

Le seuil de rétention « absolu » est le diamètre de la plus petite particule pour lequel l’indice a atteint la valeur que l’on recherche pour une application donnée.

Cet indice b = (nombre de particules dans l’eau à filtrer/nombre de particules dans le filtrat) est mesuré par filtration d’une suspension témoin.

Le comptage est effectué au moyen d’un compteur laser électronique. La figure 37 (β en fonction du dia­mètre de particule) est un exemple de résultat obtenu sur un filtre d’essai. Selon l’industrie, l’indice b recher­ché peut être de « 5 000/1 » ou « 2 000/1 » ou « 200/1 ».

On notera que le passage d’un seuil de rétention nominal à un seuil de rétention absolu peut représenter un coût jusqu’à plusieurs dizaines de fois supérieur.

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Figure 37. Exemple de mesure de l'indice ᵦ

L’indice de colmatage FI(SDI) (voir mesure des paramètres globaux : l’abaissement de cet indice exprime une diminution du pouvoir colmatant d’une eau vis-à-vis des membranes de clarification ou de dessalement (voir séparation par membranes) ; il est souvent (eaux colloïdales) beaucoup plus significatif que la seule considération du nombre de particules de taille supérieure à un/des seuil(s) donné(s).

paramètres liés à l’'exploitation

  • régénération ou consommation du matériau support ;
  • perte de charge et durée de cycle admissible ;
  • concentration en matières en suspension de l’eau à traiter ;
  • risques de relargages, après d’éventuels cycles de régénération, de matériau du support ou de matières retenues dans l’épaisseur de celui-ci.

Ces paramètres sont à considérer lors du choix du matériel et du support de filtration.

types de filtres

On distingue :

  • les cartouches consommables, équipées de :
    • membranes plissées à partir de papier, de films de polycarbonate ou de Nylon 66, de textiles non tissés mais thermosoudés (polypropylène)
    • feutres, textiles non tissés, bobinés, plastiques agglomérés.

Elles peuvent présenter des seuils de rétention absolus (voir ci-dessus) compris entre 0,1 et 20 mm ;

  • les cartouches rétrolavables à l’eau, équipées de :
    • fibres et métaux frittés, à seuils nominaux s’étageant de 6 à 100 mm ;
    • tissus en crin monofibre (polyester) à seuils nominaux compris entre 20 et 100 mm.

La possibilité de rétrolavage ne concerne que les cartouches à seuil nominal élevé, fonctionnant sur des eaux peu chargées ;

  • les bougies régénérables, équipées de :
    • métaux frittés ou céramiques ;
    • matières plastiques agglomérées.

La régénération est moins souvent assurée par rétrolavage à l’eau filtrée que par d’autres dispositions par­ticulières et compatibles avec les supports (vapeur, acides, ultrasons…).

D’une manière générale, que ce soit pour les cartouches rétrolavables ou les bougies régénérables, la fil­tration d’eaux colmatantes entraîne une dégradation progressive de ces supports et leur colmatage dans l’épaisseur même du filtre ; aussi leur remplacement, après un certain nombre de cycles, devient-il néces­saire.

filtration sur support avec précouche

On recherche une filtration de finition avec coupure aux environs du mm, la couche filtrante étant constituée :

  • soit du gâteau de filtration lui-même lorsque la taille des particules et leur concentration (0,5 à quelques g · L–1) s’y prêtent, par exemple :
    • « jus troubles » carbonatés en sucrerie ;
    • moûts de brassage « fonds de tanks » ;
    • pulpes d’hydrométallurgie ;
  • soit d’une précouche constituée « d’aide » à la filtration apportée en début de cycle (cellulose, diato­mées, microrésines) qui, ensuite, sert de couche de filtration active, comme par exemple dans le cas des microrésines qui permettent de filtrer et déminéraliser les condensats de centrale thermique. La figure 38 montre un schéma de filtre à précouche. Lorsque la perte de charge maximale est atteinte, cette précouche est débâtie par raclage ou soufflage et rétrolavage, puis un nouveau cycle est lancé.
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Figure 38. Filtre à précouche

En fait, le coût de maintenance de tels systèmes surtout le coût des matériaux de précouche (perdus à cha­que cycle) font que, sauf les cas des précouches autoformées, ces systèmes ont été abandonnés au profit, soit des systèmes décrits ci-avant, soit le plus souvent des membranes de clarification (voir séparation par membranes et séparation par membranes).