VITESSE

de

fil t ration.

Londres. East Londori

mil.

— Grand Junction

Chelsea

Hambourg

Altona

Berlin, Miïvrgelsee

j Berlin, Stralau

Paris, Compagnie générale des eaux.

Disposition du filtre. — Des mesures doivent être prises pour assurer la marche régulière et efficace de la filtration. Les bassins sont couverts si Ton veut éviter les effets produits par les grandes variations de la température. Dans les bassins couverts, on évite la formation de la glace en hiver, et le développement intensif des algues et autres plantes en été; par contre, l'eau se trouve soustraite à l'action épuratrice de la lumière, ce qui est une condition moins bonne.

Les parois et surtout le fond des bassins doivent être étanches; la couche de sable repose généralement sur des couches de support constituées par des sables et graviers de plus en plus gros, audessous desquels sont disposés des drains qui recueillent l'eau. Les conditions dans lesquelles on collecte les eaux sont très variables : drains, caniveaux, tuyaux, briques perforées, etc.

Le filtre doit être établi de telle sorte que les eaux brutes ne puissent gagner les drains sans avoir traversé la couche de sable sur une épaisseur suffisante, en quelque point que ce soit : la précaution la plus générale est d'arrêter les drains à lm,50 au moins des parois des bassins, et de rejeter les eaux filtrant près des parois verticales. Différents dispositifs intéressants ont été imaginés dans ce but, par exemple, pour les nouveaux filtres de la ville de Paris à Ivry. Il est aussi très important de répartir également le sable par couches successives très régulières.

Il est nécessaire que Ton puisse à tout moment isoler et rejeter les eaux d'un filtre fonctionnant mal. Chaque bassin filtrant doit donc

être indépendant, de manière qu'on puisse se rendre licitement compte de son fonctionnement, en assurer la bonne marche, observer la perte de charge, vérifier la qualité de l'eau, assurer le nettoyage, et régler la vitesse de fîltration : des appareils enregistreurs et autres permettront de suivre les variations des niveaux dans le filtre, dans la chambre d'écluse, dans la chambre de charge.

Marche du filtre. — Lorsque le sable est mis en place, on fait pénétrer très lentement de l'eau filtrée, provenant d'un autre bassin en bon fonctionnement, par la base du filtre de manière à chasser Pair des espaces lacunaires sans produire de mouvements dans le sable. Le remplissage trop brusque laisserait des poches d'air qui gêneraient la fîltration en certains points.

Le bassin est ainsi rempli en douze heures environ par de l'eau filtrée : lorsque celle-ci atteint une hauteur de quelques centimètres au-dessus du sable (10 à 12 centimètres), on arrête son introduction et onamène alors directement à la surface l'eau brute, lentement d'abord, puis dans les conditions normales, jusqu'à ce que l'eau ait atteint la hauteur qu'elle doit prendre définitivement au-dessus du filtre, c'est-à-dire jusqu'à ce que la pression voulue soit obtenue. On laisse ainsi le filtre vingt-quatre heures, afin que le sable se mette bien en place sous l'eau; enfin on commence la fîltration, d'abord lentement, puis en accroissant la vitesse progressivement jusqu'à ce que le débit normal soit atteint; la vitesse de fîltration doit être très bien réglée, car les changements de pression ou de débit entraîneraient des modifications très grandes dans la qualité de l'eau filtrée, réduiraient sa transparence et augmenteraient le nombre des germes.

Membrane biologique. — A mesure que l'eau traverse le filtre, celui-ci se colmate et la résistance du sable au passage de l'eau augmente d'autant plus rapidement que celle-ci renferme plus d'argile, de sable fin et de matières en suspension. L'accumulation des matières minérales et organiques ralentit le débit du filtre. Certains auteurs, ayant constaté que le nombre de germes diminuait à mesure que le dépôt superficiel augmente, ont attribué à la membrane organique qui se forme sur la surface du filtre, un rôle considérable dans l'épuration de l'eau ; mais des résultats tout aussi favorables •ont été obtenus d'emblée avec des eaux renfermant de l'argile en suspension, ou encore dans les filtres américains à colmatage artificiel (sulfate d'alumine), ou dans les expériences de Mi quel sur les filtres non submergés ; ces observations affaiblissent singulièrement les théories qui attribuent une influence excessive à la membrane biologique, formée par les végétaux divers accumulés sur les filtres (Chlorophycées, Cyanophycées, Phéophycées, etc.), théories qui ont l'ait dire que le filtre doit « mûrir » avant de bien fonctionner.

Strohmeyer (1) a relevé sur les filtres de Hambourg plus de

(1) Sthoiimicyeh, Die Algcnflora des Hamburger WasseiAveikcs, 1897.

160 espèces d'algues appartenant principalement aux Chlorophycées, aux Bacillariées et aux Polychromacées. Kemna (1), sur les filtres d'Anvers, a particulièrement établi la prédominance de certaines espèces suivant les saisons : Fragilaria melosira et synedra de janvier à mai ; Cyclotella, de mai à août ; Oscillaria, Coscinodiscus, Protococcus, en août, etc. Cet auteur est toujours partisan de la « membrane biologique » malgré tous les accidents qu'il lui attribue. On a signalé le rôle utile de l'oxygène à l'état naissant, dégagé par les algues à chlorophylle sous l'influence de la lumière; il peut se dégager également des gaz carbonique et forménique sous l'influence des fermentations putrides des algues mortes et des matières organiques arrêtées par le sable, surtout pendant les grandes chaleurs. — Kemna signale différents accidents que produit parfois le développement excessif des algues et autres végétaux à la surface des filtres : en se détachant par paquets, elles provoquent une dénudation du sable, ce qui entraîne des augmentations brusques du nombre des bactéries dans l'eau filtrée ; les végétaux ou organismes morts, en décomposition rapide, communiquent souvent à l'eau un goût désagréable et laissent passer dans celle-ci de fortes proportions d'ammoniaque ; les petits crustacés, principalement les daphnies, les larves, les insectes, les petits poissons (épinoches) peuvent causer des accidents plus ou moins graves dans la marche des filtres par altérations locales de la membrane biologique. Au Congrès des hygiénistes municipaux, Kemna (2) a signalé que dans certains filtres, l'envahissement par les diatomées et les épiphies flottantes pouvait être tel qu'il avait dû en faire enlever luimême des milliers de kilogrammes, sur les filtres d'Anvers. Auxfiltres de Stralau, dans l'été de 1893, les algues étaient si abondantes, qu'il fallait décroûter après le passage de 13 mètres cubes d'eau par mètre carré de filtre (Imbeaux).

En réalité, la faune et la flore de la surface des filtres à sable, les réactions qui s'y passent, n'ont rien de spécial et sont analogues à tout ce que l'on observe dans les cours d'eau, les lacs, les étangs à sol vaseux chargés de matières organiques.

Nous avons toujours considéré que le passage de l'eau au travers de cette membrane organique souvent en cours de putréfaction peut offrir des inconvénients; il est évident que puisque les sels ammoniacaux se produisent et traversent le filtre, on doit logiquement admettre que des toxines formées simultanément dans le processus de la putréfaction passent également dans l'eau filtrée.

Nettoyage des filtres. — Lorsque la résistance au passage de l'eau est devenue trop grande, il faut arrêter la marche du filtre et le nettoyer. On enlève, sur une épaisseur aussi régulière que possible, qui est d'environ 1 à 2 centimètres, le dépôt principal de la

(1) Kemna, Bulletin de In Société belge de géologie, mars 1900.

(2) Technique sanitaire, n<> 1. Janvier 1906.

surface du sable ; puis on remet le filtre en marche comme au début. Lorsqu'on a pratiqué un certain nombre de fois cette opération, la couche de sable a diminué d'épaisseur et le sable restant est devenu impropre à la filtration. On l'enlève pour le régénérer et on nettoie les parois du bassin chargées de matières organiques. Le lavage du sable contaminé est une opération difficile et coûteuse ; bien des appareils et procédés ont été préconisés dans ce but. Les algues et débris divers sont très adhérents ; et il est presque impossible d'éliminer toutes les matières organiques et de rendre au sable sa propreté primitive.

Vitesse de filtration. — On règle la vitesse de filtration par la hauteur d'eau maintenue au-dessus du sable, parle réglage de vannes disposées sur les collecteurs d'eau filtrée, ou par des appareils appropriés, tels que le régulateur automatique du système Didelon, appliqué dans un grand nombre d'installations. La vitesse généralement admise est celle de 0m,100 de hauteur d'eau par heure, soit 2m,40 par vingt-quatre heures; on tend de plus en plus à diminuer cette vitesse (1). Dans la pratique, on s'efforce de régler pour le mieux la vitesse de filtration selon la qualité de l'eau.

Voici quelques chiffres relatifs aux vitesses de filtration :

Filtres à Londres (1829) == 4m,00.

Filtres Thomas Ditton ~ 7m,850.

Londres (Southwark and Vauxhall) = 2m,63 et (Lambeth) = 3m,50 ; Hambourg = lm,50; Altona = 2m,40; Paris = 2m,40; Zurich (eau du lac préfiltrée) == 4m,80; Philadelphie (Lower Roxborough, avec préfiltre) = 5m,60; Indianopolis = 4m,20.

Décantation et préfiltration. — Dans le but d'augmenter la durée des filtres et d'éviter les nettoyages coûteux et souvent imparfaits du sable, on fait subir à l'eau brute, avant de l'admettre sur le filtre, un dégrossissage préalable, soit par décantation, soit par un filtrage rapide préliminaire. — La décantation est quelquefois réalisée naturellement par le passage de l'eau dans un lac, étang, barrage, etc. On l'obtient aussi en faisant circuler lentement l'eau brute dans des canaux en chicane dont les dimensions vont croissant de manière à diminuer la vitesse du passage de l'eau à mesure qu'elle approche des filtres.

Filtres dégrossisseurs. — Préfiltres. — On a vu que l'un des inconvénients principaux des filtres à sable est d'exiger de fréquents nettoyages, puisqu'ils ne commencent à fonctionner utilement qu'à partir du moment où le dépôt des matières en suspension dans l'eau, détritus divers, algues, bactéries, etc., a formé à la surface une pellicule qui constitue la partie efficace du filtre (du moins selon les théories actuellement appliquées pour les filtres lents) ; cette pellicule

(1) Miquel conseille de ne pas dépasser 0m, 08 par heure, soit lm, 92 par vingt-quatre heures pour les filtres de Saint-Maur et d'Lvry.

n'est pas obtenue immédiatement, mais après un temps variable, selon la nature de l'eau, sept ou huit jours, par exemple; puis, elle ne tarde pas à devenir trop compacte et le débit baisse tellement qu'il devient indispensable d'enlever la couche supérieure, de sorte qu'un filtre à sable ordinaire est d'abord mauvais, et devient ensuite bon pour un temps très limité.

Il est clair que si Ton distribue sur le filtre à sable une eau déjà assez pure par elle-même et contenant peu de matériaux en suspension, la production de la membrane artificielle sera plus lente ; mais, une fois formée, elle pourra durer pendant bien plus longtemps que dans le cas où l'eau est très impure. Cette observation indique qu'il doit être avantageux, lorsqu'on traite une eau très impure, de la purifier partiellement avant de l'envoyer au filtre à sable, et de la dégrossir par une filtration préalable rapide et pouvant être réalisée dans des appareils de dimensions restreintes. On arrivera ainsi à augmenter la durée des filtres, ou, ce qui revient au même, à diminuer la surface de ces installations ordinairement très encombrantes.

Parmi ces appareils de filtration préliminaire, le plus connu en France est le dégrossisseur Puech, qui a reçu d'importantes applications, notamment à Suresnes et pour certains des filtres à sable de la ville de Paris. Voici la description sommaire d'un appareil de ce genre.

Trois bassins rectangulaires, de 20 m. X 2 chacun, soit en tout 1 20 mètres carrés de surface, sont munis d'un faux fond en tôle perforée. Sur les tôles du premier bassin on place du gravier en morceaux de la grosseur d'un œuf de pigeon: sur le second, des graviers de la grosseur d'un haricot, sur le troisième des graviers de la grosseur d'un grain de maïs.

L'eau traverse successivement les trois compartiments à raison de 30 mètres cubes par mètre carré et par vingt-quatre heures. Elle laisse dans chacun d'eux des impuretés de moins en moins volumineuses à mesure qu'elle chemine du premier vers le troisième.

Au bout d'une huitaine de jours, le débit devient plus faible et il faut nettoyer superficiellement les filtres. A cet effet, le bassin à nettoyer est isolé par un système de vannes, les deux autres continuant à fonctionner. On vide ce premier bassin jusqu'à ce qu'on voie apparaître la couche vaseuse qui recouvre le gravier. Par l'ouverture dîme vanne, une lame d'eau de 2 à 3 centimètres vient ruisseler sur cette couche pendant que deux hommes la ratissent d'amont en aval : les impuretés sont entraînées en peu de temps.

Quand cette opération a été pratiquée trois fois, c'est-à-dire après un mois, il faut nettoyer la masse entière : le bassin est isolé et vidé à fond; en aval, on pratique dans le gravier une excavation, de 50 centimètres de longueur environ, occupant toute la largeur

du bassin, et descendant jusqu'à la tôle perforée. On introduit par l'amont une lame d'eau de 2 à 3 centimètres, qui glisse le long de la couche, tombe dans la cuvette factice et se perd dans les trous de la tôle. Avec des houes, les ouvriers renversent le gravier par petites tranches, le font tomber dans la cuvette où ils le lavent, de manière à former toujours devant eux une nouvelle cuvette, où tombera et se lavera le gravier suivant. Le bassin ainsi purifié est rejoint aux deux autres et remis en service.

Voici un aperçu des résultats que peut donner cette fîltration préliminaire (analyses de l'observatoire de Montsouris, 1899).

Bactéries.

Eau brute. Eau dégrossie.

14 septembre 50.000 24.500

3 octobre 67.500 11.000

soit, en prenant la moyenne, une diminution de 80 p. 100 environ dans le nombre des bactéries.

On peut apprécier l'influence des préfiltres Puech-Chabal d'après les expériences de Rappin sur l'installation récente de fîltration des eaux de la Loire servant à l'alimentation publique de Nantes (1).