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tif des filtres à sable dans différents pays.
37i STÉRILISATION ET AMÉLIORATION DES EAUX.
arrêtés au passage. On les retrouve, dans le sable, jusqu'à une profondeur de 0°*,50 seulement. Ils sont absents à la base du filtre.
M. Miquel a également montré que pour obtenir une €au filtrée très pure il fallait augmenter la vitesse de filtration. Ce résultat paradoxal s'explique de la façon suivante :
Tous les germes, dans les sables non saturés d'eau, doivent être retenus par la force d'adhésion. L'eau filtrée devrait alors être stérile. Il n'en est jamais ainsi. En effet, certaines espèces microbiennes peuvent vivre dans l'eau même très pure. Plus l'eau reste en contact avec le sable, plus elle entraîne de germes provenant de la multiplication des cellules retenues à la surface des grains.
Supposons que pendant une heure la multiplication des germes ait donné A bactéries à l'eau.
Ces dernières se dilueront dans le volume de liquide que le filtre débite en une heure. Si le débit est N mètres
cubes, la richesse des eaux infiltrées sera j^ par mètre
cube, mais si N, c'est-à-dire le débit, augmente, j^
diminue et l'eau devient plus pure.
11 y a donc intérêt à augmenter la vitesse jusqu'au moment où on arrivera à submerger le sable.
Peut-être, avant cette submersion, l'eau pourra •entraîner les germes adhérents à la surface du sable si sa vitesse dépasse une certaine limite, mais jusqu'ici l'expérience ne permet pas de se prononcer sur cette hypothèse.
Conformément aux conclusions de la théorie de ce filtre, il suffit que leau se charge de matières organiques pour voir immédiatement le phénomène de la filtration diminuer. M. Miquel fit l'expérience en ajoutant de la peptone, à l'eau envoyée sur le filtre ; trois heures après les eaux filtrées accusaient une recrudescence de bactéries.
Une fois la matière organique éliminée, le filtre reprend ses qualités primitives, puisque les bacléries ne trouvent plus d'aliments suffisants pour se développer.
Que deviennent les bacilles retenus à la surface des grains de sable ? Ne vont-ils pas, à la longue, colmaler le filtre? D'après M. Miquel, pour 1000 bacilles du côlon contenus dans l'eau avant la filtration, l'analyse montre qu'on n'en trouve plus que un dans l'intérieur du filtre à sable. Les 999 qui manquent ont disparu et très probablement sous l'influence de la concurrence vitale. D'après ce que nous avons déjà dit, il est évident que les espèces banales, trouvées à la base du filtre, proviennent seulement de la multiplication des cellules à la surface des grains de sable. L'expérience suivante appuie cette déduction.
M. Miquel (1) a montré qu'une eau pouvait, en entrant, avoir une quantité de microbes variant de 400 à 100000, tandis qu'à la sortie du filtre on ne constate aucune variation correspondante.
L'eau filtrée contient donc des espèces banales, inoffensives pour les organismes vivants (2).
Qu'on submerge le filtre, comme Spring l'a montré, les pores du sable augmentent et la filtration est détestable. En présence de l'eau en excès les bactéries banales se multiplient plus rapidement. Si une eau, à l'entrée, renferme 1 000 germes, à la sortie du filtre elle en renferme plus de 100 000.
Ce filtre doit être couvert pour plusieurs raisons. Un filtre qui ne Test pas se recouvre rapidement de végétations. En se détruisant les végétaux augmentent la richesse organique des eaux et facilitent la multiplication des germes, de là une filtration moins parfaite.
En outre, dans un filtre non couvert, l'évaporation de la surface est très grande, il se dépose du carbonate de chaux
(1) Annales de VObservatoire de Montsouris, 1906.
(2) Dans ces recherches, on nu pu rechercher, faute de moyens, les bacléries invisibles. Toutes réserves doivent être faites sur l'action du filtre h leur égard.
qui s'unit au sable pour constituer un grès de perméabilité moindre.
Enfin, dans les fdlres non couverts l'eau s'échauffe en été, et la température des eaux filtrées s'élève. En hiver la partie supérieure du sable gèle et empêche ou retarde r infiltration des eaux.
En couvrant le filtre, on évite ces inconvénients; malheureusement ce dispositif est très coûteux.
Un liltre de ce genre, ayant une surface de 16 mètres carrés, a été essayé à Châteaudun pendant huit mois par M. Miquel. Les eaux filtrées avaient, en moyenne, 10 bactéries au centimètre cube sans autre surveillance que celle du garde champêtre. Ce filtre est donc actuellement pratique pour les petites agglomérations. Pour de plus grandes surfaces des essais vont avoir lieu prochainement qui permettront d'étudier la façon de répartir uniformément feau à la surface du filtre.
M. Miquel conseille de n'opérer que sur des eaux très claires. Les eaux de rivière ou celles des sources troubles colmateraient trop rapidement le filtre et l'exposeraient à de fréquents lavages. Pour les eaux de rivière on emploie d'autres filtres à sable.
Filtres à sable ordinaires. — Les filtres à sable dits système anglais sont les plus anciens des filtres existants. Ils ont été inventés au commencement du XIX® siècle en Angleterre par SimpsoUj pour obtenir la clarification des eaux de rivière. On ne s'occupait guère à cette époque de l'épuration des eaux potables au point de vue microbien et on se contentait d'obtenir simplement des eaux claires. Un filtre semblait bien constitué quand Feau arrivait limpide à sa sortie.
Ce n'est que plus tard qu'on eut l'idée d'étudier l'action de ces filtres sur les microbes contenus dans l'eau. On s'aperçut que ces filtres au moment de leur mise en marche ne donnaient qu'une épuration microbienne insi-
gnifiante, puis au fur et à mesure que le filtre fonctionnait, son débit diminuait ainsi que le nombre des germes. Si on voulait augmenter le débit en enlevant la couche d'algues développée à la surface du filtre, on constatait une augmentation brusque de la richesse microbienne des eaux filtrées. Cette couche biologique avait donc une action importante dans l'épuration des eaux. Elle a été
1 I jsWe dit Loin imisé
\ Grsviyr Ui'i ^
3 Cailloux oî^jMireg laves
I Ùtvi CaiU*tx laides pts^s ê â h rna/n Svr- dt:jxranjs de
Fig. 106. - Filtre à sable (installation d'ivry).
étudiée par la suite par un certain nombre de savants comme MM. Plagge et Proskauer, G. Frœnkel et Piefke, Kemna, etc.
Un filtre à sable se compose essentiellement d'une cuve en maçonnerie remplie de plusieurs couches de sables de différentes grosseurs. La figure 106 montre la disposition d'un filtre établi aux usines d'ivry pour> filtration des eaux de la Seine. On dispose les gros graviers et cailloux à la partie inférieure, lespetits graviers à la partie
supérieure. Le sable fin dont on tendàaugmenler l'épaisseur, en Amérique, est celui qui joue le rôle le plus important, les autres couches ne servent guère que de support. L'épaisseur de la couche filtrante et de la couche de support est très variable suivant les installations comme l'indique le graphique de la figure 105 (1) (p. 372-373).
On emploie du sable propre et lavé. La taille des grains aune très grande importance. On distingue la grandeur effective des grains de sable et le coefficient d' uniformité.
La grandeur effective d'un sable est le diamètre d'une sphère dont le volume serait supérieur à 10 p. 100 des grains les plus fins de ce sable et inférieur à 90 p. 100 deç grains les plus gros.
Le coefficient d'uniformité d'un sable est le quotient du chiffre indiquant la taille d'un grain de sable qui serait plus gros que 60 p. 100 des grains du sable considéré, par le chiffre représentant la dimension d'un grain de sable qui serait plus gros que 10 p. 100 des grains du sable considéré. Ce coefficient varie de d ,7 à 3,0. Pour les sables lavés il atteint la valeur 3,8.
Ces définitions sont arbitraires, elles sont suffisantes pour fixer les idées et régler l'aménagement des filtres.
En Amérique, l'épaisseur de la couche du sable est de On», 90. Après plusieurs décroûtages, nécessités par les nettoyages, elle diminue mais ne doit pas être inférieure à 0°>,60.
Le filtre une fois constitué, on commence parle remplir très lentement avec de l'eau propre de bas en haut. L'air contenu dans l'intérieur despores du sable selrouveainsi chassé. En allant trop vite oji risquerait de laisser dans
(1) Dans certaines installations, on préfère couvrir le filtre. Cette couverture est nécessaire dans les endroits où en hiver, la température moyenne de l'air descend au-dessous de 0». Elle a donc l'nvatitage d'empêcher la formation de la glace, nuisible à la couche fdtrante, et de modérer la ])roliféralion des algues à la surface du filtre.
l'Mle est nuisible parce ({u'elle empêche l'action stérilisante de la lumière .solaire, el'e est en outre très onéreuse.
l'intérieur du sable des poches d'air qui seraient nuisibles à urte bonne filtration.
11 faut environ douze heures pour remplir ainsi le filtre. On laisse ensuite reposer vingt-quatre heures de façon à faciliter le tassement du sable. Puis on fait arriver Teau par la partie supérieure. 11 convient de maintenir à la surface du filtre une hauteur d'eau variable suivant les installations, comme on le remarque sur le graphique ci-dessus. En Amérique oh préfère un mètre d'épaisseur d'eau pour que le vent, en créant des vagues à la surface du filtre, ne vienne pas altérer la couche filtrante. Un dispositif spécial permet d'obtenir un niveau constant.
Marche du filtre. — Pour commencer, le premier jour, on filtre une épaisseur de 1 mètre d'eau en vingt-quatre heures et progressivement pendant quatre jours on l'augmente pour atteindre la valeur normale, qui est à Paris de 2™,40.
A partir de ce moment le débit du filtre doit être uniforme, sans cela la charge supportée par la couche biologique et filtrante serait très variable, détruirait celleci et nuirait à la bonne filtration. Ce desiderata est obtenu au moyen d'appareils spéciaux automatiques. Dans quelques installations de faible importance on se contente plusieurs fois par jour de régler le débit à la main.
(1) Définition de Allen Hazen, Conseil de santé de l'Etat de Massachusetts, 1892, p. 549.
(1) Voici, rapportées par M. Le Gouppey de La Forest, les stipulations du cahier des charges de la ville de Washington au sujet de la mise en place du sable : « Le sable filtrant doit être placé sur les filtres en trois couches, chaque couche devant avoir une épaisseur d'environ 0",30; lors de sa mise en place, le sable ne doit ])as être jeté de haut ou disposé d'une façon quelconque qui aurait i>our résultat de le tasser irrégulièrement. Les deux premières couches iloivent être posées jusqu'à la hauteur approximative qu'elles devront atteindre, sans qu'il soit nécessaire d'égaliser leur surface. La dernière couche doit être placée par fractions égales et régulières et sa surface établie plane et uniforme, <'t l'on devra se conformer dans cette opération h toutes les recommandations que fera l'ingénieur chargé de la surveillance des travaux.
H L'épaisseur du sable dans les différents bassins filtrants devra être quelque peu différente, afin de permettre après la mise en service de remettre, sur certains bassins, le sabh nettoyé provenant d'autres bassins. »
Au commencement de la filtration, la pression de la la base du filtre est égale à la hauteur des couches de sable augmentée de la hauteur de Feau à la surface du liilre. Mais petit à petit les espaces lacunaires du sable vont s'obstruer et la pression à la base du filtre diminuera. La diminution de pression ainsi obtenue s'appelle perte de charye. Elle ne doit jamais être supérieure à la hauteur de la couche d eau au-dessus du sable. Au moment où elle atteint cette valeur, on arrête la marche du filtre pour le nettoyer.
Le liltre est vidé et le sable enlevé sur une épaisseur d'environ 2 à 3 centimètres, cette opération constituant ce qu'on appelle un décroûtage. On remplit ensuite le liltre comme il a été dit plus haut.
Ces décroûtages sont fort onéreux et doivent être aussi peu fréquents que possible; on y arrive en n'admettant généralement sur les liltres que des eaux ayant déjà subi une épuration préalable. La maturation d'un liltre neuf dure environ huit à quinze jours. Elle est d'autant plus longue que l'eau admise sur le filtre est plus propre.
Après un simple décroûtage, le liltre peut être mis en service au bout de trois à quatre jours et' peut ainsi fonctionner sans nouveau nettoyage pendant vingt à trente jours.
Plusieurs décroûtages successifs diminuent l'épaisseur de la couche de sable fin. Celle-ci ne doit jamais être inférieure à 0'",60, sinon le filtre doit être refait complètement.
Le sable retiré de la surface des filtres est lavé à grande eau dans des appareils spéciaux. Malheureusement les algues sont fort adhérentes après chaque grain et il est impossible de redonner au sable ses propriétés primitives.
Ces filtres doivent être suivis très régulièrement. A Paris on a coutume de les contrôler tous les jours en recherchant le C. coli dans 40 centimètres d'eau. La présence du B. coli deux jours de suite dans un filtre est souvent la
preuve que la couche biologique laisse une solution de -continuité.
Les analyses de la station de Lawrence montre que <ians ces filtres il y a non seulement rétention des microbes mais encore combustion des matières organiques ainsi que nitrification des substances azotées.
Eau brute. Eau filtrée. Réduction Milligr. Milligr. p. 100.
Matières organiques (en oxygène du permanganate). . . 3,9 2,8 28
Ammoniaque libre 0,084 0,068 19
— albuminoïde . . 0,202 0,189 46
Nitrates (en azote) 0,14 0,31 »
Nitrites (en azote) 0,003 0,005 »
Nombre des bactéries (par
centimètre cube) 14 000 258 98,16
Membrane biologique, — En examinant la surface du iiltre au microscope, on s'aperçoit qu'elle renferme des algues et des microbes, les derniers, arrêtés au passage, sont aux prises avec d'autres organismes mieux adaptés qu'eux aux conditions du milieu. Ils vont subir l'action de la concurrence vitale et, pour la plupart, se trouver détruits et digérés très probablement par un mécanisme analogue à celui qu'ont découvert M. Mesnil avec les coccidies et M. Mouton avec les amibes. Cette couche biologique ne doit pas agir seule. Il faut bien admettre que les 50 centimètres de sable sont nécessaires pour compléter Faction de la couche biologique et amener des transformations chimiques dans l'eau elle-même. La théorie actuelle tend cependant à diminuer l'importance des algues sur la couche biologique. On admet qu'à la surface du filtre il y a colmatage du sable et par conséquent diminution des espaces lacunaires, ce qui augmente le pouvoir filtrant du filtre. Toutefois les expériences de Miquel avec l'argile et l'oxyde de fer, n'ont jamais donné d'aussi bons résultats que le colmatage par les algues et les matières en suspension dans 1 eau.
La couche biologique des fillres à sable a donc bien une certaine influence, qui est encore démontrée parles expériences de MxM. Clark et S. Gage (1).
Ces savants ont montré qu'une eau additionnée de sulfate de cuivre diminue la puissance de (iltration desfiltres à sable. Ce sel ne détruirait guère que les algues de la surface, c'est-à-dire la couche biologigue, le sable, même colmaté, est donc insuffisant à lui seul pour filtrer convenablement.
La couche biologique semble agir en activant le phénomène de la concurrence vitale. 11 y a lutte entre toutes ces espèces, et la plus vigoureuse est celle qui trouve les meilleures conditions de développement.
Ces conditions peuvent changer avec les saisons et une autre espèce peut se développer. 11 y a donc lutte perpétuelle, aussi est-il toujours à craindre que, à un certain moment, les microbes pathogènes ne profitent d'un moment favorable pour passer dans Teau filtrée.
Le Bureau d'hygiène de TÉtat de Massachusetts, qui a étudié la flore des filtres à sable, la divise en trois parties : 1° les algues vertes, 2° les algues bleues, 3° les algues brunes.
Suivant les saisons, la température, Teau sera peuplée de l'une quelconque de ces trois espèces, sans compter d'autres organismes dont quelques-uns finissent par rendre le filtre inutilisable. Un travail très intéressant de M. Kemna, d'Anvers, nous montre combien la surveillance des filtres doit être active.
Ainsi, il arrive souvent que des algues flottent à leur surface. Tant qu'elles flottent, on n'a rien à craindre; mais il faut arrêter la filtration aussitôt que l'eau s& clarifie, parce que ces algues sont mortes et communiquent à l'eau une saveur désagréable.
L'éponge d'eau douce (spongilla) a été accusée de cor-
(1) Clark et S. Gage, Journal of infeciious diseases, février 1906.
rompre leseauxenAmérique. Les Daphnées sont gênantes, ainsi que quelques crustacées.
Deux insectes peuvent troubler le fonctionnement du filtre, l'un est un petit moustique dont la larve rouge sanguin se construit un tube avec des grains de sable. A.U moment de la métamorphose ces animaux quittent le fond pour venir à la surface. La couclie biologique se trouve criblée, le filtre débite beaucoup plus et produit une mauvaise épuration. A ce moment les hirondelles apparaissent sur les liltres, ce qui est une indication.
Les Corisea (Hémiptères) se mettent à ramener à la surface les débris de la couche biologique et troublent Teau.
On voit combien est délicat le fonctionnement d'un filtre qui, à des instants fréquents et assez mal précisés du reste, est sujet à une marche défectueuse. Aussi une surveillance appropriée est de toute rigueur sous peine de graves mécomptes.
Nous avons déjà dit qu'on ne devait pas filtrer une eau trop chargée de matières en suspension parce que le filtre serait rapidement hors d'usage et nécessiterait des décroûtages fréquents, ce qui est onéreux. Quand on doit traiter de telles eaux, il est indispensable de les dégrossir soit en les filtrant une première fois grossièrement, soit en les laissant se décanter.
Pour filtrer grossièrement ces eaux on emploie un filtre ordinaire en période de maturation. L'eau filtrée une première fois ainsi est renvoyée sur un deuxième filtre à sable en fonctionnement normal, d'où elle sort bonne pour la consommation. Les filtres à sable doivent pouvoir s'accoupler deux à deux dans ce procédé qui est le plus employé en Allemagne, ainsi que le montre le tableau ci-dessous.
Influence de la préparation préalable des eaux par décantation
Rotterdam.
(Eau de la
Meuse,
rivière
à marée.)
TTPt
de l'installation.
Filtres
dé-
couverts.
TRArrEMENT PRÉALABLE DK8 EAUX
avant leur admission sur les filtres à sable.
Décantation (durée).
1 jour à 1 jour 1/2.
Infiltration.
Néant.
NATURE DES EAt'X BRCTES
teneur bactériologique
approximative
^ (colonies
par centimètres cubes).
NATCRt DES EAUX DÉGROSSIES
par décantation
teneur bactériologique
approximative.
Schiedam.
(Eau de la
Meuse,
rivière
à marée.)
Filtres découverts.
1 jour.
Préfiltralion
réalisée
à l'aide d'une
installation
filtrante
ordinaire.
Mêmes eaux qu'à Rotterdam ; les prises d'eaux des deux établissements sont situées h 8 kilomètres l'une de l'autre.
Comme à Rotterdam.
Hamboui^.
(Eau de l'Elbe, rivière à marée.)
Filtres découverts.
1 jour à 3 jours.
Néant.
Berlin.
Muggelscc.
(Eau du lac
Muggel.)
Filtres couverts.
Décantation
naturelle
par le
lac Muggel.
Néant.
Zurich.
(Eau du lac
de
Zurich.)
Filtres couverts.
Décantation naturelle
par le lac de Zurich.
Préftilration
réalisée
à l'aide d'un
dégrossis-
seur à gravier ;
simple filtration.
ou préfiltralion sur le résultat final de Vopéralion du filtrage.
