CHAPITRE V

Nous avons rapporté Tan dernier (*) les essais que nous avions entrepris pour rechercher l'effet de la tourbe, employée comme support d'oxydation dans les lits bactériens, sur l'épuration des eaux d'égout.

Nous avons montré qu'avec la tourbe mousseuse de Hollande intercalée en couche de 10 centimètres d'épaisseur dans un lit bactérien de scories, l'épuration, bonne au début, devint rapidement incomplète par suite du colmatage de la tourbe, colmatage qui forçait les eaux à s'écouler à travers les parois latérales du lit.

Nous avons pensé, et c'est l'opinion de M. Mûntz, que la tourbe mousseuse de Hollande que nous avions employée était cause de nos résultats peu encourageants; aussi avons nous abandonné le lit bactérien établi à notre station de la Madeleine pour faire des essais comparatifs dans nos laboratoires de l'Institut Pasteur.

Nous avons employé pour nos expériences la tourbe moyenne des marais de la Somme, se présentant sous la forme de briquettes noirâtres dures et compactes. Ces briquettes ont été brisées en morceaux qui ont été trempés dans un lait de carbonate de chaux.

Appareils, — La fig. 4 montre le dispositif adopté pour ces expériences. Il se compose de quatre lits bactériens : deux formés de tourbe et deux de scories, de façon à pouvoir traiter comparativement sur tourbes et sur scories d'un côté (lettres sans indice) l'effluent des fosses septiques de la Madeleine, de l'autre côté (lettres avec indice) une solution de sulfate d'ammoniaque.

(*) Ces recherches, Vol. 3, p. 87.

Les liquides à épurer sont d abord versés dans les bassins A d*où ils sont repris par les pompes B pour être élevés dans

Fi^. 4. — Dispositif d'expériences relatives à l'épuration biologique comparée par lits bactériens percolateurs formés de différents matériaux.

les réservoirs C. L'écoulement de Feau sur les lits devant être très faible par suite de la petite surface de ces lits, le réglage

en est très difficile. Dans le but de le rendre plus régulier, nous avons interposé entre les réservoirs C et les appareils distributeurs E de petits bassins munis à la partie inférieure de deux ouvertures, Tune dans la partie principale laisse écouler le liquide dans les distributeurs, Tautre en est séparée par une cloison et n'est alimentée que par le trop plein du bassin, dans lequel le liquide se trouve donc toujours au même niveau. Cette dernière partie de liquide retourne dans le bassin A.

L'écoulement du liquide des bassins D est réglé par des pinces P. Sa distribution égale dans chaque lit s'effectue au moyen de vases triangulaires basculant sur des pivots, réglables par des contrepoids.

Les lits G sont formés de cylindres en toile métallique à mailles de 1 centimètre, de l'^jSO de hauteur et de 0'",20 de diamètre; la surface de chaque lit est donc de 0"**,0314. Deux lits G G, sont remplis de tourbe en morceaux de 2 à 3 centimètres, les deux autres G' G/ de scories triées et lavées de 1 à 2 centimètres. La tourbe provient des tourbières de la Somme : c'est la variété noire compacte, analogue à celle employée par MM. Muntz et Laine pour leurs expériences. Le fond des lits, aussi en toile métallique, laisse écouler le liquide traité qui est recueilli dans les réservoirs H.

Le volume du liquide écoulé sur les lits est évalué chaque jour à la même heure par la hauteur du liquide restant dans les réservoirs C, après y avoir pompé la partie écoulée dans les bassins A par les trop pleins des bassins D.

Les expériences d'épuration d'eaux d'égout ou d'eaux résiduaires sont toujours beaucoup plus difficiles à effectuer sur un petit volume au laboratoire que sur les grands volumes d'une installation comme celle de la Madeleine. Cependant les expériences de laboratoire, quoique plus délicates, permettent plus facilement tous les changements et modifications dans le dispositif adopté, suggérés par les circonstances.

La plus grande difficulté rencontrée a été le réglage de l'écoulement du liquide dans Tappareil distributeur. Lorsque cet écoulement est ralenti, les orifices sont obstrués facilement

par les moindres poussières, et il s'arrête; il faut donc une surveillance attentive. Nous avons aussi remarqué que le déversement du liquide sur les lits doit être aussi peu abondant que possible, de façon qu'il ne jaillisse pas de liquide qui, s'écoulant le long des parois extérieures, vienne se mélanger aux eaux épurées.

Nous avions pensé pouvoir effectuer toutes les expériences sur une série de deux colonnes ; mais nous avons dû en faire construire deux nouvelles pour traiter séparément les solutions d'ammoniaque et Teffluent des fosses septiques de la Madeleine.

Nous pouvons donner, dès à présent, quelques résultats de nilrification du sulfate (V ammoniaque. Quant à ceux de l'épuration de Veffluenl des fosses septiques, nos expériences ne sont pas encore assez avancées pour les publier.

Si l'on compare la nitrification obtenue avec la tourbe et avec les scories, on observe une action bien plus intense avec la tourbe, comme le montrent les premiers chiffres du tableau ci-après. La nitriflcation est plus de cinq fois plus active dans la tourbe que dans les scories.

Après quelques semaines pendant lesquelles ces différences étaient toujours constantes, quel que fût le volume de l'eau traité, nous avons mélangé à la tourbe comme aux scories environ 1/4 de leur volume de morceaux de calcaire assez tendre, de la grosseur d'un petit œuf.

L'effet de l'addition de carbonate de chaux a été peu important pour la tourbe, dans laquelle la nitrification a toujours été très active. Pour les lits de scories au contraire, l'action des ferments nitrifiants est devenue beaucoup plus intense et si, pour les débits très faibles, la nitrification était meilleure dans les lits de tourbe que dans les lits de scories, pour les débits plus forts, on peut constater par les nombres du tableau IX que le phénomène inverse s'est produit.

De cette première série d'expériences on peut donc conclure :

V Que la tourbe seule est un meilleur support que les scories seules pour obtenir une bonne nitrification de V ammoniaque.

Tableau IX. — Nitrifloation du sulfate d'ammoniaque.

(Solution à 200 milligr. par litre.)

1*» Sans carbonate de chaux.

2» Avec — —

Litres d'eau

par mètre carré

de surOice.

Tourbe.

Scorits

T Que V addition de calcaire aux scories permet d'obtenir une nitrification comparable à celle obtenue dans les lits de tourbe mélangée de calcaire pour les débits moyens. Pour les débits plus importants, le mélange scories et calcaire semble supérieur au mélange tourbe et calcaire-

Dans le but de chercher une explication de la différence d'aclion observée dans les lits bactériens à tourbe et à scories, surtout au point de vue des matières organiques, nous avons effectué une détermination (*) de la durée d^écoulement dans nos lits d*expérience.

L*écoulement étant réglé de part et d'autre au taux de 1175 litres par mètre carré et par jour, et après avoir dosé le chlore dans Teffluent de fosse septique qui s*écoulail sur les lits, nous avons versé dans chacune des cuvettes à renversement 100 centimètres cubes d'une solution à 18 pour 100 de chlorure de sodium. Puis, toutes les 5 minutes d'abord, toutes les 10 minutes ensuite, nous avons prélevé des échantillons dans lesquels nous avons dosé le chlorure de sodium. Les résultats sont rapportés dans le tableau X ; ils ont permis d'établir les courbes ci-après (graphique n* 12).

Dans le lit à tourbe, la quantité maxima de ciilorure de sodium, 1*' ,86 par litre, a été observée au bout de 40 minutes,

(*) Avec la collaboration de M. Ghysen, dont nous analysons plus loin un travail sur cette question.

puis le taux de chlorure s'est abaissé jusqu'à 1*',28 qui s'est maintenu avec des variations peu importantes jusqu'à la fin de l'expérience, c'est-à-dire, après 6 heures 30. Il semble donc que le chlorure de sodium soit retenu énergiquement par la tourbe et qu'il n'est cédé que peu à peu. L'élimination si lente d'un composé passant ordinairement très rapidement dans les filtres montre que les matières organiques doivent aussi être retenues énergiquement et par suite soumises aux actions de destruction qui aboutissent à l'épuration de Teau. Dans les lits à scories au contraire, tout se passe comme dans un filtre ordinaire. L'élimination du chlorure de sodium est très rapide et le taux maximum 4*%70 par litre, est atteint au bout de 1 heure 20 ; puis la teneur en chlorure diminue progressivement et, après 6 heures 30, il en reste encore une assez forte proportion : 1*%96 par litre. Ici encore il y a retenue mais beaucoup moins énergique que celle observée avec la tourbe.

Tableau X. — Chlorure de sodium en NaCl (en grammes par litre) dans Teffluent des lits.

Tourbe. Scories.

Avant rexpérience Q^,^2 0«',52

Déversement sur chaque lit de 100 ce. de solution de chlorure de sodium d 18 0/0.

Après 5 minutes 0^,88 0^,76

— 10 — l^^OS 1«%36

— 1 heure l»',»© 4»%4«

— 1 — 10 minutes i^64 4^,66

— i 20 — l^^tôî 4«',70

i 40 — li',28 4«',24

— 2 heures i'^iîi 4»',06

— 2 — 10 minutes l»',^» >,90

2 — 20 — i'^jî^ 3«SW)

Chlorure de Sodùtm (NaCl) «ti gramme$ par litre.

Au sujet de celle impôrlanle queslion relative à l'emploi de la tourbe dans la coastruction des lits bactériens, le docteur J. Ghysen (*) vient de publier tout récemment une intéressante étude que nous croyons utile d'analyser ci-après :

Historique. — Les scories nécessaires pour la construction des lits bactériens ne se rencontrent pas toujours, dans certaines localités, en quantités suffisantes; aussi a-t-on cherché à les remplacer par d'autres matériaux, notamment par la tourbe.

Les premières expériences effectuées sur cette matière à la station expérimentale de Lawrence [Massachv sella) en 1888 ont montré qu elle se prête très mal à la filtration intermittente. La tourbe était répandue à la surface de filtres à sable, sur une hauteur de 1 à 5 pieds; dans tous les cas, la filtration a été impossible, l'épuration presque nulle. On a seulement pu constater dans l'effluent de sortie une diminution du nombre des bactéries. Ces mauvais résultats tiennent sans doute à la nature peu favorable de la tourbe employée, car les essais effectués en 1900 en Angleterre sur l'emploi de la tourbe dans la filtration intermittente ont conduit à des conclusions meilleures. En ayant soin de drainer parfaitement le filtre, on a pu obtenir avec les filtres à tourbe de très bons résultats. Toutefois la réaction acide de la tourbe semblait gêner le travail des ferments nitrificateurs,car les effluents de sortie étaient à peu près exempts de nitrates.

En Allemagne, Schwarzkopf et Pelri ont recommandé le mode de travail suivant : l'eau à purifier est d'abord traitée par un procédé chimique, puis envoyée sur les filtres à tourbe; mais les essais effectués avec cette méthode à l'Institut d'Hygiène de Berlin n'ont pas conduit à des résultats favorables. Frank a également essayé, à Wiesbaden^ la tourbe pour l'épuration des eaux d'égout; mais il s'est borné à Texamen bactériologique de l'effluent de sortie et a opéré à l'abri de l'air, de sorte qu'il est difficile de tirer des conclusions de ses expériences. Les essais de Degeneronl donné de meilleurs résultats.

(•) Gesundheils Ingénieur, 1909, n» 1, p. 1.

Degener additionne Teau d'égout de tourbe divisée et précipite ensuite la masse par le perchlorure de fer. On élimine ainsi 78 pour 100 des matières organiques putrescibles.

En Italie, Adolfo Monari a fait des essais sur la (iltràtion des matières fécales sur la tourbe et a pu séparer ainsi les matières en suspension qui, mélangées à la tourbe, coBstituenl un excellent engrais. Mais l'effluent de sortie était encore très putrescible.

En France, Muntz et Laine ont montré que la tourbe est un substratum tout à fait favorable aux microbes nitrificateurs. En utilisant pour le traitement des eaux d'ëgout un filtre composé de fragments de tourbe mélangés de carbonate de chaux et placés sur une couche de sable bien drainée, ces savants ont obtenu des résultats très favorables : disparition de Tammoniaque, réduction des matières organiques dans la proportion des quatre cinquièmes, effluent de sortie clair, sans odeur et imputrescible. Pour éviter les dangers de colmatage de la surface du filtre, il suffit de renouveler de temps à autre la couche superficielle ou de la mélanger avec les couches inférieures.

Poitevin utilise, au lieu de craie pulvérisée, des couches alternatives de morceaux de craie et de tourbe.

Essais du C^ J. Ghysen. — Ghysen a cherché à savoir s'il est avantageux d'utiliser la tourbe pressée pour la construction des filtres intermittents, si la tourbe pressée peut jouer le rôle de couche filtrante à la surface des lits bactériens percolateurs ordinaires, et enfin si la tourbe en briquettes peut servir pour la construction des lits.

La tourbe qui a servi pour la construction des filtres intermittents avait une faculté d'imbibition d'environ 50 pour 100, c'est-à-dire notablement supérieure à celle des filtres à sable qui ne dépasse guère 20 à 25 pour 100. Dans ses essais sur des filtres intermittents de 1 mètre de hauteur, Ghysen a constaté d'abord que la tourbe ne se comporte pas comme le sable vis-à-vis du chlorure de sodium et des matières colorantes. Tandis qu'avec le sable ces substances ne sont nullement retenues, elles le sont très fortement avec la tourbe:

une solution de chlorure de sodium s'appauvrit beaucoup par passage sur la tourbe ; une solution d'éosine sort du filtre complètement décolorée. Ghysen a vu en outre que la tourbe, quand elle est bien perméable, peut donner d'aussi bons résultats que le sable pour la filtration intermittente. Tous les trois jours le filtre était chargé avec une couche d'eau d'égout de 15 centimètres, et il a fonctionné parfaitement pendant un an et demi sans aucun colmatage. Même avec un chargement double du précédent, la marche du filtre n'a pas laissé à désirer, bien que l'eau d'égout renfermât 500 milligrammes de matières en suspension par litre. Toutefois les filtres à tourbe donnent des eaux toujours colorées en jaune ou en brun par suite de la dissolution de l'humus; l'oxydabilité augmente au lieu de diminuer, bien que l'eau ne soit plus putrescible. L'ammoniaque diminue beaucoup tandis que les nitrates augmentent dans de fortes proportions.

Ghysen a expérimenté également la méthode de Mûntz et Laine qui consiste à mélanger la tourbe avec de la craie pulvérisée. Ces essais ont donné d'excellents résultats : les effluents sont devenus incolores; en outre, on a constaté une forte diminution de l'oxydabilité, par suite de la fixation de l'humus par la craie. Ghysen a mis en évidence un autre avantage de la craie. En faisant l'analyse des gaz qui se trouvent à l'intérieur des filtres intermittents à tourbe, il a constaté que la craie exerce une action très favorable sur les échanges gazeux. Un filtre travaille d'autant mieux qu'il contient plus d'oxygène et qu'il laisse se diffuser plus vite l'acide carbonique produit par les microbes. Or la présence de la craie a pour résultat de diminuer la teneur en acide carbonique dans toutes les couches du filtre, probablement par suite de la formation de bicarbonate de chaux soluble. L'effluent de sortie du filtre à tourbe et à craie est d'ailleurs beaucoup plus riche en acide carbonique que l'effluent du filtre à tourbe seule. Au contraire, l'oxygène est beaucoup plus abondant dans les gaz du filtre qui a reçu de la craie.

L'étude bactériologique des effluents de ces filtres intermittents a montré que le nombre des bactéries, qui était de 20 à 40 millions par centimètre cube dans l'eau brute, tombait à 20000-500000 par centimètre cube dans l'effluent de sortie.

Aucune différence n'a été constatée entre les filtres à craie et les filtres sans craie.

Les essais de Ghysen ont également porté sur lemploi de la tourbe comme couche superficielle des lits bactériens percolateurs. Ces essais ont été faits sur 4 lits percolateurs en scories, à la surface desquels on a placé une couche de tourbe de 50 centimètres. Deux de ces lits ont reçu en outre, sous la couche de tourbe, une couche de craie de 10 centimètres. Les effluents des lits sans craie ont été colorés au début; on a constaté une augmentation de Toxydabilité, suivie d'une forte diminution. Au contraire, les effluents des lits à craie ont été dès le début incolores et Toxydabilité a diminué aussitôt dans de fortes proportions. Après 3 mois de fonctionnement, les deux types de lits donnaient, au point de vue de l'épuration, des résultats analogues. La diminution de Toxydabilité atteignait 60 pour 100; la putrescibilité était nulle; on ne trouvait plus que des traces d'ammoniaque et les nitrates atteignaient 100 milligrammes par litre. On n'a observé aucun colmatage de la couche superficielle. Un autre lit à percolation, construit avec de la tourbe mêlée de craie, de 1 mètre de hauteur, a fonctionné parfaitement pendant près d'un an sans le moindre colmatage, avec un chargement de 1 mètre cube d'eau d'égout par mètre carré de surface.

Enfin Ghysen a expérimenté deux filtres de 1 mètre de hauteur, formés d'une couche inférieure de 50 centimètres de briquettes de tourbe et d'une couche supérieure de 50 centimètres de tourbe divisée. Le fonctionnement, au bout d'un mois, était satisfaisant. Il y a encore augmentation de Toxydabilité, mais les nitrates sont déjà abondants et Teau n'est plus putrescible. 11 est nécessaire de prolonger Texpérience pour juger si les briquettes de tourbe peuvent être utilisées pour la construction des couches inférieures des lits bactériens.

Ghysen tire de son étude les conclusions suivantes :

1*" Il est indispensable de s'assurer à l'avance, par des essais, de la perméabilité de la tourbe qu'on veut employer

2** La tourbe, quand elle est bien choisie et bien perméable, se prête très bien à la filtration intermittente ou à la construction de lits bactériens. Les effluents sont sans odeur,

clairs, imputrescibles. Leur couleur est semblable à celle de Teau des tourbières;

3** Pour l'analyse de ces effluents, on ne peut pas se baser sur l'oxydabilité; il faut recourir à Tépreuve d'incubation;

4** L*addition de craie est particulièrement recommandable : elle rend les efflucnts incolores, absorbe Tacide carbonique produit. Le mélange de tourbe et de craie pulvérisée doit être tout à fait intime;

5** Si, après une longue période de fonctionnement, le filtre se colmate, il est très facile d'utiliser la tourbe colmatée, qui n'a aucune odeur, comme engrais, en agriculture, ou de la brûler;

6** D'après les essais signalés plus haut, on peut charger Jes filtres avec Teau brute fraîche. Naturellement le mode de clarification préalable aura une influence sur la durée de fonctionnement du filtre. Il faut donc déterminer dans chaque cas particulier s'il est plus avantageux de renouveler plus ou moins fréquemment la couche de tourbe colmatée ou d'installer des appareils de décantation préalable.