Aperçu des différents modes de filtration

La filtration est l’épuration de substances liquides ou gazeuses au moyen de divers procédés de filtration. La filtration est un processus de séparation mécanique basé uniquement sur un processus physique. Dans ce contexte, les termes tels que filtration, filtrer et filtrage sont considérés comme équivalents.

La filtration de l'eau - l'hygiène de l'eau en point de mire

La filtration est essentielle au traitement de l'eau potable. C’est le seul moyen de garantir une protection fiable contre les microorganismes et les bactéries pathogènes. La filtration permet en outre d’éliminer les hormones, pesticides, nitrates, nitrites, résidus de médicaments et éventuellement les métaux lourds présents dans l’eau. Le choix d'un procédé de filtration dépend de la qualité de l'eau brute et des exigences envers le produit final (eau de boisson, eau de process, eau à usage médical).

Les filtres sont utilisés par ex. par les fournisseurs d'eau pour le traitement de l’eau potable fournie aux municipalités conformément aux dispositions de l'ordonnance sur l'eau potable. Pour des raisons d'hygiène, de plus en plus de particuliers utilisent également des filtres à eau supplémentaires.

Principes de base de la filtration

En matière de filtration, on distingue deux principes de base, la filtration de surface et la filtration en profondeur, et une combinaison de ces deux principes, la filtration sur support.

La filtration de surface
 

Le diamètre des particules est supérieur au diamètre des pores ; c'est-à-dire que les substances à filtrer sont retenues ne serait-ce qu’en raison de leur taille. En règle générale, le filtre n'a qu'une faible profondeur et est constitué de membranes très fines.
Exemples : filtres à membrane, cartouches filtrantes, micro-tamis, filtres en tissu
La technologie du filtre à membrane est principalement utilisée pour la filtration de grade stérile dans le secteur médical. En raison de la faible taille de leurs pores, qui ne dépasse pas 0,2 µm, les filtres à membrane offrent une protection fiable contre les germes hydriques. Les filtres en tissu sont utilisés dans les stations d'épuration par exemple.

La filtration en profondeur
 

Cette fois, le diamètre des particules est inférieur au diamètre des pores. Les particules pénètrent par les pores et sont retenues en profondeur ou dans le milieu filtrant. Pour retenir les particules, une couche filtrante d’une grande profondeur (hauteur de la couche), composée de matériaux granuleux en vrac, permet d’isoler les particules dans la phase aqueuse. Pour le mode de filtration en profondeur, des hauteurs de couche de 1 à 2 mètres env. sont habituellement utilisées.
La filtration en profondeur est généralement utilisée dans le cadre d’applications polluantes pour lesquelles d'autres filtres, tels que les filtres à membrane, n'offrent pas une durée de vie suffisante.

Filtration sur support
 

La filtration sur support est une combinaison de filtration de surface et de filtration en profondeur. La filtration sur support est le terme utilisé pour décrire tous les processus au cours desquels un gâteau de filtration se forme sur une couche qui soit contribuera à la séparation des particules ou représentera la couche filtrante proprement dite. Pour que la filtration puisse se faire, il faut un filtre qui laisse passer le liquide et retient la phase solide, et une différence de pression. L’élément filtrant peut être plat (textile et toile métallique, papier, carton, etc.) ou disposé en couche (couche de sable, couche d’aggloméré etc.). La phase solide forme un gâteau sur l’élément filtrant. La filtration sur support est utilisée entre autres dans les stations d‘épuration.
 

Méthodes de filtration particulières

La filtration sur membrane
 

Dans la méthode de filtration sur membrane, l’eau est filtrée à travers une fine paroi à pores fins (la membrane) qui, selon la nature de la membrane, peut retenir les particules les plus petites, telles que les virus et les bactéries. On parle alors de filtration de grade stérile. La membrane filtrante est constituée en grande partie de matériaux polymères. Certains secteurs utilisent également des membranes céramiques ou métalliques.

On distingue différents processus membranaires, tels que la microfiltration (MF), l'ultrafiltration (UF), la nanofiltration (NF) et l'osmose inverse (RO). Les deux premières méthodes peuvent être assimilées à des tamis fins à action mécanique composés de membranes fabriquées artificiellement avec un diamètre de pore défini. Pour assurer la fonction de la membrane, il est important que le diamètre des pores augmente dans le sens de la purification de l’eau. La nanofiltration et l'osmose inverse utilisent des membranes denses à diffusion ouverte.

Le principe de l'osmose inverse a été découvert dans les années 1950 pour le dessalement de l'eau de mer. C'est une méthode éprouvée permettant notamment d’obtenir près de 100% d’eau potable pure à partir d’eau de mer. Dans le cadre de ce processus, l'eau est forcée à travers une membrane synthétique semi-perméable qui laisse passer uniquement les molécules d’eau et cela dans une seule direction.

On distingue différentes géométries de membranes telles que la membrane plane, la membrane à fibres creuses, les monocanaux, les éléments multicanaux, les disques et les membranes à poches filtrantes. Pour assurer l'hygiène de l'eau dans le domaine médical, on utilise principalement des membranes à fibres creuses, intégrées à des filtres terminaux.
 

Filtration au charbon actif
 

La filtration au charbon actif repose essentiellement sur le principe de l'adsorption. Les polluants tels que les poussières ou les métaux lourds présents dans un liquide ou un gaz sont éliminés au moyen de filtres à charbon actif. Dans le traitement de l'eau potable, les filtres à charbon actif sont utilisés pour la rétention par adsorption de substances organiques et de matières odorantes et aromatisantes ou pour filtrer les résidus de médicaments.

En raison de la technologie d'adsorption utilisée, le pouvoir absorbant du charbon actif étant limité, il est nécessaire de le remplacer ou de le régénérer après la charge. Si un charbon actif n'est pas changé ou régénéré à temps, il peut être surchargé et il est alors possible que la concentration du filtrat en substances indésirables soit supérieure à celle de l'eau brute.

Le carbone réagit en outre comme un agent réducteur permettant d’éliminer les oxydants tels que l'ozone et le chlore de l'air résiduaire ou des eaux usées. Les filtres à charbon actif sont également proposés avec un noyau composé de membranes, ce qui permet de combiner les avantages des deux types de filtres.

Il existe par ailleurs divers procédés chimiques et biologiques pour le traitement de l’eau, tels que la désinfection ou l’oxydation biochimique. Tous ces procédés ont leur raison d’être. Le choix de l’un ou l’autre procédé dépendra des substances spécifiques présentes dans l'eau à purifier et de la qualité souhaitée de l'eau filtrée.