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EIN 283 Filtres Sable 2005

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filtration sur sable

Text of EIN 283 Filtres Sable 2005

  • L E T H M E D U M O I SLEAU POTABLE

    N 283 - LEAU, LINDUSTRIE, LES NUISANCES - 55

    I l est trait dans cet article des filtres sable monocouche, utiliss pour la pro-duction d'eau destine la consomma-tion humaine. Il vient la suite de larticleintitul Le sable de filtration paru dans len 278 du mois de janvier 2005.Ces filtres ont pour but essentiel la rduc-tion de la turbidit par pigeage desmatires en suspension (MES) dans lamasse granulaire. Ils peuvent tre placs :- soit en tte de filire quand il sagit deauxpeu charges (15 20 mg/l de MES au maxi-mum), linjection du coagulant seffectuanten amont immdiat du poste de filtration, onparle alors de floculation directe sur filtre,- soit aprs une floculation-dcantation pourles eaux charges.La masse granulaire des filtres constituegalement un milieu propice au dveloppe-ment dune biomasse, qui va agir sur cer-tains polluants dissous et donc amliorer laqualit de leau filtre. Pour cette raison,

    lexploitation dun poste de filtration devrafaire en sorte de permettre le dveloppe-ment et la conservation de cette biomasse.

    Optimisation de la qualitde l'eau dcanteLorsque les filtres sont installs en aval dundcanteur, il est important d'optimiser aumaximum la qualit de l'eau dcante, carplus sa turbidit sera leve, plus levesera celle de leau filtre. Une mauvaisedcantation conduira galement despertes en eau excessives, du fait du raccour-cissement des cycles entre deux lavages.Pour amliorer la dcantation, on veillera un bon dimensionnement des dcanteurs,fonction de la teneur en MES de l'eau brute,mais aussi de la viscosit de l'eau, et doncde sa temprature. Plus celle-ci sera basse,plus faible sera la vitesse de dcantation desflocs. On s'attachera aussi optimiser lesdoses de coagulant et de floculant, en rali-

    ABSTRACTSand filters: optimizationof their performances.Sand filters for drinking water supply can be

    optimized to improve filtered water turbidity

    and water losses. Various methods are descri-

    bed, including optimization of design (choice of

    sand, depth of sand, hydraulic distribution,

    water height), and operation (decrease starts

    and stops, sand quality control, turbidity

    decrease after backwashing, backwashing pro-

    cedure improvement). Regulation and clogging

    control are described too. Finally, operating

    troubles are listed and solutions are proposed.

    Filtres sable :optimisation deleurs performances

    Dans une usine d'eau potable, les filtres sable jouent souvent un rleessentiel. Il est donc important de chercher optimiser leurs perfor-mances, tant au niveau de leur conception que de leur exploitation, pouramliorer la qualit de l'eau filtre et minimiser les pertes en eau.

    Gunalle Mauguin, GLS

  • 56 - LEAU, LINDUSTRIE, LES NUISANCES - N 283

    sant rgulirement des jar-tests sur l'eaubrute et tout au moins, chaque variationsignificative de la qualit de celle-ci.La concentration en oxydant dans leaudcante doit tre la plus faible possible,afin de permettre le dveloppement de labiomasse sur les grains de sable.Enfin, les purges des dcanteurs seront opti-mises pour viter les remontes de bouesau niveau des goulottes de reprise de leaudcante, ce qui aurait pour consquencedacclrer le colmatage des filtres.

    Optimisation de la qualitde l'eau filtreLe dcret 2001-1220 relatif aux eaux desti-nes la consommation humaine fixe unelimite de qualit pour la turbidit de 1 NFU(hors augmentation ventuelle due un trai-tement de neutralisation ou de reminralisa-tion), avec une rfrence de qualit de 0,5NFU. Le traitement de dsinfection serad'autant plus efficace que la turbidit del'eau filtre sera faible.Au niveau de la conception des filtres, laqualit de l'eau filtre va dpendre de plu-sieurs paramtres :- hauteur de la couche filtrante : plus lahauteur est importante, meilleure sera laqualit. En gnral, on choisira une hauteurde couche suprieure ou gale 1.000 fois lataille effective du sable (par exemple950 mm de hauteur pour un sable ayant unTEN de 0,95 mm).- taille effective du sable (1) : cette taillecorrespond louverture de maille thoriquepar laquelle passe 10 % m/m des grains. Pluselle sera faible, meilleure sera la qualit dutraitement. Un compromis devra nanmoinstre trouv en prenant en compte la fr-quence des lavages, car plus la taille effec-tive sera faible, plus le colmatage serarapide. En gnral, la taille effective la plus

    couramment utilise est de 0,95 mm.- forme des grains (1) : une forme ronde desgrains amliore la qualit du traitement : cesgrains de sable s'imbriquent mieux les unsdans les autres que les grains anguleux, cequi diminue les espaces entre grains, et doncamliore leffet tamisage. On prfrera doncun sable de rivire roul par rapport unsable de mer broy prsentant des artesvives.- rpartition homogne de l'eau traitersur l'ensemble des filtres d'unebatterie : il est important d'avoir une bonnerpartition hydraulique, pour ne pas dfavo-riser un ou plusieurs filtres de la batterie.Lorsque la batterie est constitue de filtresouverts en bton, la meilleure faon d'obte-nir une bonne rpartition est de prvoir,dans le canal d'alimentation, un dversoiralimentant chaque filtre (figure 1). On peutgalement prvoir sur des filtres djconstruits, l'ajout de diaphragmes rglablessur les entres de chaque filtre, pour par-faire la rpartition.Lorsquil sagit de filtres mtalliques souspression, la rpartition du dbit seffectueraen opposant l'entre et la sortie gnrale desfiltres (figure 2). Ainsi, le premier filtre, quiest le plus favoris l'alimentation, est leplus dfavoris ct rcupration de l'eaufiltre, ce qui quilibre les dbits sur len-semble des filtres de la batterie.

    - hauteur deau au-dessus du mdia : pluselle sera importante, plus les cycles entredeux lavages seront longs et moins lesrisques de mise en dpression, et donc dedgazage, seront importants. Tout prolonge-ment de la filtration au-del de la valeurmaximum admise pour le colmatage,entrane un dgazage qui diminue les perfor-mances des filtres (figure 3).- conception des parties internes du bas-sin filtrant : tout doit tre mis en uvrepour assurer, dune manire homogne surtoute la surface du bassin, la reprise de leaufiltre ainsi que la distribution des fluides delavage (densit des buselures : 50 au m2 envi-ron - parfaite horizontalit du plancher - pr-sence dune couche de sable support et dediffusion noyant les buselures orifices cali-brs pour la distribution des fluides delavage sur toute la longueur du bassin).Au niveau de l'exploitation des filtres, laqualit de l'eau filtre va dpendre de plu-sieurs paramtres :- limitation du nombre de dmarrages etd'arrts de lusine : il sera recherch untemps de fonctionnement plus long, en dimi-nuant le dbit de production, pour une pro-duction journalire constante. Cela permetde supprimer les -coups chaque reprisede la filtration, afin dviter la dgradationmomentane de la qualit de l'eau filtre. Ilpeut donc tre intressant de prvoir desvariateurs de frquence sur les pompes d'ali-mentation, pour adapter la production lademande, ou bien d'augmenter la capacitde stockage de l'eau traite pour lisser laproduction.- contrle du sable filtrant : le niveau dumdia doit tre contrl rgulirement (tousles 6 mois), et un ajustement doit tre fait encas de pertes de sable. De plus, la tailleeffective et le coefficient d'uniformit du

    Figure 1 : Rpartition de leau sur une batterie de filtres ouverts.

    Figure 2 : Rpartition de leau sur une batterie de filtres ferms sous-pression.

    (1) Se reporter larticle Le sable de filtration paru dans le n 278 du mois de janvier 2005.Veuillez noter ce sujet lerratum suivant pour la formule de la permabilit du mdia :K = [150 (0,72 + 0,028T) f 3 Ds 2] / (1 - f 2), (Ds nest pas la puissance 2)avec K : permabilit du mdia en m/h et non pas en m/s.

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    sable doivent galement tre contrls (tousles 2 ans) et compars aux caractristiquesinitiales du sable. Lorsque les valeurs mesu-res ont vari de plus de 10 % par rapportaux valeurs initiales, le sable doit trechang.- qualit de leau de lavage : le lavage doitseffectuer laide deau filtre non chlore,afin de ne pas dtruire la biomasse.- mise clair du filtre ou maturation : la reprise de la filtration aprs un lavage, ilest momentanment observ un pic de turbi-dit sur l'eau filtre, correspondant autemps ncessaire au re-compactage du lit et la reconstitution de la biomasse pura-trice. Pour viter cela, il est gnralementprvu une mise l'gout des premires eauxfiltres (mise clair) pendant une durerglable (15 30 minutes). Cependant, lamise clair peut tre avantageusement rem-place par une priode de maturation du

    filtre, correspondant un arrt prolong (15minutes 1 h) avant la reprise de la filtra-tion, ce qui permet de diminuer galementles pertes en eau (figure 4).

    Choix de la rgulation et du modede contrle du colmatageUne bonne rgulation du dbit d'eau filtrepermet d'amliorer la qualit du traitement,en maintenant le dbit une valeur prochedu nominal.En effet, dans le cycle de filtration, plus lefiltre se colmate, plus son dbit va diminuer.Il faut donc prvoir un systme de rgula-tion crant une perte de charge artificielle

    lorsque le filtre est propre, perte qui va dimi-nuer au fur et mesure que le filtre se col-mate, pour compenser le colmatage et doncmaintenir un dbit constant.Diffrents systmes de rgulation peuventtre mis en uvre :- siphons partialiss : un flotteur installdans le filtre rgule l'entre d'air au col d'unsiphon install sur la sortie de l'eau filtre,l'air crant une perte de charge plus oumoins importante, pour compenser le col-

    Figure 3 : volution des lignes de charge dans lacouche filtrante au cours dun cycle entre deuxlavages.

    Figure 4 : volution type de leau filtre pour diff-rents temps de maturation (Tm aprs lavage).

    Figure 5 : Dcrment avec vanne de rgulation papillon.

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