FILTRES A PRESSION

Si les quantités d'eau fournies parles filtres que nous avons passés en revue sont, pour quelques-uns, considérables à cause de leurs grandes dimensions, leur débit par unité de surface est faible, car

on ne peut donner une forte pression à Teau à filtrer, la profondeur de Teau étant forcément limitée.

Dans les usines, dans les grands établissements publics, les hôpitaux, les casernes où on cherche à réduire remplacement occupé par les filtres et où le plus souvent Teau se trouve fournie sous pression par une canalisation venant des usines élévatoires ou de réservoirs installés sur les lieux mêmes, on a cherché des dispositions de filtres donnant un débit plus grand pour une surface donnée.

Les filtres sont contenus alors dans des parois métalliques résistant à une pression plus ou moins élevée. Ils peuvent se trouver k l'extrémité des conduites et débiter l'eau, au besoin, sous la pression totale de cette conduite ou, le plus souvent, intercalés dans une canalisation, ils fonctionnent avec une contre-pression parfois importante.

La forte épaisseur des enveloppes métalliques résistant aux hautes pressions, la grande surface qu'elles présentent pour un faible volume de matières filtrantes, leur poids et, par conséquent, leur prix élevé font qu'on cherche à rendre ces filtres aussi intensifs que possible.

Pour cela, on augmente la vitesse en tirant partie de la pression, mais comme à section égale des interstices des matières filtrantes, la limpidité est en raison inverse de la vitesse, on se trouve conduit à diminuer les dimensions de ces interstices en employant pour les filtres à gravier et sable des sables plus fins, du grès broyé, ou en y adjoignant des éponges ou du charbon de bois qui aident à la clarification.

Les poils, les tontisses, substances élastiques et compressibles, se prêteiit assez bien à cet emploi. Les étoffes, feutres, charbons agglomérés, grès, terres cuites sont également très employés pour la filtration sous pression.

Filtre plongeur de Fonvielle. — Fon vielle a proposé en 1854 un filtre d'une disposition spéciale nommé filtre plongeur (fig. 39).

Ce filtre est composé de deux bouteilles en tôle galvanisée D et J réunies par un tuyau G, muni d'un robinet II. La bouteille D est plongée dans le réservoir A contenant l'eau à filtrer ; la bouteille J

dans le réservoir C d'eau clarifiée. La première a 0",53 de long et 0", 20 de diamètre, la deuxième à 0™,30 de long et 0",20 de diamètre. On peut enlever le fond de ces bouteilles en le dévissant.

Sur le grillage t on met une couche de sable grossier, puis un kilogramme de laine de bonne qualité bien lavée, le tout occu-

Fig. 39. — Filtre plongeur de Fonvielle.

pant 0",18 delong. Les 0",3o restants sont remplis de 15 litres d'un mélange de gravier fin et de charbon de bois concassé.

On replace le couvercle E percé de trous de 3 millimètres espacés de 16 millimètres. On empêche les grosses impuretés de passer dans le filtre en Tentourant d'une natte de jonc.

Le prolongement du tuyau est perforé, et pénètre dans la bouteille J. Entre le tuyau et les parois de la bouteille également perforés,

on introduit 2 kilogrammes de laine fine bien lavée et fortement pressée.

L'eau traverse la bouteille D en passant par la natte de jonc, le fond E, les couches de sable, charbon, laine, gros sable, elle arrive dans la bouteille J, traverse la couche de laine et remplit le réservoir C.

On peut se servir du réservoir A comme décanteur.

Avant de filtrer, on laisse déposer, on vide les boues par la soupape inférieure S, on ouvre le robinet H et le filtre commence à fonctionner.

Avec les dimensions que nous avons indiquées et une charge d*eau de 1 mètre, on a pu obtenir 450 litres par heure, soit 10 mètres cubes par jour.

On nettoie les filtres tous les dix jours. On remplace les deux bouteilles qui viennent de servir par deux autres préalablement nettoyées, de façon à interrompre le service le moins longtemps possible.

Filtre à sable de Fotivielle. — Un autre filtre de Fonvielle a été monté à THô tel-Dieu. Il fonctionne sous une pression de 40 mètres.

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Fig. 40. — Filtre à prassio.i de Fonvielle.

L'eau est clarifiée au préalable par repos dans un réservoir placé à cette hauteur; elle arrive par le tuyau b dans le double filtre ce (fig. 40).

L'appareil est formé de caisses plates résistantes. Il contient quatre couches filtrantes BB B'B' formées de sable de grosseur variable et de gravier maintenu entre des plaques perforées. Il y a un intervalle G entre ces couches, et également des vides FE FF entre elles et les parois supérieures et inférieures.

EPURATION DES EAUX

L'eau arrive par les robinets i et o, traverse les couches filtrantes et est recueillie dans l'intervalle G.

Les couches filtrantes sont disposées de même façon par rapport à l'arrivée d'eau, le gravier le plus gros se trouve du côté de l'intervalle G. L'eau passe donc d'abord à travers le sable fin, puis à travers le gravier. On la récolte par les robinets nn.

Pour nettoyer le filtre, on crée un courant inverse en fermant les robinets ii et o o, ouvrant les robinets A: A et faisant sortir l'eau sale par les robinets mm et r r.

Ce filtre de 25 décimètres carrés donne en moyenne -S^'^jTS d'eau filtrée par heure. Le maximum de débit est de 6 mètres. Près d'être engorgé, le filtre donne à peine 2 mètres cubes à l'heure.

Après Souchon, qui employa en 1839 les tontisses de laine pour la filtration, Bernard construisit en 1858 des filtres remplis de cette substance, traitée préalablement par l'alun, les sels de fer et l'acide tannique.

Fig. 41. — Filtre Vedel-Bernard.

Filtres Vedel-Bernard. — La figure 41 donne le dessin d'un filtre Yedel-Bernard composé d'une cuve en fonte tronconique

cloisonnée par des tôles perforées et contenant plusieurs couches de substances filtrantes.

La figure 41 montre une disposition du tuyautage permettant de filtrer alternativement, dans les deux sens, per ascensum et per descensurriy ou de laver le filtre en rejetant les boues par des robinets de purge A.

Fig. 42. — Dispositif pour alterner les courants d*eau dans les filtres.

Un semblable filtre de 1"^,130 de diamètre supérieur, de 0",890 de diamètre inférieur, de 0"*,890 de hauteur de cuve (sans les pieds) donne, à l'heure, 6 000 litres d'eau de Seine filtrée.

Filtre David. — Le filtre David se rapproche du précédent, mais la circulation y est plus compliquée. La figure 43 donne une coupe de cet appareil.

Dans la filtration l'eau suit le trajet indiqué par les flèches pleines, traverse d'abord de bas en haut une couche annulaire d'épongés, puis descend au travers de couches de laines imputrescibles, de grès pulvérisé, de noir animal et de gravier.

Avec les dimensions indiquées sur la figure, ce filtre peut donner, sous la pression d'eau moyenne à Paris, 2 000 litres d'eau de Seine filtrée à l'heure.

EPURATION DES EAUX

On n'obtient ces débits, avec ce filtre comme avec le précédent, qu'à la condition de nettoyer fréquemment les matières filtrantes. Pour cela on démonte le filtre, on enlève ces substances, on les lave sous un courant d'eau, on traite de temps en temps les éponges à l'acide chlorhydrique pour les dégorger, et on les remplace quand elles deviennent glaireuses.

Le noir animal ou le charbon doivent être remplacés assez fréquemment, si on veut épurer convenablement l'eau. En temps de crue, l'encrassement est rapide, et on obtient difficilement de l'eau limpide. Le nettoyage par courant inverse n'est qu'un palliatif.

Fig. 43. — Filtre David.

Filtre Bourgoise. — D'autres filtres à pression ne diffèrent des précédents que par des détails de construction, tel est par exemple le filtre Bourgoise (ou Buron), qui se rapproche beaucoup des filtres Vedel-Bernard.

Borne-fontaine filtrante David. — La borne-fontaine filtrante de David, construite sur les indications de M. Belgrand, contient des couches filtrantes semblables à celles des filtres Yedel-Bernard,

maintenues entre deux grilles recouvertes de toiles métalliques. L'eau brute y an'ive par la partie inférieure et peut y être prise pour l'arrosage par une tubulure à base hexagonale. L'eau filtrée est prise à la partie supérieure par un robinet de service à repoussoir.

Les matières en suspension contenues dans la partie inférieure du filtre en sont expulsées par l'usage fréquent de la bouche d'arrosage.

De ce fait, l'engorgement du filtre est retardé.

Le nettoyage se fait en démontant le filtre et lavant les matières filtrantes.

Filtres des fontaines marchandes de Paris. — On a employé à Paris, pour les fontaines marchandes, des filtres à éponges, gravier et charbon, représentés en plan dans la figure 44.

Fig. 44. — Filtre à éponges et sable des fontaines de Paris.

L*eau déjà clarifiée en partie dans des réservoirs de dépôt arrive dans ces filtres par une conduite Â. Des branchements garnis d'épongé, reçoivent cette eau et l'amènent (Jans des filtres B contenant du gravier et un mélange de charbon de bois et de sable. L'eau filtrée est amenée dans un réservoir D par des tuyaux C.

Filtre de Busse. — Le filtre à pression de Busse *, que la figure 45 représente en coupe, est composé d'un vase en fonte émaillée A rempli de noir animal en grains, à l'intérieur duquel se trouve

* Dingler, 1871, 201, 106.

EPURATION DES EAUX

une cloche de verre B et deux filtres FF' en charbon aggloméré. L'eau arrive par le tuyau C, descend dans le charbon en grains, remonte sous la cloche, traverse les filtres de noir FF' et coule par l'ajutage G muni d'un robinet de réglage.

Fig. 45.

Filtre à pression, de Busse,

Filtre de Jacob.

Filtre de Jacob. — Le filtre de Jacob (1872) se monte directement sur les tuyaux de pompe de puits. L'eau est-elle mauvaise, doit-on la filtrer, on bouche l'ajutage b qui donne directement l'eau du puits et on fait arriver l'eau par un tuyau supérieur e et un ajutage a dans un filtre F placé sur un support au-dessus du tuyau b.

Le filtre (fig. 47) se compose d'un récipient en bois F muni

d'un faux fond c sur lequel on a placé une couche de gravier m, une couche de sable n, une couche de charbon a

de bois concassé o, puis une couche de gros gravier j9.

Le tout est surmonté d'un couvercle auquel est adapté un tuyau ^, à l'intérieur duquel passe Tajutage a qui est rempli d'épongés. L'eau arrive par le tuyau e et l'ajutage a, se dépouille de ses impuretés les plus grossières dans son parcours, sort par les trous x, remonte dans le tuyau ^, débouche au-dessous du couvercle, tra-r

Fig. 47.

verse la couche de gravier grossier, puis le charbon, le sable, la

Fig. 48. — Filtre à pression, de Forst3r.

dernière couche de gravier, coule à l'extérieur par le tuyau d et tombe dans un récipient.

Pour obtenir de l'eau brute, on bouche l'extrémité du tuyau d et on débouche Torifice b.

EPURATION DES EAUX

Filtres en terre poreuse. Filtre Forster. — En 1828, White filtrait Teau sous pression à travers le grès poreux. J. Forster* a donné à ces filtres la forme représentée par la figure 48.

aa est le filtre proprement dit, ayant la forme d'un sac et faisant joint étanche avec le couvercle bb. Le filtre est enveloppé d'un cylindre en tôle f fermé à sa partie inférieure par un fond en

fonte dd. Une vis k et un écrou g permettent de serrer le couvercle et le fond et de leur faire faire joint sur l'enveloppe.

L'eau à filtrer arrive parle tuyau m muni d'un robinet r. Elle peut remplir l'espace annulaire compris entre l'enveloppe et le filtre. Elle traverse le grès poreux et sort par l'orifice c.

Pour nettoyer, on retire le bouchon e, l'air rentre, on dévisse le bouchon h, l'eau s'écoule. On desserre la vis, on démonte l'appareil et on frotte la pierre filtrante avec un grès, puis on la lave.

Ces filtres ont habituellement 0'^,10 de diamètre environ et O'^jlS de long.

Ils commencent à fonctionner convenablement sous une pression de 3 mètres d'eau.

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Fig. 49. — Bougie Chamberland.

Filtres Chamberland. — Cette forme de filtre, commode à cause du démontage et du nettoyage faciles de la grande surface filtrante obtenue sous un petit volume, a été adoptée, avec des modifications de montage, par M. Chamberland, pour ses bougies filtrantes en porcelaine poreuse.

Le premier, M. A. Gautier, fit construire en grand et appliqua

* Dinglers, 1854, ♦ 134, 21.

à la stérilisation de Teau et des liquides de cultures des bactéries, des filtres en faïence de Creil et en porcelaine*.

M. Chamberland employa ensuite pour ses expériences et breveta pour ces filtres la forme si répandue aujourd'hui.

Le filtre Chamberland (fig. 49) se compose essentiellement d'un tube de biscuit, dit bougie^ à cause de sa forme et de ses dimensions, que Teau traverse de l'extérieur à l'intérieur. Ce tube est enveloppé d'une chemise cylindrique métallique.

L'eau arrive sous pression dans l'intervalle des deux cylindres et passe au travers de la terre poreuse, en laissant sur sa surface les impuretés insolubles qu'elle contenait.

Le débit d'une bougie de 0'°,20 de longueur et de 25 millimètres de diamètre est de 30 litres d'eau par vingt-quatre heures sous une pression de deux atmosphères. '

Pour nettoyer on démonte l'écrou c qui serre la rondelle de caoutchouc faisant joint sur la bague émaillée de la bougie, on retire la bougie et on la brosse énergiquement. On peut détruire les microbes en plongeant la bougie dans l'eau bouillante, et dégorger la bougie, lorsqu'elle est encrassée, par l'acide chlorhydrique ou par le feu.

Pour obtenir des débits relativement considérables, on emploie des filtres contenant un grand nombre de bougies.

La figure 50 représente un de ces filtres dits filtres industrielsy contenant 21 bougies. Elles sont contenues dans un pot en fonte émaillée muni d'un couvercle de môme substance, faisant joint au moyen d'un boudin de caoutchouc serré par des boulons. Les bougies sont montées sur un collecteur en étain muni de tétons. La jonction se fait par de petits tubes en caoutchouc.

Le collecteur, mobile, se raccorde au robinet d'échappement de l'eau filtrée.

L'eau arrive par le robinet inférieur, traverse les bougies, se rassemble dans le collecteur et sort par un robinet supérieur.

Le débit d'un filtre à 21 bougies est de 1 000 litres par vingt-quatre heures, sous une pression moyenne de deux atmosphères. Selon la

' Bull. Acad. de méd., 3* série, t. XI, p. 314 et 352.

256 EPURATION DES EAUX

nature de Teau à filtrer, il faut tenir compte d'une diminution progressive de débit résultant de Tencrassement des bougies.

Quand on ne dispose pas d'eau sous pression, on emploie une pompe foulante {filtres de campagne) ou bien on crée une dépres-

Fig. 50. — Grand filtre Chamberland, à pression.

sion en faisant usage de pompes aspirantes ou en faisant faire siphon au tuyau d'écoulement de Teau.

Le grand filtre à 100 bougies, destiné aux écoles, hôpitaux, casernes et représenté figure 51 , peut donner 5 à 600 litres par vinglquatre heures avec une hauteur de chute de 1"',50.

Le nettoyage des bougies peut se faire sur place au moyen d'une brosse en crin appropriée.

La masse glaireuse qui se forme sur les bougies, avec certaines eaux, diminue rapidement leur débit et finirait par les mettre hors de service ; aussi a-t-on créé des filtres à nettoyage automatique

sur la valeur desquels il serait peut-être prématuré de se pronon-

cer.

Fig. 51. — Grand filtre Chamberland, sans pression.

Filtre de Mallié. : — Dans la disposition de Mallié, dite aérifiltre, on a renoncé à la disposition qui consiste à faire arriver Teau par Textérieur et permet un nettoyage facile. L'eau arrive par rintérieur des cylindres ou des cônes en terre cuite poreuse. L'avantage de cette disposition serait d'après l'inventeur, que les gaz dissous dans l'eau, se réunissant à la partie supérieure de l'appareil filtrant, sont obligés de se redissoudre dans l'eau et de lui rendre ainsi les qualités qu'elle perd dans la traversée des

EACX NATURELLES.

258 EPURATION DES EAUX

filtres. Pour les nouveaux filtres en porcelaine d'amiante fabriqués par M. Mallié, la filtration se fait, comme dans la figure 52 de Textérieur à l'intérieur à travers des vases de forme cylindro-

conique. Pour certains petits filtres, ce fabricant a adopté la forme sphérique, avec filtration de l'extérieur à l'intérieur.

Avantages et inconvénients des filtres en porcelaine poreuse. — Les filtres de porcelaine poreuse sont incontestablement ceux qui donnent les meilleures garanties pour

Fig. 52. - Filtre de Mallié. ^^ stérilisation de l'eau. Nous avons

vu que cette garantie n'existe que s'ils sont en terre cuite de bonne qualité où on n'a pas sacrifié la perfection de la filtration à la rapidité, si le filtre ne présente pas de fissure accidentelle^ enfin si on a soin de le nettoyer fréquemment à l'eau bouillante, à l'acide chlorhydrique assez fort ou au feu.

Les eaux filtrées ainsi ne contiennent plus de microphytes et sont même débarrassées de leurs germes, d'après les expériences de M. Miquel.

Ces résultats ne sont pas atteints par les autres systèmes de filtration. C'est ainsi qu'on constate encore la présence de 10 à 30 bactéries par centimètre cube dans les eaux de Toulouse, de Berlin, de Varsovie, filtrées à travers le sable ; de même les filtres à sable de Londres n'enlèvent, d'après Franckland, que 98 p. 100 des germes vivants.

On peut se rendre compte sans microscope de la supériorité des bons filtres de porcelaine sur les filtres ordinaires au moyen d'un essai qu'a indiqué Tyndall.

Un rayon lumineux tombant sur un ballon rempli d'eau, placé dans une chambre noire, laisse dans ce ballon une trace semblable à celle d'un rayon lumineux entrant dans une chambre noire où flottent des poussières.

Cette trace est visible dans les eaux filtrées avec les filtres ordinaires. Au contraire, on ne voit pas de trace du passage du

rayon si on a affaire à une eau dépourvue de corpuscules microscopiques. On peut distinguer ainsi des eaux dont les différences de limpidité ne sont pas appréciées par l'œil.

D'autres dispositions de filtres en terre poreuse ont été proposées soit pour Talimentation, soit pour des usages spéciaux. Dans les filtres Warral les bougies sont remplacées par des plaques filtrantes. De même dans les appareils Laroche et Delhotel où les filtres sont des plateaux évidés à Fintérieur, placés dans une monture de filtre-presse et recevant la pression sur leurs deux faces.

Filtres de porcelaine d'amiante. — M. F. Garros a présenté récemment à l'Académie de Médecine (février 1892) des filtres en porceldne d'amiante. La fibre d'amiante, la plus fine connue (0"*,00016 à 0,0002 de diamètre), donne une poudre ténue qui, simplement malaxée à l'eau et cuite, fournit une porcelaine poreuse qui serait excellente pour la stérilisation de l'eau. L'eau de Vanne renfermant 1 200 colonies au centimètre cube n'en contenait plus après filtrage avec cette substance et l'eau cultivée sur plaques n'a rien donné au bout de six jours.

Un ballon filtrant, fabriqué avec cette matière, a donné par centimètre carré 4'',105 d'eau stérilisée à l'heure, soit 125 grammes pour une boule de 6 centimètres de diamètre. Cette boule ayant fonctionné pendant un mois sous la pressioù de 40 mètres, en filtrant de l'eau de la ville, lavée simplement à l'éponge, a fourni, après ce nettoyage sommaire, d'après l'inventeur, 8 litres d'eau filtrée et stérilisée à l'heure et 100 litres en vingt-quatre heures.

La maison Mallié commencera livrer au commerce ces filtres de porcelaine d'amiante.

Tous ces filtres, étant donnée la nature de la substance filtrante, sont à faible débit et il ne saurait en être autrement, car ce que l'on gagnerait en puissance, on le perdrait en limpidité.

Filtres à sable sous pression, à nettoyage automatique. — Pour les usages de l'industrie en général ou pour la clarification préalable d'eaux destinées à une purification ultérieure plus complète, on a cherché à créer des filtres de faible volume et de grande puissance.

' Les filtres formés de tissus ou d'éléments incohérents donnent sous ce rapport de meilleurs résultats que les filtres composés de substances agglomérées, tellcsque grès, charbon comprimé, terre cuite. Nous avons vu à l'article Filtralion comment fonctionnait un

Fig. 53. — Filtre Farquhar.

filtre à sable. Ce système permet, avec des formes simples et peu coûteuses, d'obtenir de grandes quantités d'eau clarifiée, si on a soin de procéder à des nettoyages fréquents.

Quand la surface du filtre est encrassée, on sait en effet qu'il ne fonctionne plus de la môme façon. C'est finalement par cette surface seule que s'effectue la filtration comme dans un filtre de grès aggloméré et si la clarification n'en souffre pas, au contraire, le débit s'en ressent.

. Filtre Farquhar. — Pour obtenir un filtre à sable à grand débit, Farquhar a imaginé la disposition suivante :

La surface du filtre est constamment nettoyée au moyen d'un rabot qui enlève lentement la couche supérieure au fur et à mesure de Tencrassement et l'emmagasine au-dessus de ce rabot dans la partie supérieure du filtre. Le rabot, descendant par un mouvement hélicoïdal lent, finit par ne plus laisser au-dessus de lui qu'une couche filtrante juste suffisante pour le filtrage. A ce moment il faut arrêter, procéder à une vidange de l'appareil et remettre les choses au même état qu'au départ.

La figure 53 représente ce filtre.

« Il se compose d'un cylindre A dont le fond, perforé pour l'écoulement du liquide filtré et garni de grosse toile, est recouvert à l'intérieur par une épaisseur plus ou moins grande de la matière filtrante la mieux appropriée au liquide à filtrer (le choix de la matière est indépendant de l'invention).

Le cylindre est fermé au-dessus par un dôme B qui le clôt hermétiquement. Au centre, ce dôme est traversé par un arbre creux C, fileté dans sa partie supérieure, qui sert de conduite d'alimentation du filtre et dont le bout inférieur porte à demeure un plateau D d'un diamètre correspondant à peu près au diamètre intérieur du cylindre.

Ce plateau est entaillé sur un rayon en forme de secteur dont l'un des bords est garni, dans toute la longueur du rayon, d'une lame de rabot K dépassant un peu la face inférieure du plateau. Des engrenages disposés au sommet de l'arbre lui impriment un mouvement de rotation nécessaire pour promener circulairement la lame du rabot sur la surface de la matière filtrante. Dans ce mouvement la lame chasse devant elle les matières retenues par la couche filtrante et ces matières prises entre la lame et une plaque inclinée placée devant elle grimpent sur le plateau où elles s'accumulent avec les portions de la couche filtrante qui se sont mêlées avec elles, ce qui permet au liquide à filtrer de rencontrer toujours une surface filtrante propre et dégagée de toute obstruction.

Le plateau est animé, îpar l'effet de lavis, d'un mouvement lent de descente, en même temps que de rotation, de sorte qu'il suit l'abaissement de la surface filtrante, et en même temps agrandit l'espace au-dessus de lui pour l'emmagasinage des dépôts.

262 EPURATION DES EAUX

Lorsque la couche est suffisamment réduite pour qu'il faille la renouveler, on arrête l'alimentation, on insuffle de l'air comprimé pour dessécher partiellement les dépôts accumulés sur le plateau, on relève le dôme, on remonte vivement par la rotation en sens inverse de l'arbre, le plateau, que l'on débarrasse de ses dépôts, on renouvelle la couche filtrante, puis on redescend le plateau, on abaisse et on fixe le dôme et l'opération reprend.

Le mouvement de révolution et d'abaissement du plateau doit varier suivant le liquide à filtrer et suivant la nature plus ou moins altérante pour la couche filtrante ties matières à retenir. Les engrenages permettent de le régler et contrôler à volonté. »

Il ne paraît pas que ce filtre, ingénieux cependant, dt reçu de nombreuses applications. Cela tient évidemment au prix élevé de la carcasse métallique et de la transmission, eu égard à la surface filtrante. Cette surface est nettoyée constamment, il est vrai, mais la section du filtre est trop faible pour qu'on puisse lui donner un grand débit sans augmenter considérablement la vitesse de passage et diminuer la clarification.

De plus la filtration ne se fait pas dans des conditions identiques du commencement à la fin puisque l'épaisseur de la couche filtrante varie constamment. Il y a une contre-pression inutile au début ou une clarification incomplète à la fin. Enfin la manutention qu'exige le nettoyage est longue et pénible.