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Filtration conventionnelle

Les systèmes de filtres traitent les eaux en leur faisant traverser des couches de matériaux granulaires (du sable par exemple) qui retiennent les contaminants. Leur efficacité est très variable mais ces systèmes peuvent améliorer la turbidité et la couleur de l'eau, éliminer Giardia et Cryptosporidium, bactéries et virus.

La filtration conventionnelle commence par un pré-traitement à l'aide d'un coagulant chimique, par exemple sels de fer ou d'aluminium ajoutés à l'eau de source. Le mélange est ensuite remué lentement pour favoriser la coagulation des minuscules particules en suspension et former des grumeaux plus grands et plus faciles à écumer, les «flocs».

On procède ensuite à une sédimentation. Les particules en suspension dans l'eau, y compris les flocs créés par floculation, se déposent naturellement, attirés vers le bas par leur propre poids. Ces contaminants se rassemblent au fond sous forme d'une "boue" qu'on doit retirer régulièrement.

Une fois ces processus accomplis, l'eau est filtrée et les particules restantes s'attachent physiquement au filtre. Les particules en suspension sont déstabilisées par le coagulant et s'attachent plus aisément au filtre.

La filtration conventionnelle, comme d'autres dispositifs de filtration, améliore de façon significative des eaux de source de différents types. Elle est particulièrement indiquée pour les eaux à débit constant et faible teneur en algues qui pourraient boucher les filtres.

Pour de bons résultats, les coagulants chimiques doivent être manipulés par un personnel expert, nécessaire de manière générale pour ce type de systèmes.

Filtration directe

Les systèmes de filtres directes traitent les eaux en leur faisant traverser des couches de matériaux granulaires (du sable par exemple) qui retiennent les contaminants. Leur efficacité est très variable mais ces systèmes peuvent améliorer la turbidité et la couleur de l'eau, éliminer Giardia et Cryptosporidium, bactéries et virus.

La filtration directe commence par un pré-traitement à l'aide d'un coagulant chimique, par exemple sels de fer ou d'aluminium ajoutés à l'eau de source. Le mélange est ensuite remué lentement pour favoriser la coagulation des minuscules particules en suspension et former des grumeaux plus grands et plus faciles à retirer, les «flocs».

Une fois ces processus accomplis l'eau est filtrée et les particules restantes s'attachent physiquement au filtre. Les particules en suspension sont déstabilisées par le coagulant et elles s'attachent ensuite plus facilement au filtre.

La filtration conventionnelle emploie la sédimentation pour permettre aux particules en suspension de se déposer. La filtration directe élimine cette étape et permet au matériau du filtre de retenir eux-mêmes les contaminants.

Il s'agit d'un processus relativement simple, au coût peu élevé. La qualité de l'eau est améliorée de beaucoup, mais cette méthode est préconisée pour des eaux qui sont déjà de bonne qualité, avec un débit constant et une faible turbidité. Une teneur élevée en algues, par exemple, est contre-indiquée pour les systèmes de filtration qui se boucheraient.

Toutes les particules étant éliminées par filtration, la filtration directe n'est donc pas appropriée en cas de turbidité élevée. Elle est appropriée pour une eau dont la turbidité est inférieure à dix UTN.

Les coagulants chimiques doivent être manipulés par un personnel expert, donc un personnel bien forme est necessaire pour gerer ce type de systèmes.

Filtration sur diatomées

La filtration sur diatomées élimine physiquement les particules en suspension, qui sont tout simplement séparées de l'eau de source. Ce processus est utile contre le Giardia, le Cryptosporidium, les algues et, selon son degré, certaines bactéries et virus.

Ce filtre consiste en une plaque de terre de substance farineuse faite de fossiles écrasés d'animaux marins unicellulaires, les diatomées.

L'eau est forcée à travers ce filtre par des pompes, de pression en amont ou de succion en aval.

Contrairement à la plupart des autres systèmes de filtration, ceux-ci n'emploient pas de coagulants chimiques pour provoquer l'agglutination des particules de contaminants. En raison de cette limitation, la filtration sur diatomées est indiquée pour une eau de qualité sans contaminants minéraux.

Ce processus s'adapte aisément aux dispositifs de petites dimensions. En fait, ce système de filtration a été développé pendant la deuxième guerre mondiale quand l'armée des Etats-Unis a eu besoin d'un dispositif portable de traitement de l'eau. Il est facile a operer et son coût réduit le rend attractif. Il est particulièrement apprécié pour aider à résoudre des problèmes temporaires ou par les communautés ne pouvant pas investir dans une infrastructure coûteuse.

En plus de l'eau, ce dispositif est employé dans le cadre de la fabrication de sirops, huiles, produits chimiques et boissons alcooliques.

Filtration lente sur sable

La filtration lente sur sable a été la première méthode employée par de nombreuses villes au XIXième siècle. Ces filtres peuvent aisément éliminer les micro-organismes qui causent les maladies portee par l’eau, y compris les protozoaires comme le Giardia et le Cryptosporidium, ainsi que les bactéries et virus, capacité démontrée dans les premières villes européennes ayant adopté ce système par la chute des taux de maladies.

L'eau traverse lentement une couche de sable d'une épaisseur de 60 à 120 cm. Au passage, plusieurs processus physiques et biologiques filtrent l'eau et éliminent les contaminants.

Après un certain temps, la couche de sable contient une multitude de bactéries, algues, protozoaires, rotifères, copépodes et vers aquatiques. Ces micro-organismes (dont l'action peut être moins efficace si la température de l'eau est inférieure à 10 °C) aident à la filtration en éliminant les contaminants. Un sable qui contient ces organismes est «mûr,» et il est préférable de le nettoyer ou de le remplacer. Ce processus peut prendre quelques semaines ou mois, selon l'eau et sa température. La couche de sable finit par devenir quasi-imperméable et ralentit le débit de l'eau ; elle doit alors être nettoyée, en général en inversant le sens du flux d'eau pour un rinçage à contre-courant.

Les dispositifs de filtration sur sable ne peuvent pas traiter des eaux chlorées car le chlore a un effet néfaste sur la flore microbienne du filtre. L'eau qui doit être chlorée doit donc l'être après le processus de filtration, dans les réservoirs.

Le stockage aide à adapter le réseau à une demande variable, car les dispositifs de filtration sur sable ne peuvent pas fournir des débits plus importants aux heures de forte demande ; ni en fait de débits moindres aux heures de faible demande.

Ils sont indiqués uniquement pour une eau de source de faible turbidité, contenant peu d'algues et sans coloration déplaisante due à une contamination. Ils ne sont pas indiqués pour des eaux à haute teneur d'algues ou d'argile, qui pourraient les boucher. Les eaux de sources riches en nutriments, par contre, peuvent aider à l'action nettoyante des filtres lents sur sable en contribuant à leur composition biologique.

Ils sont en général d'un concept assez simple, demandent peu de maintenance et leur coût d'exploitation est réduit.

Filtres à manche/cartouche

Ces filtres traitent l'eau en lui faisant traverser une couche poreuse qui arrête et retient les contaminants.

Les filtres à manche ou cartouche sont des dispositifs simples et facile d’usage, qui emploient un sac tissé ou une cartouche avec un filament enroulé or filtre plissé qui retiennent physiquement les microbes et sédiments de l'eau de source traversant la couche filtrante.

Ils sont efficaces contre les kystes du Giardia, mais le sont moins contre les bactéries, virus ou produits chimiques. Ils sont plus indiqués donc pour des eaux de bonne qualité et de faible turbidité.

La technologie des manches et cartouches se développe rapidement et est particulièrement adaptée aux dispositifs de petites dimensions, qui présentent aussi l'avantage d'un emploi et d'une maintenance simples, aux mains d'opérateurs peu spécialisés. Les coûts varient selon la fréquence de remplacement des filtres.

Comme d'autres types de filtres, les cartouches s'encrassent rapidement si l'eau est fortement chargée en particules en suspension, et les eaux de faible turbidité sont donc préférables. Par contre, on peut pré-traiter l'eau avec des filtres "de dégrossissement" à base de sable, tamis à maille, cartouches et autres substances pouvant éliminer les particules grossières.

Les matériaux doivent être changés régulièrement, plus fréquemment si l'eau est particulièrement chargée.

Avec le temps, des microbes prolifèrent sur les manches et cartouches, mais ce problème peut être résolu à l'aide d'un désinfectant, qui sera nécessaire aussi si l'eau contient des virus qui doivent être éliminés.

Filtres céramiques

Les filtres céramiques pour le traitement des eaux sont en usage depuis plusieurs siècles. Les efforts de vente sont dirigés vers les dispositifs centralisés de traitement de l'eau mais la majorité des filtres céramiques sont aujourd'hui fabriqués pour les points d'utilisation. Dans les pays en développement, ces filtres sont fabriqués sur place, souvent sous forme de micro-entreprises autofinancées. Ils ont souvent la forme d'un pot de fleur ou d'un bol et sont imprégnés de fines particules colloïdales en argent servant de désinfectant et empêchant la prolifération des bactéries dans le filtre. Le filtre est installé dans un recipient de 20 à 30 litres, en plastique ou en céramique, avec un ergot.

Les tests en laboratoire ont montré que ces dispositifs, s'ils sont bien conçus et bien fabriqués, peuvent éliminer ou désactiver presque toutes les bactéries et parasites protozoaires. Leur efficacité contre les virus est inconnue.

Le nettoyage et la maintenance du filtre sont critiques : comme la plupart des autres dispositifs bon marché de point d'utilisation, il est recommandé d'y joindre un programme éducatif sur un stockage salubre, le nettoyage du filtre et d’autres actions recommandées.

Les avantages des filtres céramiques sont leur facilité d’emploi, leur longue durée de vie (s'ils ne se cassent pas) et leur coût relativement bas. Les inconvénients comprennent une possible recontamination de l'eau conservée sans chlore résiduel et un débit faible, en général un à deux litres par heure.

Filtration sur bio-sable

Les dispositifs de filtration lente sur sable ont été récemment adaptés à un emploi au point d'utilisation pour les pays en développement. Dans ce contexte, ils sont en général connus sous le nom de filtres à «bio-sable».

Le filtre à bio-sable prend fréquemment la forme d'un recipient d'une hauteur d'un peu moins d'un mètre et de largeur et profondeur d'environ 30 cm, rempli de sable. On préserve la couche biologique active, qui met une ou deux semaines à atteindre sa maturité, en veillant à ce que le sable soit entièrement couvert par l'eau. Comme pour les filtres lents à sable, la couche bioactive aide à filtrer, absorber, détruire ou désactiver les pathogènes. Une plaque poreuse est placée en général au-dessus du sable pour empêcher tout dérangement de la couche bioactive quand on ajoute de l'eau. On verse simplement de l'eau sur le dessus du dispositif et on recueille l'eau traitée à la sortie.

Au cours de tests en laboratoire ou sur le terrain, les filtres à bio-sable ont éliminé presque tous les protozoaires et la plupart des bactéries. Leurs performances face aux virus ne sont pas bien cernées.

Le dispositif peut être construit avec du béton, un matériau relativement disponible partout et bon marché. La maintenance est simple et consiste en général à agiter la couche supérieure du sable une fois par mois et à écumer à la main les matériaux en suspension. Le coût de maintenance est bas, car il n'y a pratiquement aucune pièce à changer.

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