La filtration est un procédé de séparation solide-liquide qui utilise un milieu filtrant poreux pour retenir les particules solides présentes dans la suspension et laisser passer le liquide. Par rapport à la méthode de sédimentation par gravité, le processus de filtration offre non seulement une vitesse de séparation solide-liquide plus rapide, mais aussi une séparation plus complète, permettant d'obtenir un gâteau de filtration et un liquide clair présentant une teneur en liquide plus faible. La filtration constitue donc une méthode universelle et efficace de séparation solide-liquide. En général, la suspension soumise à la filtration est appelée « boue de filtration », le milieu poreux qui retient les particules solides est appelé « milieu filtrant », et la couche de sédiments retenue sur le milieu filtrant est appelée « gâteau de filtration » ou « résidu de filtration ». La solution limpide est appelée « filtrat ».
Différent matériau filtrant peut être utilisé en fonction de la nature de la suspension à filtrer et de la taille des particules solides. Lorsque la suspension traverse le milieu filtrant, les particules solides sont retenues et forment une couche de sédiments. Le filtrat est souvent trouble au début de la filtration et doit être réintroduit dans le filtre. Une fois la couche de sédiments formée, la filtration peut s’effectuer efficacement. Au cours du processus de filtration, l’épaisseur du gâteau de filtration ne cesse d’augmenter, la résistance opposée par celui-ci au fluide augmente également, et le débit de filtration diminue progressivement. Par conséquent, la résistance du milieu filtrant au fluide est souvent inférieure à celle du gâteau de filtration, et le débit de filtration est principalement déterminé par l’épaisseur du gâteau de filtration et ses caractéristiques (principalement sa porosité). La porosité du gâteau de filtration est liée à la forme des particules solides, à la distribution granulométrique, à la rugosité de surface des particules et aux méthodes de remplissage des particules.
En fonction de ses caractéristiques, le gâteau de filtration peut être classé en deux catégories : le gâteau de filtration compressible et le gâteau de filtration incompressible. Le gâteau de filtration incompressible est principalement composé de particules minérales et de précipités cristallins ; sa résistance à l'écoulement est moins influencée par la différence de pression entre les deux faces du gâteau et par le taux de dépôt des particules. Le gâteau de filtration compressible est composé de sédiments amorphes, et sa résistance à l'écoulement augmente avec l'augmentation de la différence de pression entre les deux faces du gâteau de filtration et du taux de dépôt de matière.
Le milieu filtrant sert souvent de support au gâteau de filtration, et c'est la couche de gâteau de filtration qui assure la fonction de filtration proprement dite. Le milieu filtrant doit présenter une résistance mécanique suffisante, une bonne résistance à la corrosion, de bonnes performances et une faible résistance à l'écoulement du fluide.
Il existe trois types de matériaux filtrants couramment utilisés :
(1) Les médias granulaires comprennent notamment le gravier, le sable, les scories de verre, le charbon de bois et la terre de diatomées. Ces médias sont constitués de particules dures et peuvent être empilés en couches pour traiter des suspensions contenant de petites particules solides.
(2) Tissus filtrants : les tissus filtrants peuvent être tissés à partir de fils métalliques ou non métalliques. Les matériaux métalliques couramment utilisés comprennent l’acier inoxydable, le laiton, l’alliage Montessori, etc., tandis que les matériaux non métalliques comprennent la laine, le coton, le lin, le nylon, le plastique, le verre, etc. Le choix du matériau de la toile filtrante doit principalement tenir compte de facteurs tels que la corrosivité du liquide, la température de fonctionnement des particules solides et la résistance à l’usure.
(3) Milieux solides poreux : on utilise couramment des céramiques poreuses, du verre poreux, des métaux poreux, des plastiques poreux, etc., souvent sous forme de plaques ou de tubes. Ce type de milieu présente une petite taille de pores, une résistance mécanique élevée, ainsi qu’une résistance à la corrosion par les acides, les alcalis, les sels et les solvants organiques. Il convient à la filtration de matières contenant des particules fines. L'inconvénient est que les micropores s'obstruent facilement et doivent être régénérés régulièrement (par lavage à contre-courant ou par traitement chimique) afin de conserver leur capacité de filtration.