Préfiltration lente
Toujours extra-claires.
Écarts de 5 à 1 50 bac- 184 téries (1899-1900).
15 à 20 ccnlimèt
Taille etrcctive
du sable : 0""»,29
DiÉNERT. — Hydrologie agricole.
Quelquefois on préfère la décantation. L'eau est amenée dans des grands bassins et abandonnée à elle-même pendant quelque temps. Les matières en suspension s'y déposent, on décante Teau surnageant le dépôt, laquelle est envoyée sur un filtre à sable. Dans ce cas l'action stérilisante de la lumière solaire contribue, pour une part sensible, à l'épuration de ces eaux.
Pour celles moins chargées, le système Puech semble préférable parce qu'il occupe une surface moindre. Voici la description du système donnée par l'inventeur :
« L'appareilse compose de couloirs rectangulaires juxtaposés, d'une dimension égale, 22 mètres de longueur sur 2 mètres de largeur. Un mur crépi de ciment entoure tout l'ouvrage, qui est presque au ras du sol. La profondeur est de 1™,80. Le fond est cimenté. Deux cloisons en briques, cimentées également, séparent les bassins en les rendant indépendants.
« Deux tôles perforées, qui ont 1 mètre sur 2 et 4 millimètres d'épaisseur, sont posées de niveau, à côté les unes des autres, mais indépendantes. Elles forment comme un plancher à jour sur toute l'étendue de trois couloirs. Ce plancher reçoit une couche de gravier. L'épaisseur est deO'^,35 à l'amont pour se réduire à 0°», 20 à l'aval, ce qui détermine une pente totale sur le gravier de 0"^,15.
« La perforation de ces tôles n'est pas la même d'un couloir à l'autre. La grosseur des graviers, contenus dans chacun, diffère également, c'est ainsi que le couloir 1 est garni de tôles à trous ronds de 10 millimètres de diamètre qui supportent du gravier criblé de 12 à 15 millimètres de diamètre. Le couloir 2 a destôlesà trous ronds de 8 millimètres, qui supportentdugravier criblé de 10 millimètres. Quant au couloir 3, les trous de ses tôles sont oblongs et ont 4 millimètres de largeur sur 1 2 millimètres de longueur. Le gravier criblé est ici de 6 à 8 millimètres. Sous ces tôles le double fond décrit une pente dans la même direction^ mais plus forte, égale à 0™,25.
« L'eau brute, admise dans la cuvette d'amont du couloir 1, envahit la couche de gros gravier, la tamise, remplit le double fond et vient se déverser dans la cuvette d'aval. Quand le niveau est suffisamment monté dans le couloir /, on met celui-ci en communication avec le couloir 2.L'eau pénètre dans la cuvette d'aval, atteint la couche du gravier moyen, la traverse et, après avoir rempli le double fond, monte au niveau voulu. Aussitôt on ouvre la communication avec le couloir 3. L'eau pénètre dans la cuvette d'aval, puis sur la couche de gravier fin et dans le double fond. Quand le niveau est établi, on amène l'eau dégrossie par un conduit vers les filtres définitifs. »
L'eau abandonne sur ces différents graviers la plus grande quantité de ses substances en suspension. Cette opération préalable permet de ne recevoir sur le filtre que des eaux claires et de ne pratiquer les décroûtages qu'à des intervalles plus éloignés.
Ces dégrossisseurs sont d'un très grand débit, il faut les nettoyer très souvent, mais cette opération est simple, facile et peu coûteuse.
M. Chabal a fait voir l'influence des décantations et préfiltrations préalables sur la qualité des eaux filtrées (Voy. tableau, pages 384 et 385).
Système Anderson. — Nous avons vu que, dans le filtre à sable, la membrane biologique est un organe principal. Elle agit bien biologiquement mais son rôle est surtout de colmater les pores du sable de façon à augmenter l'action filtrante de celui-ci. On peut arrêter ce colmatage, en constituant dans l'eau à filtrer un précipité colloïdal.
Le système Anderson est basé sur ce principe. Dans de vastes cylindres appelés revolvers, renfermant de gros boulets en fonte, on fait arriver Teau à traiter. On agite ces revolvers et il se dissout du fer sous forme d'oxyde ferreux. A l'air cet oxyde se transforme en oxyde ferrique, corps colloïdal insoluble dans l'eau.
Le contact de Teau et des fragments de fonte dure environ quatre à cinq minutes. Par 1000 mètres cubes il se dissout de 500 à 3000 grammes de fer.
L'eau ainsi traitée est dirigée vers un filtre à sabJe ordinaire où elle abandonne son fer qui colmate les pores du filtre et facilite la filtration.
D'après les inventeurs, la matière organique diminuerait de 30 à 50 p. 100, toutes les matières en suspension seraient retenues, et la membrane supérieure et filtrante se formerait plus rapidement ; on pourrait également, sans inconvénient, augmenter le débit du filtre.
En réalité le procédé Anderson n'a pas répondu aux espérances des auteurs. Pour obtenir une bonne filtration, il est, bien entendu, très utile de diminuer les pores du sable, mais il faut encore empêcher la prolifération et l'accumulation des germes arrêtés par le sable, qui doivent mourir et être détruits. Dans le nombre, quelques-uns trouvent le moyen de proliférer et d'échapper à l'action de la concurrence vitale. Si la couche filtrante n'est pas suffisamment épaisse, comme c'est le cas des dépôts de matières colloïdales, ces microbes arrivent à gagner, au bout d'un certain temps, la couche sableuse inférieure peu filtrante, où ils ne sont guère retenus. Le filtre alors fonctionne mal. Au contraire si la couche filtrante est épaisse, les germes pathogènes qui prolifèrent à la partie supérieure ne trouvent plus guère, au fur et à mesure qu'ils s'enfoncent dans le sable, de conditions favorables pour se multiplier. 11 est bien rare qu'ils échappent à l'action des germes adaptés à des milieux de plus en plus purs.
C'est pourquoi, si on veut filtrer une eau à travers du sable recouvert d'une couche colloïdale peu épaisse comme dans les filtres américains que nous allons voir, il faut s'astreindre à des lavages fréquents du filtre pour enleverartifi* cieilement et souvent les germes retenus à leur surface et les empêcher, par prolifération, de gagner les eaux filtrées.
La conduite de ces instruments étant très délicate, nous
indiquerons les règles qu'on a l'habitude de suivre en pareil cas.
Règles édictées en Allemagne pour la filtration des EAUX DE SURFACE. — Voîci les règlcs édictées en 1894 par le GesundheU samt {noia.mmenl en cas de danger de choléra).
1° Pour apprécier la qualité d'une eau de surface filtrée, il y a lieu d'observer spécialement les points suivants :
a) L'effet d'un filtre peut être regardé comme satisfaisant lorsqu'il réduit le nombre des germes au minimum, sans dépasser la limite que l'expérience a montré pouvoir être atteinte par l'ouvrage considéré. Si l'on n'a pu encore réunir de données suffisantes sur les conditions locales de chaque ouvrage, notamment en ce qui regarde l'influence de l'eau brute, on prendra pour règle que le produit d'un filtre ne devra pas contenir plus de i 00 germes environ par centimètre cube,
b) L'eau filtrée doit être aussi claire que possible, et, en ce qui regarde la couleur, le goût, la température et la composition chimique, ne doit pas être plus mauvaise qu'avant la filtration (?)
2° Pour contrôler constamment l'efficacité bactériologique de la filtration, on doit analyser tous les jours le produit de chaque filtre isolément : tout accroissement brusque du nombre des bactéries doit faire soupçonner et rechercher une cause de perturbation.
3° Pour permettre les recherches bactériologiques mentionnées au paragraphe 1, chaque filtre doit être construit de façon qu'on puisse à tout instant prélever un échantillon de l'eau qu'il fournit.
4° Pour assurer l'uniformité de méthode des analyses bactériologiques, le procédé suivant est à recommander :
Le milieu nutritif sera la gélatine peplonée à l'extrait de viande à 10 p. 100. On conservera les plaques aux environs de 20<* et on fera la numération des colonies à la loupe, quarante-huit heures après l'ensemencement.
Si l'on conserve les plaques à une température inférieure à 20°, le développement des colonies étant lent, lE numération devra être plus tardive.
Si le nombre des bactéries par centimètre cube dépasse iiOO,lanumérationestfacilitéeparrappareildeWolffhùgel.
5° Les personnes chargées des analyses bactériologiques doivent prouver qu'elles sont expertes en la matière et appartenir autant que possible au personnel régulier de If installation.
6<» Quand le produit d'un filtre ne répond plus aux Gonditions hygiéniques requises, il doit être rejeté tant que de nouvelles analyses bactériologiques n'ontpas prouvé que la cause de trouble est écartée. Si un fdtre ne donne plus, pendant un certain temps, qu'un débit insuffisant, il doit être mis hors de service, jusqu'à découverte et correction de la cause perturbatrice.
11 peut arriver que, dans certains cas et certaines conditions inéluctables, en temps de crue par exemple, il soit impossible de donner de l'eau répondant aux exigences du paragraphe 1 : en ce cas il faut se contenter de Veau moins pure, mais si les conditions l'indiquent (comme en cas d'éclosion d'une épidémie) on devra en donner avis au public.
7° Pour pouvoir rejeter une eau insuffisamment fdtrée et ne répondant plus aux conditions requises (§ 6), chaque filtre doit être construit de manière à permettre d'isoler son produit de la canalisation d'eau pure et de l'évacuer.
Cette évacuation doit avoir lieu, autant que possible, Eégulièrement: i° aussitôt après qu'on a enlevé le dessus de la couche de sable ; 2° quand on a renouvelé entièrement cette couche. Le directeur appréciera, d'après l'expérience que lui auront donnée les examens bactério- ]\)giques, au bout de combien de temps aprèsle nettoyage eu le renouvellement du sable le filtre aura recouvré son efficacité et pourra être remis en service.
8*^ Une bonne installation doit comporter une surface fll-
tran te largement calculée et une réserve suffisante, afin que la vitesse de filtration reste modérée et soit bien proportionnée aux conditions locales et à la qualité de l'eau brute.
9*» Chaque filtre doit pouvoir se régler directement et on doit pouvoir contrôler la quantité et les caractères de son produit, ainsi que sa perte de charge ; il doit pouvoir être vidé complètement, et, après un nettoyage, on doit pouvoir le remplir de bas en haut, jusqu'au-dessus de la surface supérieure du sable.
10<» La vitesse de filtration doit pouvoir être établie pour chaque filtre au taux qui résulte des conditions les plus favorables; elle doit être régulière et à l'abri de toute variation ou interruption brusque. Dans ce but on doit avoir des réservoirs capables de parer aux variations horaires de la consommation pendant la journée.
11° Les filtres doivent être agencés de manière à ne pas être influencés dans leur travail par les variations de niveau du réceptacle des eaux filtrées.
12° La perte de charge due à la filtration ou à l'accroissement dépression sur le filtre ne doitjamais devenir assez grande pour produire des ruptures de la couche supérieure flottante (membrane) ; la limite à laquelle la surélévation de pression doit s'arrêter, doit être fixée dans chaque cas par l'étude bactériologique.
13° Chaque partie de la surface d'eau filtrée doit agir également et absolument comme les autres.
14° Le fond et les parois d'un filtre doivent être étanches, et l'on doit éviter que l'eau brute du dessus puisse se frayer un chemin quelconque pour gagner les drains d'eau filtrée; il faut notamment veiller à tenir bien étanches les ventouses destinées à l'aération des conduites d'eau pure.
15° L'épaisseur de la couche de sable doit être assez grande pour ne jamais être réduite par les nettoyages au-dessous de 0"*,30, et [on doit, autant que possible, rester au-dessus de cette limite.
La plus grande attention doit être donnée à la couche supérieure du sable sali ; on mettra de côt^ la tranche immédiatement sous-jacente du sable coloré, et on la rapportera au-dessus du sable neuf dont on remplit le filtre.
Telles sont les règles allemandes, qui, depuis que ces instruments ont été observés dans leur fonctionnement, doivent être en partie modifiées.
A Paris, M. Miquel suit la marche des filtres, en recherchant le b. coli dans les eaux filtrées : La présence de ce bacille indique quelquefois une imperfection de filtrage le long de la paroi, imperfection toute passagère et non durable. D'autres fois, elle démontre la nonuniformité de la couche biologique, ce qui est plus grave, car cet accident demande plusieurs jours pour être réparé, et pendant ce temps, des germes suspects peuvent venir contaminer la partie inférieure des filtres. Voici les règles adoptées: En principe, un filtre à sable ne doit pas laisser passer le bacille du côlon. Si, pendant deux jours consécutifs, on décèle ce microbe, le fillre est déclaré suspect et mis en décharge pendant deux jours. Si ce germe est trouvé trois jours de suite dans les eaux filtrées, le filtre est déclaré mauvais et mis en décharge pendant trois jours consécutifs.
Enfin pour mettre un filtre neuf en service, il faut que, pendant cinq jours, il ne donne pas le bacille du côlon.
Ces filtres à sable ordinaires sont donc des instruments d'une telle fragilité, qu'une surveillance incessante doit être exercée sur eux.
Filtres américains. — Si les filtres à sable dits anglais ont des avantages, ils ont de nombreux inconvénients. La couche biologique en est très fragile ; dans les pays froids, si le filtre n'est pas couvert, Feau se congèle. Les eaux très troubles, très communes en Amérique, ne pourraient se clarifier, môme après plusieurs passages à travers ces filtres. Enfin ils ont un débit trop faible et tiennent trop de place.
Les Américains, par remploi de leurs filtres, débitent 30 à 50 fois plus que les filtres ordinaires qui s'affranchissent de ces divers inconvénients.
Les modèles de ces instruments sont nombreux, et reposent tous sur le principe suivant :
Dans une eau calcaire, le sulfate d'alumine se décom-
Hg. 107. — Coupe schématique d'un filtre rapide. A, B, arrivée de l'eau ; a, couche de sable; c, graviers ; C, sortie de l'eau : B, D, E, entrée et sortie de l'eau pour le nettoyage.
pose pour donner naissance à du sulfate de chaux et à de l'alumine. Cet oxyde; qui est colloïdal, se dépose, entraînant avec lui une certaine quantité de microbes et les matières en suspension que l'eau traitée renfermait. Ce mélange est passé sur un tambour horizontal ou vertical contenant du sable. L'alumine s'arrêtera sur le filtre, colmatera les pores de sa surface et contribuera à la liltration des eaux (fig. 107).
L'eau est filtrée sous pression, l'oxyde précipité, offrant au déplacement de l'eau à travers le sable, une résistance considérable.
Wt STÉRILISATION ET AMÉLIORATION DES EAUX.
(iomme nous l'avons dit, ces filtres, à gros débit, doivent être fréquemment nettoyés. Un dispositif spécial permet, à cet effet, de faire passer de Teau propre en s^ns inverse du courant primitif, en même temps qu'un agitateur remue le sable et favorise le lavage.
Ce filtre élimine 98 à 99 p. 100 des germes de l'eau.
Comme la filtration est très rapide, on n'y constate aucun phénomène de nitrificalion. Le gros inconvénient de ces filtres est d'exiger une eau calcaire et l'emploi continuel de réactifs en quantité suffisante, sans excès. C'est une affaire d'analyse, où une petite erreur peut avoir de graves conséquences.
Ce procédé qui trouve bien son emploi en Amérique, ne rendrait pas les mêmes services en Europe où l'on ne Irouve pas d'eaux assez boueuses pour ne pas être traitées par les filtres à sable ordinaires.
Filtres Howatson. — Parmi un grand nombre de filtres, qui, pour la plupart, sont des dégrossisseurs comme ceux de Desrumeaux, Dervaux, Delhotel^ et Moride, Buron, Krœnpke, Candy, etc., nous citerons le filtre Howatson qui est un filtre à sable précédé d'un dégrossisseur et utilisant les propriétés oxydantes d'un Gorps appelé li polarité, composé d'oxyde de fer magnétique (14 p. 400), de silice (25 p. 100), avec addition de quelques autres corps : chaux (2 p. 100), alumine 6 p. 100, magnésie 7 p. 100 et alcalis 6 p. 400. Ce corps agirait comme la mousse de platine* absorberait l'oxygène de l'air et le concentrerait sur les matières organiques qu'il oxyderait. La durée d'activité de ce corps est de sIk semaines, après quoi il faut revivifier la polarité au moyen d'un courant d'air (fig. 108).
L'eau passe d'abord sur un dégrossisseur, composé d'une couche filtrante formée de silex concassé, supportée par un double fond rainé et perforé d'un grand nombre de trous, puis est introduite dans le filtre à sable à polarité. La filtration est intermittente. Ce filtre marche, par
vingt-quatre heures, avec un débit de 6 mètres cubes par mètre carré de surface. La réduction des malitTes
as
organiques serait, d'après l'inventeur, de 80 à 85 p. 100, et la réduction microbienne de 99 à 99,5 p. 100.
En résumé, pour les petites installations qui ne peuvent s'astreindre à une surveillance journalière et de tous les instants, le filtre de M. Miquel est de beaucoup le
meilleur et le plus pratique. Il est donc à recommander partout où il faut épurer des eaux suspectes.
Procédés électri-
11'^ 1 ques. — L'emploi du
\m\ courant électrique
m h pour la stérilisation
de l'eau a été appliqué par Woolf et par Webster.
Woolf décomposait, parl'électrolyse, une solution de sel marin, il se produirait des hypochlo- I rites, antiseptiques ? puissants. Ce procédé « physique est donc en I réalité un procédé I chimique sur lequel I nous allons revenir ^ par la suite.
"l Webster produit ^ électrolytiquement de l'alumine (précédemment de l'oxyde de fer), en faisant passer un courant dans une caisse rectangulaire (fig. 109), contenant alternativement des plaques r^l^=^T ^*^W\\mmr< ^^^ d'aluminium et de
Y Ê zinc.
L'eau passe devant chaque électrode, l'anode étant formée par la plaque <raluminium et la cathode par celle de zinc. L'alumine
PURIFICATION CHIMIQUE. 397
qui se forme (et qui remplace Talun des filtres américains) entraîne les matières en suspension et les microbes, l'électricité n'intervenant ici que comme producteur d'une substance chimique.
Le procédé Webster est donc bien un procédé physique mais l'électricité n'est pas l'agent d'épuration, c'est un simple agent de production. 11 y a lieu de se demander toutefois si le zinc n'a pas une certaine influence nocive pour les microbes contenus dans l'eau.
PURIFICATION CHIMIQUE
Les filtres à sable ordinaire, comme les filtres en porcelaine ou en cellulose, demandent des soins constants pour fonctionner d'une manière convenable.
Ils peuvent laisser passer des germes, en particulier ces germes invisibles qu'on connaît mal encore et dont certains sont pathogènes.
Ceux qui sont partisans de ne fournir comme eau potable que des eaux stériles, condamnent tous les procédés physiques d'épuration, à l'exception de la chaleur, ils préfèrent les eaux traitées par un moyen chimique susceptible de détruire tous les microbes.
Nous avons vu que tous les corps employés pour ce traitement étaient des oxydants détruisant la matière organique ainsi que les germes.
Us ne peuvent être utilisés que si, après traitement, l'eau ne renferme plus une trace du corps employé. Si ce dernier est volatil ou facilement destructible, il est aisé de s en débarrasser ; si, au contraire, il est fixe, il faudra l'éliminer en traitant l'eau, de façon à n'y laisser qu'un corps in offensif.
Les substances employées sont : le chlorure de chaux, DiÉNERT. — Hydrologie agrieoJe. 23
et les hypochlorites, Tiode, le brome, le permanganate de chaux ou de potasse, le peroxyde de chlore, Feau oxygénée, le peroxyde de sodium, le chlorure de cuivre, Fozone, les éthers nitreux.
L'iode agit à la dose de . ^^ ,,^^ et oxyde la matière
organique. Après son action on y ajoute de Thyposulfite de sodium, de façon à obtenir du tétrathionate de sodium et de l'iodure de sodium, corps inoffensifs aux doses présentes.
Le brome, oxydant et antiseptique, est, après son action, transformé par Tammoniaque en bromhydrate d'ammoaiaque inoffensif.
Le permanganate de potassium est un oxydant énergique et un puissant antiseptique. Ajouté en excès à l'eau, il tue les microbes. Puis on Télimine en faisant passer l'eau sur un filtre en charbon, qui décompose le permanganate et retient le manganèse.
MM. Girard et Bordas ont remplacé le permanganate de potasse par celui de chaux. L'eau est ensuite filtrée à travers un bloc de bioxyde de manganèse, de façon à éliminer cet oxydant. Après cette opération, du corps employé, il ne reste plus qu'un peu de chaux.
L'eau oxygénée, également antiseptique, n'agit malheureusement qu'aune dose trop élevée. On peut la remplacer pjar le bicalcite {procédé Freyssinge-Roche) (bioxyde de Ca). Une dose de 0»r,3 à OJf^S de ce produit titrant 20 p. 100 d'eau oxygénée est nécessaire. On laisse en contact pendant deux à trois heures, puis généralement l'eau est filtrée à travers l'oxyde de manganèse.
Le manganate de baryum préconisé par M. Cambier, stérilise à la dose de 1 kilogramme pour 180 mètres cubes d'eau. Pour détruire l'excès de manganate on emploie le sulfate ferreux ou encore le fer.
Procédé Berge. — Dans ce procédé, on emploie le gaz obtenu par l'attaque du chlorate de potasse, au
PURIFICATION CHIMIQUE. 300
moyen d'acide sulfurique étendu de la moitié de son volume d eau.
La réaction est représentée parla formule :
