La filtration sur précouche est une filtration en profondeur dans un
lit de particules (l'adjuvant de filtration) préalablement déposées sur
un support.
La filtration sur précouche est particulièrement adaptée à:
- la clarification de liquides contenant peu de matières en
suspension
- à la rétention de particules de quelques microns
- à l'élimination de particules visqueuses, collantes,
pouvant colmater la surface d'un tamis
Elle est largement utilisée pour:
- l'élimination de levures dans les boissons (bière, vin, ...)
- l'élimination de particules métalliques dans les fluides de
coupe et d'usinage
L'adjuvant de filtration est dilué dans le filtrat ou dans de l’eau
puis déposé sur le filtre avant de démarrer la filtration du fluide du
procédé. La précouche qui se forme et retiendra ensuite les solides,
dans son épaisseur, tout en conservant le débit au travers du média
filtrant.
Pour les cas les plus difficiles, on rajoute une quantité d’agents
filtrants durant le cycle de filtration : il s’agit de l’alluvionnage.
Avec cette solution le gâteau de filtration s’épaissit progressivement
mais reste poreux ce qui permet des cycles de filtration plus long.
La précouche est supportée par une toile tissée disposée sur
des cadres selon différentes dispositions:
- empilement de disques horizontaux montés sur un tube
vertical
- assemblage de cadres ou de bougies montés verticalement
A la fin du cycle de filtration, le gâteau formé est débâti,
et éliminé avant la formation d'une nouvelle précouche. La méthode de
débâtissage dépend de la technologie employée pour le support de la
précouche; elle peut le plus souvent utiliser un secouage du support
(cadres verticaux ou bougies), ou bien la force centrifuge obtenue par
rotation (empilement de disques). Un liquide à contre courant peut
aussi être utilisé.
Mise en oeuvre de l'adjuvant
Préparation d’une barbotine
Une suspension de 2 à 15 % d’agents filtrants est préparée que ce soit
pour la précouche ou pour l’alluvionnage. Celle-ci est maintenue sous
agitation, afin d’obtenir une barbotine homogène. Le bac précouche doit
être d’un volume minimum égal à celui du filtre, des canalisations et
du volume nécessaire au maintien des pales de l’agitateur dans la
suspension.
La précouche
Le rôle de la
précouche est de protéger les supports du filtre (toiles
métalliques, cartons, bougies...)
d’un colmatage prématuré par les impuretés,
d’assurer la clarification dès le début de la filtration
et de favoriser le
débâtissage du filtre. Une
couche d’environ 1 kg
par m² de surface
filtrante est appliquée sur ces supports, en faisant
recirculer au travers du filtre au minimum 3 fois le volume du bac de
précouche. L’agent filtrant doit se répartir uniformément sur toute la
surface de filtration ; pour cela, le débit de circulation pendant la
mise en précouche doit être 1,5 à 2 fois supérieur au débit nominal.
L’alluvionnage
L’alluvionnage (ou
nourissage) consiste à incorporer de l'adjuvant dans le liquide
à filtrer. Il permet
de maintenir les débits
de filtration et de rallonger
les durées de cycles
sans augmentation abusive de la
perte de charge. Le ratio moyen d’alluvionnage est de 1 kg par kg
d’impuretés et peut varier en fonction des caractéristiques.
Les adjuvants de filtration
Les diatomées ou kieselguhrs
Source: brochure CECA
Les diatomées sont
des algues brunes
unicellulaires dont la membrane
cellulosique à la propriété de fixer la
silice de l’eau. Elles forment ainsi des carapaces constituées d’une
silicehydratée dont la taille
varie de 5 à 40
microns. L’accumulation de ces
carapaces, dans certains lacs
ou fonds marins, forme
d’importants dépôts qui donnentaprès
fossilisation, une roche légère et très poreuse : la diatomite.
La diatomite extraite de carrières. Après concassage, le minerai est
séché, broyé puis épuré pour atteindre sa forme pulvérulente. Cette
poudre est alors introduite dans un four à haute température pour
- calcination afin d’éliminer les matières organiques,
d’adapter la porosité et de permettre l’agglomération par pontage des
diatomées
- calcination / activation en présence d’un agent
fondant qui accroît le frittage entre les particules et les blanchit.
Après refroidissement, le produit est broyé puis tamisé afin de
réaliser des coupes granulométriques précises répondant aux diverses
applications:
| Type |
Application |
Perméabilité
[darcy] |
| Rapide |
Dégrossissante pour la préfiltration |
> 2 |
| Moyenne |
Clarifiante |
0,3 à 2 |
| Fine |
Finisseuse pour une limpidité parfaite |
0,02 à 0,3 |
La Perlite
La perlite est une roche vitreuse d'origine volcanique. Le grain
expansé par chauffage présente une structure alvéolaire très fine.
Les adjuvants perlitiques ont l'avantage de former des gâteaux plus
poreux que les diatomées, d'où un allongement des cycles.
La faible densité de certaines perlites permet de mettre en oeuvre des
quantités moins importantes d'adjuvant.
Par contre, la perlite est abrasive, d'où une usure plus rapide du
matériel.
Les fibres cellulosiques
A base de fibres de bois, les fibres cellulosiques produisent des
précouches plus stables (moins de fissures) et durables que les
adjuvants minéraux.
Elles peuvent être incorporées en mélange aux adjuvants minéraux.
Microrésines
Pour filtrer et déminéraliser.
Mesure de la perméabilité du gâteau
Elle est souvent exprimée en Darcy qui est définie ainsi:
Un matériau poreux a une perméabilité
de 1 darcy lorsque:
- 1 cm
d'épaisseur d'adjuvant
- est traversé par un débit de 1 cm3/s
par cm2 de section
- d'un fluide de viscosité égale à 1
centipoise
- sous un gradient de pression de 1 atmosphère
Elle se réfère à la relation de Darcy qui permet de calculer la perte
de charge subie par un fluide traversant un lit de particules. En unité SI 1 darcy est équivalent à environ 10
-12m
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