caractérisation numérique de la filtrabilité

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résistance spécifique à la filtration r

C’est la résistance qu’oppose à la filtration (ou à l’écoulement du filtrat) une quantité de gâteau déposée sur 1 m2 de surface filtrante et contenant 1 kg de produit sec.

Après plusieurs hypothèses réalistes de simplification (résistance négligeable du support filtrant par rap­port à la résistance r du gâteau et remplacement de la masse de MES déposée par unité de volume de filtrat par C, concentration en MES des boues), la résistance spécifique à la pression P (rp) s’établit ainsi :

Formule : résistance spécifique à la pression P

P = pression de filtration
S = surface filtrante
C = concentration des boues (MES) à l’entrée de l’appareil
h = viscosité dynamique du filtrat
a = pente de la droite obtenue lors de l’essai de filtrabilité (figure 38 et test de filtrabilité).

filtration pressionsImage sécurisée
Figure 38. Filtration sous différentes pressions

Il est d’usage d’établir les comparatifs entre différentes boues à partir de r0,5 (coefficient de filtration sous une pression différentielle de 0,5 bar ou 49 kPa).

La valeur r0,5 pour une boue mixte ERU se situe aux environs de 1014 à 1015 m · kg–1, valeur incompatible avec un passage direct sur filtre-presse. Il faudra donc faire appel, pour ce type de boue, à un conditionne­ment, voir conditionnement des boues, pour faire chuter r 0,5 à moins de 1012 m · kg–1, valeur permettant une filtration acceptable et donc l’obtention d’un gâteau de déshydratation.

En revanche, pour des boues de décarbonatation, beaucoup plus hydrophobes et cristallines, ou des boues ayant subi un conditionnement thermique (voir épaississement dynamique), les valeurs initiales de r0,5 sont très basses (1011 à 5 × 1011 m · kg–1) et aucun adjuvant n’est donc requis pour le passage sur filtre-presse.

facteur de compressibilité (voir test de filtrabilité)

Lors d’un accroissement de la pression différentielle, il se produit un resserrement des pores du gâteau, conduisant à une résistance accrue à la filtration :

Formule : facteur de compressibilité - résistance accrue à la filtration

La valeur de S, facteur de compressibilité, se définit graphiquement par la pente de la droite log rP = f (log P) (voir test CST (Capillary Suction Time) figure 22) et intervient sur le débit de filtration.

Si S < 0,7 : la boue est peu compressible et le débit de filtration augmente avec P croissant (cas des boues hydrophobes et cristallines comme les boues de carbonate ou sulfate de calcium, les oxydes de fer, les boues de lavage de gaz…). L’application de pressions fortes sera donc très profitable dans ce cas.

Si 0,7 < S < 1 : la boue est plus compressible. L’intérêt de fortes pressions (12-15 bar) subsiste, notamment pour gagner en siccité finale (cas de boues urbaines bien conditionnées minéralement par exemple).

Si S > 1 : nous pouvons nous contenter de 7 bar car une augmentation de la pression n’amènera aucun gain sur le cycle et la siccité finale (cas de boues très difficiles comme des hydroxydes insuffisamment chau­lées par exemple).

La figure 39 donne une représentation schématique de cette compressibilité.

compressibilitéImage sécurisée
Figure 39. Représentation schématique de la compressibilité

Remarque : sur des boues urbaines, conditionnées au polymère, S, après drainage, est supérieur à 1. Cependant, nous utilisons quand même des fortes pressions (15 bar) pour améliorer l’interface gâteau/toile et faciliter ainsi le débâtissage (gâteau moins collant).

siccité limite (voir détermination de la siccité limite)

L’essai de filtrabilité (figure 38) nous permet de mesurer la siccité limite asymptotique d’une boue sous différentes pressions. En exploitation, il n’est pas économique de chercher à atteindre cette valeur car les taux de conditionnement et les temps de cycles sont alors trop élevés.

Cependant, la valeur de la siccité limite est un facteur comparatif intéressant pour juger des difficultés de déshydratation et déterminer la performance limite des différents appareils de déshydratation. Elle ne peut être dépassée que par mise en œuvre d’énergie thermique.