Filtre-presse

Un banc de filtre-presse à la manufacture nationale de Sèvres.

Le filtre presse est une machine permettant de séparer un mélange solide-liquide par voie mécanique.

Il est constitué d'un empilement de plateaux et de tamis, alternativement. Le liquide à filtrer est pompé à travers ces structures, et les sédiments restent collectés au niveau des tamis.

Ce type de filtre est utilisé dans de nombreux secteurs industriels, notamment en traitement des eaux usées et en œnologie.

Fonctionnement

Les filtres-presses sont constitués d’une alternance de plateaux et de cadres verticaux reposant latéralement sur des barres. Les plateaux sont pleins, mais présentent des cannelures verticales pour le drainage du liquide filtré. Les cadres sont creux et reçoivent les sédiments. Entre un plateau et un cadre contigu se trouve le support filtrant. Avant la mise en filtration, les plateaux sont pressés au moyen d’un vérin hydraulique, pour les maintenir les uns aux autres et assurer l’étanchéité au niveau des pourtours des cadres[1],[2],[3].

Succession de plateaux (pleins avec des striures) et cadres (creux). On voit aux coins des plateaux et cadres, les orifices ronds par lesquels le liquide à filtrer entrera et le filtra sortira

Les plateaux, cadres et la toile filtrante présentent chacun deux orifices diagonalement opposés. Après serrage, ces orifices vont former deux collecteurs. Par un des collecteurs arrive, sous pression, la suspension à filtrer (liquide chargé). Le liquide chargé traverse le medium filtrant séparant le cadre du plateau, s’écoule par les rainures des plateaux et rejoint le deuxième collecteur, qui sert à l’évacuation du filtrat. Les particules solides apportées par la suspension, ne pouvant traverser la toile, sont déposées au sein du cadre sous forme de gâteau.

En fin de filtration, qui dure entre 1 et 5 heures[4], lorsque les espaces des cadres sont remplis de solide, la pression apporté par le vérin hydraulique est arrêté, afin de permettre la récupérer des gâteaux et le changement des medium filtrants.

La pression de service est générallement de 5 à 15 bars, mais peut atteindre des valeurs de 30 bars. L'épaisseur des cadres est générallement de 20 à 50 mm, mais peut atteindre 70 mm pour les gâteaux à grande filtrabilité. La surface de filtration varie en fonction des applications du filtre, allant de quelques décimètres carrés pour les filtres de laboratoire, jusqu’à 400 m2 (les plateaux mesurent alors 1 500 mm × 1 500 mm).

En pratique, on distingue deux types de pressage :

  • le pressage sur plateau[5], d'usage général ;
  • le pressage sur tapis roulant[6], plutôt utilisé pour les boues.

Un filtre presse fait typiquement passer une boue contenant 10 % de matière sèche à une galette (poudre humide pressée) comportant environ 50 % de matière sèche, à raison d'un débit de 10 à 50 m3/h par unité de traitement. La pression appliquée au pressage est de quelques dizaines de bars. Une réduction de la teneur en liquide permet :

  1. D'accélérer le séchage de cristaux ou de poudres ;
  2. De gagner du volume au stockage des matières sèches ;
  3. De limiter la migration des « MES » (matières en suspension).

Filtre-presse à plateaux chambrés

Les filtres-presse à plateaux chambrés ont un fonctionnement similaire à celui des filtres-presses à plateaux et à cadre, mais présentent uniquement des plateaux, qui présentent une légère dépression afin de former une chambre une fois associés deux-à-deux[4]. Ces filtres sont adaptés pour des gateaux d'une épaisseurede 20 à 30 mm, et la décharge des gâteaux est plus simple à mécaniser. Les dimensions de leurs plateaux vont de 0,3 m × 0,3 m à 1,5 m × 1,5 m. Le temps de pressage dure de 1 à 6 heures, mais générallement seulement entre 2 et 3 h[3].

Fabrication

Les éléments sont construits en fonte, en acier inoxydable ou en polypropylène[1]. Les cadres et plateaux peuvent également être en alpax ou en bois (niangon)[2].

Dimensionnement

Les filtres-presses sont utilisés pour des suspensions concentrées avec formation de gâteaux compacts devant être lavés et séchés.

Les pressions de service couramment utilisées sont de 5 à 15 bars, mais peuvent atteindre 30 bars pour des produits difficiles à filtrer

Les épaisseurs des cadres varient entre 20 et 50 mm et jusqu’à 70 mm pour des gâteaux de grande filtrabilité.

On trouve des installations à taille différente, allant du filtre de laboratoire aux appareils industriels de 400 m2 de surface filtrante comportant des plateaux de 1 à 1,5 m de côté.

« Galette » déshydratée plaquée sur le filtre après pressage.

Utilisation

Filtre-presse de station d'épuration de Dunkerque, en cours de nettoyage par injection d'eau sous haute-pression par procédé AX System.

Ces machines interviennent dans de multiples secteurs d'activité : extraction minière, métallurgie, génie chimique, agro-alimentaire[3], industrie pharmaceutique[3], épuration des eaux, etc.

Œnologie

Filtre-presse œnologique

En œnologie, les filtre-presses sont utilisés pour le traitement des bourbes ou des lies, avec une adjonction de terre de filtration comme la perlite. Le jus ou vin clair est conservé, les résidus sont éliminés.

Entretien

Pour maintenir une bonne performance filtrante, la toile doit régulièrement être nettoyée. Il faut pour cela « ouvrir » le filtre en baissant la pression hydraulique dans le vérin, ce qui permet d'écarter les tôles et d'accéder aux toiles. Différentes solutions existent alors permettant le nettoyage de la toile par injection d'eau sous haute pression[7].

Développement actuel

Les demandes du marché pour l'industrie de la filtration moderne deviennent de plus en plus spécifiques et exigeantes, notamment en ce qui concerne le recyclage des boues[8],[9], les économies d'énergie et les « technologies vertes ».  Des filtres à très haute pression sont nécessaires pour répondre aux demandes de déshydratation plus élevée des matériaux difficiles à filtrer. Par conséquent, la tendance à l'augmentation de la pression exercée sur le filtre presse automatique veut continuer à se développer à l'avenir.

Le filtre-presse conventionnel utilise généralement la compression mécanique et l’air pour la déshydratation des gâteaux ; Cependant, l'efficacité de la production d'un gâteau à faible teneur en humidité est limitée. Une méthode alternative a été introduite en utilisant de la vapeur au lieu d’air ; cette technique de déshydratation à la vapeur peut être compétitive, car elle offre un gâteau à faible teneur en humidité[10].

Filtre presse à chaud

Le filtre presse à chaud combine les étapes de processus standard d'un filtre presse à membrane avec la fonction supplémentaire d'un séchage thermique du gâteau de filtre. En conséquence, toutes les étapes du processus sont effectuées dans une usine, le filtre presse à chaud. La déshydratation et le séchage du gâteau de filtration résultant sont ainsi réalisés sans processus de séchage en aval. Dans la version de base, la conception technique d'un filtre presse conventionnel avec un paquet de plaques à membrane. Filtration, lavage et pressage sont effectués comme d'habitude. Contrairement au procédé classique, le système se compose de plaques filtrantes à membrane et de plaques échangeuses de chaleur, qui sont installées alternativement dans un filtre presse. Pour le séchage thermique, de la vapeur chaude et / ou de l'huile sont appliquées sur l'espace de travail et le gâteau de filtration est séché thermiquement en conséquence.

Notes et références

  1. 1 2 Sabine Rode, « XII. Séparations mécaniques liquide-solide », Formations & Techniques, vol. 2,‎ , p. 373–452 (lire en ligne, consulté le )
  2. 1 2 Georges MéRiguet, « Filtration - Technologie », Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique,‎ (DOI 10.51257/a-v1-j3510, lire en ligne, consulté le )
  3. 1 2 3 4 Emilian Koller, « 8. Filtration », Aide-mémoire de l'ingénieur, vol. 4,‎ , p. 147–178 (lire en ligne, consulté le )
  4. 1 2 Suez, « Filtre-presse classique à plateaux chambrés », Memento Dégremont, sur www.suezwaterhandbook.fr (consulté le )
  5. ↑ film sur le pressage par plaque,
  6. ↑ film sur le pressage à bande,
  7. ↑ AX System, « Nettoyage de filtre presse en continu par AX System pour le décolmatage », AX System,‎ (lire en ligne, consulté le )
  8. ↑ « Eau, Boues d’épuration : Règlementation, gestion et solutions », sur Pollutec
  9. ↑ Nathalie Davoisne, « Les boues d’épuration : comment les traiter pour mieux les réduire ou les valoriser ? », sur Centre d'information sur l'eau
  10. ↑ Teemu Teemu Kinnarinen et Antti Häkkinen & Bjarne Ekberg, « Steam Dewatering of Filter Cakes in a Vertical Filter Press », Steam Dewatering of Filter Cakes in a Vertical Filter Press, Drying Technology, vol. 31, no 10,‎ , p. 31:10, 1160–1169 (DOI 10.1080/07373937.2013.780246)

Annexes

Articles connexes

Bibliographie

  • coll., Mémento technique de l'eau, Degrémont, (réimpr. 10e éd.), 2 vol. reliés
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