3.3.4.1. Filtres à sable lents

Les filtres à sable lents doivent être construits de telle sorte que l'eau traverse lentement une couche de sable fin et que les particules les plus grosses soient arrêtées près de la surface du sable. Ces particules forment une couche poreuse très fine, dont la surface totale de veinules ou de pores est très grande, ce qui facilite l'adsorption des impuretés par cette couche ou par le sable sous-jacent. Cette couche poreuse est constituée de bactéries, d'algues et de protozoaires. La filtration lente combine donc les effets de processus physiques et de processus biologiques.

1- Avantages des filtres lents

1. Les filtres lents permettent de ne pas recourir à la coagulation.
2. Les matériaux de construction de ces filtres sont simples: on peut donc les trouver sur place.
3. On peut aisément se procurer du sable sur place.
4. La surveillance du fonctionnement de ces filtres est simple.
5. Leur effluent est moins corrosif et de qualité plus constante que celui des filtres rapides, lesquels exigent un traitement chimique.
6. Ils éliminent bien les bactéries.

2- Inconvénients des filtres lents

1. Les filtres lents occupent une grande superficie; ils exigent donc une installation de grandes dimensions, un volume de sable important et des travaux coûteux.
2. Leur exploitation manque de souplesse. Comme nous le verrons plus loin, leur mise en exploitation leurs lavages requièrent de longues périodes de temps, au cours desquelles ils sont inutilisables.
3. Leur utilisation est coûteuse lorsque la turbidité des eaux brutes dépasse 30 unités néphélométriques pendant de longues périodes de temps, sauf lorsqu'on fait préalablement sédimenter les impuretés de manière à abaisser suffisamment le degré de turbidité de ces eaux.
4. Ils décolorent médiocrement les eaux colorées.
5. Ils donnent de mauvais résultats lorsque les eaux sont riches en algues et qu'elles n'ont pas été préalablement traitées.

3- Traitement préalable

Habituellement, l'eau brute arrive directement sur les filtres à sable lents, sans prétraitement. Dans plusieurs cas, on peut, par sédimentation, réduire la turbidité de l'eau à moins de 30 unités néphélométriques sans recourir à la coagulation.

L'expérience prouve qu'on peut obtenir une excellente filtration, tout en prolongeant la durée d'utilisation des filtres entre deux lavages, en recourant à une préchloration. La préchloration diminue la croissance du limon biologique et s'oppose à la prolifération des algues à la surface du sable. Dans plusieurs cas toutefois, les inconvénients de la préchloration en limitent les avantages.

4- Nettoyage des filtres lents

Lorsque la perte de charge atteint la valeur limite maximale, il faut arrêter la filtration et procéder au lavage du sable. Pour ce faire, on enlève habituellement une couche de sable de 0,5 à 2,5 cm d'épaisseur, cette épaisseur dépendant de la profondeur que la plupart des matières en suspension ont atteinte. Lorsque l'épaisseur de sable dans le filtre est de 80 cm, on ajoute 15 cm de sable lavé pour redonner à la couche filtrante son épaisseur initiale.

5- Mise en exploitation des filtres lents

On effectue la mise en exploitation d'un filtre neuf, ou la remise en exploitation d'un filtre dont le sable a été lavé, de la façon décrite ci-dessous.

1. On injecte de l'eau filtrée, parles drains du filtre, jusqu'à ce que ce dernier soit submergé d'une dizaine de centimètres.
2. On peut alors envoyer de l'eau brute sur le filtre sans risquer d'en éroder la surface.
3. On fait fonctionner le filtre, à faible charge, jusqu'à ce qu'un limon biologique soit formé à la surface du sable, ce qui peut durer de 4 à 7 jours. Au cours de cette période, l'effluent du filtre est rejeté à l'égout.

3.3.4.2. Filtres sous pression

Les filtres sous pression fonctionnent selon les mêmes principes que les filtres à sable rapides, sauf que leurs couches de sable et de gravier, ainsi que leur réseau de drainage, sont situés dans des cylindres horizontaux ou verticaux, lesquels sont conçus pour supporter des pressions de l'ordre de l000 kPa. On peut ainsi filtrer de l'eau sous pression et la distribuer sans recourir au double pompage. Cet avantage ne compense toutefois pas les difficultés auxquelles on se heurte lorsque les filtres sont précédés d'unités de coagulation, de floculation et de décantation. En effet, pour éviter le double pompage, il faut alors que toutes ces unités de traitement fonctionnent sous pression.

Inconvénients des filtres sous pression

1. L'addition de produits chimiques, la coagulation, la floculation et la décantation sont plus difficiles à réaliser sous pression. Plusieurs filtres sous pression fonctionnent néanmoins avec des unités de coagulation et de floculation médiocres.
2. On ne peut pas observer l'eau et la couche de sable lors de la filtration, ni l'efficacité des lavages et le degré d'agitation du milieu filtrant.
3. La forme des filtres sous pression ne facilite pas l'installation de canalisations d'eau de lavage bien conçues, qui pourraient garantir que les matières éliminées du sable soient bien rejetées (et non refoulées dans d'autres parties du milieu filtrant).
4. Il est difficile d'examiner, de nettoyer et de remplacer le sable, le gravier et les drains inférieurs des filtres sous pression.
5. Le fonctionnement des filtres sous pression favorise l'aspiration ou l'injection d'eau dans le milieu filtrant à vitesse excessive.

Les avantages des filtres sous pression sont cependant suffisants pour qu'on continue de les utiliser dans les petits postes de traitement, car on peut les monter entièrement en usine et les expédier sur place, où leur installation est aisée.

3.3.4.3. Filtres à terre diatomée

La terre diatomée qui constitue le milieu filtrant est produite à partir de dépôts naturels de diatomite, laquelle est une roche formée par des débris de diatomées, ces algues brunes unicellulaires, microscopiques, qui croissent dans les eaux douces ou salées, et dont la membrane est entourée d'une coquille siliceuse.

Un filtre à terre diatomée est composé :

1. d'un ensemble de tamis, qui jouent sensiblement le même rôle que les drains profonds, mais dont les mailles sont assez fines pour arrêter la terre diatomée;
2. d'un mince revêtement de terre diatomée placé sur ces tamis;
3. d'une cuve, ouverte ou fermée, dans laquelle on installe les éléments filtrants.

Utilisation des filtres à terre diatomée

Ces types de filtres permettent une bonne clarification des eaux dont la turbidité est faible et desquelles on peut éliminer, sans recourir à la coagulation, les matières en suspension et les micro-organismes. Par contre, le floc résiduel présent dans l'eau après coagulation et sédimentation les colmate rapidement. On utilise fréquemment ces types de filtres pour clarifier l'eau des piscines destinée à être recyclée.

On utilise des charges superficielles pouvant atteindre 14,5 m/h. A cette vitesse, le filtre se colmate rapidement: les périodes d'utilisation entre les lavages sont donc courtes. La charge superficielle la plus économique semble être située entre 2,4 et 4,9 m/h.