Filtration
La filtration est la barrière ultime et obligatoire de la filière de traitement des eaux dans la majeure partie des cas. Elle vise à réaliser ou à compléter, à travers un lit filtrant, la réduction des particules en suspension, des coliformes, des virus, des parasites ainsi que la turbidité. Sans elle, plusieurs filières de traitement ne pourraient obtenir de crédits pour l’enlèvement des virus et des kystes de protozoaires. C’est un procédé physique disposé généralement après la décantation ou la flottation (notamment dans le cas des eaux de surface). Ce procédé peut être toutefois situé directement après une coagulation (cas des eaux souterraines karstiques) ou après une pré-oxydation (cas des eaux souterraines contenant du fer, du manganèse ou de l’arsenic). La filtration permet de retenir les matières en suspension qui n’ont pas été piégées lors des étapes précédentes ou qui ont été formées lors de la pré-oxydation. Elle est réalisée sur matériaux classiques (sables) ou sur membranes (cas des eaux souterraines karstiques). Les différents types de filtration physico-chimique physique biologique adsorption Type physico-chimique: Comprends média et produits chimiques Les plus populaires, ils sont précédés d'une étape de coagulation La filière de traitement conventionnel (coagulation-floculation) S'adapte à une grande variation de la qualité d'eau brute Type physique: Comprend média Arrêt simplement physique tel que le tamisage et l'adsorption Besoin de bonne qualité d'eau brute (stable et de faible variation) Type biologique: Fait intervenir l'activité microbienne comme processus de traitement principal Filtre lent sur sable Souvent associé à l'ozone et filtration au charbon actif granulaire Améliore le goût et l'odeur Fait baisser l'azote ammoniacal et la matière organique Type adsorption: Utilise le processus d'adsorption et s'adresse principalement aux substances dissoutes (taritement de polissage). Les particules collent au média Repose sur la propriété qu'ont les surfaces de fixer certaines molécules de manière réversible par des liaisons faibles Facteurs influençant la filtration : Porosité: espace d'air entre les granules filtrants Perméabilité: matériau offrant peu de résistance au passage de l'eau Perte de charge: entraîne une perte d'énergie en raison du frottement lors du passage de l'eau facteurs influençants la perte de charge: la température et le taux de filtration Sorte de filtre : Filtre lent: Peu utilisé Fonctionnement est basé sur la formation d'une couche biologique, arrêt physique Filtration gravitaire Filtration de l'eau brute sans traitement Fonctionnement 1 à 2 mois, l'encrassement se fait en surface Le nettoyage se fait par l'enlèvement de la première couche de sable La couche sale enlevée est composée de dépôt d'organismes vivants (schmuz deck) Filtre de grande superficie Taux de filtration 0,06 à 0,3 m/h Filtre rapide: Le plus pôpulaire Filtration gravitaire Grand débit Petite superficie On y retrouve les filtres bicouches (sable + anthracite) On y retrouve les filtres multicouches (sable + anthracite + ilménites) Taux de filtration jusqu'à 10m/h 90% du temps, précédé d'une coagulation Équipements du procédé : Ses particularités: L’utilisation de techniques de pointe pour la conception du filtre lui permet d’atteindre des taux de filtration élevés. Il s’adapte aux exigences des objectifs de qualité de l’eau filtrée, quelles que soient les conditions de turbidité, couleur, odeur de l’eau à traiter. Un faux plancher, spécialement conçu pour réaliser des lavages air et eau, optimisant le nettoyage du lit filtrant Une composition et un choix du lit filtrant en fonction des objectifs de traitement et des contraintes hydrauliques Ses caractéristiques: L’utilisation d’un faux plancher en béton muni de busettes assure une reprise de l’eau filtrée ainsi que la distribution uniforme de l’eau et de l’air de lavage sur toute la surface du filtre Les lavages énergiques à l’eau et à l’air prolongent la durée des cycles de filtration assurant des économies importantes d’énergie et d’eau traitée Le choix de l’ouverture des fentes des busettes permet de s’ajuster aux différentes granulométries du lit filtrant choisi Le faux plancher est conçu de façon à optimiser la distribution hydraulique sur toute la surface du filtre Assure de façon consistante une production d’eau filtrée de grande qualité en toutes circonstances Fonctionnement : Le filtre peut être avec un lit filtrant homogène ou mixte tel que sable, anthracite et charbon activé. L’eau percole à travers le lit filtrant. Lit filtrant homogène : Le filtre peut utiliser un lit filtrant de sable à granulométrie uniforme de l’ordre de 0,9 mm, ce qui permet un encrassement graduel en profondeur et un cycle de filtration plus long entre les lavages. Le lavage du filtre est assuré par le brassage par l’eau et par l’air introduits à contre-courant. Lit filtrant mixte : Le lit filtrant mixte est composé d’une couche de sable fin surmontée d’une ou plusieurs couches de matériaux à grains plus gros. Le choix de la densité du matériaux devient l’élément clef de ce filtre. Le filtre permet un encrassement dans la couche supérieure, alors que la couche inférieure de matériaux plus fin, gage de sécurité, vient affiner la filtration. Les modes de lavage air et eau doivent être ajustés de façon à éviter toute perte du milieu filtrant. Faux plancher : La conception du faux plancher assure l’équipartition du captage de l’eau filtrée ainsi que la distribution de l’eau et de l’air de lavage sur la surface entière du filtre. La distribution est assurée grâce aux busettes qui y sont uniformément réparties. L’air utilisé en période de lavage agite vigoureusement le lit filtrant, faisant en sorte que les grains le composant s’entrechoquent et les matières qui y sont agglomérées se détachent. Les busettes montées sur le faux plancher, permettent le lavage à l’air et l’eau. Des fentes pratiquées dans la tête préviennent la perte des grains fins du media. Une fente, pratiquée dans la tige permet le passage de l’air. La granulométrie du milieu filtrant détermine l’ouverture des fentes dans la tête (0,2 mm à 2,0 mm). Lavage de surface : Lors du lavage des filtres, l’eau sale est dirigée vers le canal d’évacuation par un balayage de surface. L’effet de balayage est produit par l’eau introduite à la surface du filtre. Cette caractéristique permet d’éliminer les canaux d’évacuation transversaux. filtre gravitaire filtre sous-pression filtre gravitaire filtre sous-pression Charbon actif : La filtration au moyen de charbon actif en grain (CAG) est une étape très répandue dans les filières de production d’eau potable à partir des eaux souterraines ou de surface. L’affinage de l’eau au moyen de CAG améliore la qualité en éliminant: Les composés à l’origine des goûts et des odeurs Les pesticides et sous-produits de pesticides La couleur Les trihalométhanes et autres sous-produits de désinfection Les toxines algales Les hydrocarbures chlorés et autres composés organiques volatils Les perturbateurs endocriniens et les nombreux micropolluants xénobiotiques Les résidus médicamenteux et les résidus de tous nos produits du quotidien (produit d'entretien et d'hygiène) Les polluants organiques de l’eau sont par nature très variés allant de micropolluants tels que des pesticides aux substances organiques naturelles. Le traitement de l’eau potable nécessite alors l’utilisation d’un charbon actif en grain dont la structure poreuse permet l’adsorption de cette large gamme de composés. Le charbon actif en poudre (CAP) est utilisé dans la production de l'eau potable pour traiter les problèmes ponctuels ou bien récurrents. L'application de charbon actif en poudre en combinaison avec les membranes d'ultrafiltration est récemment devenue une alternative pour l'élimination de composés organiques dans l'eau potable. Cette combinaison de procédés intègre l'intérêt de l'adsorption sur charbon actif en poudre aux propriétés des membranes. Filtration membranaire : La filtration membranaire est un processus de filtration qui consiste à faire passer l’eau à travers des membranes très peu perméables avec l’aide d’une force motrice. La membrane sert de filtre pour la rétention des particules de taille variable. Il existe 4 classes de procédés membranaires : Microfiltration Ultrafiltration Nanofiltration Osmose inverse Microfiltration : Consiste à éliminer les particules ayant une dimension comprise entre 200 et 1000um lors du passage tangentiel (et non perpendiculaire) du fluide à traiter à travers la membrane, et ce, grâce à une différence de pression de part et d’autre de la membrane. Les éléments retenus sont; les bactéries, les matières colloïdales, les fragments de cellules. Ultrafiltration : Procédé simple dit « basse pression », l’ultrafiltration permet la clarification et la désinfection de l’eau en une seule étape. La paroi des membranes agit comme un filtre. Les éléments retenus sont; toutes les particules de taille supérieure à 10-20 nm : pollens, algues, parasites, bactéries, virus, germes et molécules organiques. Le pouvoir filtrant de l’ultrafiltration est 1000 fois supérieur à celui du filtre à sable. Une eau de qualité constante, sans goût ni odeur. Cette technologie garantit une eau de qualité constante et irréprochable quelles que soient les variations de qualité et de turbidité de l’eau à traiter. Une technologie respectueuse de l’environnement. Le procédé d’ultrafiltration est mécanique : il réduit le recours aux produits chimiques et les rejets de traitement, tout en conservant l’équilibre minéral de l’eau. Nano filtration : Membranes de haute efficacité et des pressions d'exploitation faibles sont combinés. Elle offre la capacité de séparer les composés de faible poids moléculaire à des pressions qui sont faibles, voire moyennes. Le principe fondamental de la technologie des membranes de nanofiltration est l'utilisation de la pression pour séparer les ions solubles dans l'eau à travers un matériau semi-perméable. Elle arrête les sels ionisés multivalents (calcium, magnésium, …) et les composés organiques de masse molaire inférieurs à 300 daltons (unité de mesure plus petite que um) et produit ainsi une eau qui n’est pas totalement déminéralisée contrairement à l’osmose inverse. La plupart des membranes de nanofiltration sont des matériaux composites qui sont supportées par un substrat de polymère et fabriqués dans une spirale configuration par opposition à une feuille plate ou de la géométrie du tube. Le modèle prédominant utilisé aujourd'hui pour des applications industrielles est la configuration en spirale. Les domaines d’application sont; la déminéralisation sélective, la régénération de bains usés de dépôts de cuivres, … Osmose inverse : Une forte pression mécanique (des milliers d'hectopascals) est appliquée à une solution impure pour forcer l'eau à passer à travers une membrane semi-perméable. On appelle cela l'osmose inverse parce que l'osmose normale verrait l'eau pure se déplacer dans l'autre sens pour diluer les impuretés. L'osmose inverse est en théorie la meilleure méthode pour la purification à grande échelle de l'eau, mais il est difficile de créer de bonnes membranes semi-perméables. Selon le type de membrane on obtient 85 à 98 % d'élimination des ions inorganiques, 99 % des colloïdes, bactéries, pyrogènes et virus, et 80 à 98 % de la silice. Cette méthode est parfois appelée «hyperfiltration». Il s’agit d’un procédé physique de déminéralisation non polluant, sans adjonction de produits chimiques. Le procédé d'osmose inverse utilise une membrane semi-perméable afin de séparer les solides dissous, la matière organique, les virus et les bactéries de l'eau. En fonctionnement, l'eau est pressée sur le module. Elle pénètre au travers des couches de la membrane, et est recueillie dans le support poreux (perméat). Les sels retenus sont directement évacués au rejet (concentrat/saumure). Les appareils classiques du commerce produisent 9 L de concentrat pour 1 L d'eau déminéralisée produite. Ce concentrat peut être utilisé dans une certaine mesure pour d'autres usages mais lorsqu'il est jeté il en résulte un certain gaspillage de l'eau, dans un rapport de un à dix.
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