Les Filtres à sable rapides utilisent du sable grossier comme moyen de filtration pour éliminer les fines particules solides en suspension de l'eau avec différents niveaux de turbidité (ou « boue »). Ils forment une étape de prétraitement avant un processus de désinfection final, tel que la Chloration T.6 , et peuvent être utilisés dans toutes les phases d'une intervention d'urgence.Un dispositif utilisé pour empêcher des objets ou des particules de pénétrer dans l'approvisionnement en eau. Des exemples courants de filtres utilisés dans les opérations d'approvisionnement en eau comprennent les tuyaux à fentes dans les trous de forage ou un ensemble de barres utilisées dans les prises d'eau brute (Syn. : Filtre de puits).Voir Filtre (Syn.)

Les Filtres à sable rapides se composent d'un réservoir ou d'un bassin contenant le média filtrant avec un support de gravier à la base, un système de drainage souterrain pour collecter l'eau filtrée et injecter l'eau de rétrolavage, et des auges le long du haut du filtre (0,5 mètre au-dessus du lit filtrant non étendu) pour récupérer l'eau de rétrolavage. Les Filtres à sable rapides éliminent principalement les particules de l'eau en utilisant des processus physiques, dont le plus important est l'adsorption, bien que la sédimentation et le filtrage jouent également un rôle. Les Filtres à sable rapides nécessitent un rétrolavage. Les Filtres à sable rapides sous pression font souvent partie d'unités compactes de traitement de l'eau conçues pour les situations d'urgence.

Considérations sur la conception

Les filtres à sable rapides peuvent être utilisés directement ou en combinaison avec d'autres processus de prétraitement, en fonction de la turbidité de l'eau brute. Cela fonctionne bien lorsque la qualité de l'eau brute est d'environ 25 NTU (où NTU est une mesure de la turbidité). Pour une turbidité plus élevée (jusqu'à 100 NTU), la filtration rapide sur sable peut être combinée avec une forme hybride de préfiltre à flux ascendant T.1 utilisant des débits supérieurs à la normale. Pour l'eau supérieure à 100 NTU, un préfiltre standard T.1 ou une sédimentation conventionnelle (assistée) T.4 peut être utilisé. Les filtres à sable rapides réduisent la turbidité d'au moins 90 %, visant à atteindre une turbidité appropriée pour le processus de traitement ultérieur (c'est-à-dire moins de 5 NTU pour la chloration T.6 ou environ 10 NTU pour la filtration lente sur sable T.9 ). Ils peuvent également réduire les bactéries de 60 à 90 %, selon les conditions, et peuvent légèrement réduire la couleur, le goût et les métaux lourds. Pour les eaux souterraines à forte teneur en fer et en manganèse, ils sont souvent utilisés après aération pour filtrer les précipités. Le sable est le média de filtration le plus utilisé et sa taille doit être assez uniforme avec une portée efficace de 0,4 à 1,2 mm. Parfois, une couche plus grossière est ajoutée au-dessus du sable (par exemple, de l'anthracite ou des coques de noix de coco) pour réduire le taux de blocage. Le sens d'écoulement peut être descendant ou ascendant, et l'eau est entraînée soit par pompage, soit par gravité. Pour les applications décentralisées, les filtres à écoulement descendant par gravité sont principalement installés pour faciliter l'inspection et l'entretien. Les filtres sous pression (ou filtres fermés) permettent des cycles de filtration plus longs et sont utilisés dans les environnements industriels et les kits de traitement d'urgence de l'eau. Ils peuvent fonctionner à un débit compris entre 15 et 30 m/heure (un compactage de m³/m²/heure). Les Filtres gravitaires (ou filtres ouverts) sont ouverts à la pression atmosphérique et fonctionnent entre 5 et 15 m/h. Même avec un ajustement (contrôle du débit avec des vannes), le débit diminuera après quelques jours, auquel cas le rétrolavage est effectué en mode de flux ascendant en utilisant soit des pompes, soit la gravité. S'il est effectué par gravité, il nécessite un réservoir d'eau propre installé suffisamment haut au-dessus des bacs de rétrolavage du filtre pour fournir le débit de rétrolavage souhaité (une différence de hauteur de 4 à 6 mètres tend à être suffisante). Pour les filtres sous pression, une perte de charge (de l'ordre de 0,5 bar avec un débit stable) est un indice de colmatage. Lors de la conception, il est important de considérer qu'un filtre à sable pur se dilate jusqu'à 30 % lors du rétrolavage.

Matériaux

Les matériaux comprennent le(s) compartiment(s) du filtre, le système d'entrée et de sortie d'eau avec mécanisme de contrôle, le système de drainage souterrain, le média filtrant, les pompes (ou le réservoir d'eau surélevé) et (en option) le système d'air comprimé pour le rétrolavage.

Applicabilité

Les Filtres à sable rapides nécessitent des capacités locales et des ressources financières suffisantes (par exemple, les grands contextes urbains ou industriels). En tant que filtres sous pression, ils peuvent être utilisés dans les phases aiguës et de stabilisation d'une urgence. Des unités à plus grande échelle sont possibles en phase de relèvement (test des caractéristiques de l'eau, suivi d'une petite usine pilote).

Fonctionnement et entretien

Les exigences de fonctionnement et d'entretien sont importantes, les principales tâches étant liées au contrôle du débit et au rétrolavage. Le rétrolavage est fréquent, tous les 0,5 à 2 jours pendant 30 minutes maximum; lorsque l'eau brute est trouble et que les cycles entre les rétrolavages sont inférieurs à 6 heures, des modifications de conception doivent être envisagées. L'opérateur doit s'assurer que le débit de rétrolavage est suffisamment élevé pour dilater le lit filtrant, mais suffisamment bas pour que le matériau filtrant ne soit pas enlevé des bacs de lavage (au moins 0,5 mètre au-dessus du lit filtrant non dilaté). Les vitesses de rétrolavage varient de 12 à 90 m/h selon la taille du sable et la température ambiante (vitesse plus lente possible à basse température). L'air comprimé peut également être utilisé dans certains filtres pour le rétrolavage. Les couches de gravier sous le sable grossier soutiennent le milieu et empêchent le tuyau d'évacuation de se boucher avec du sable. Le gravier ne doit pas être déplacé par la procédure de rétrolavage. L'entretien général de la station sera également nécessaire (par exemple, application d'agents anticorrosifs sur les pièces métalliques, graissage des vannes).

Santé et sécurité

La filtration rapide sur sable est une méthode de prétraitement et ne doit pas être utilisée comme un processus de traitement en une seule étape pour l'eau potable. Les boues délogées pendant le rétrolavage doivent être éliminées en toute sécurité là où la coagulation a été utilisée dans le cadre du système pour éviter que des métaux tels que l'aluminium ne pénètrent dans l'approvisionnement en eau.

Coûts

Les coûts d'investissement pour le filtre peuvent varier de l'ordre de 100 USD/m³/jour de capacité. Les coûts permanents pour le fonctionnement et l'entretien sont d'environ 13 USD/m³/jour de capacité, ce qui est plus élevé que pour les Filtres à sable lents T.9 en raison d'une supervision plus fréquente et d'un pompage pour le rétrolavage. Pour le rétrolavage seul, jusqu'à 180 heures de travail sont nécessaires par an. Les coûts peuvent être réduits en concevant des pompes plus petites pour le pompage vers un réservoir d'eau surélevé, plutôt que des pompes plus grandes pour le rétrolavage.

Considérations sociales et environnementales

Les filtres à sable rapides sont bien acceptés par les utilisateurs/institutions, car ils améliorent visiblement la turbidité. Les établir en tant que nouvelle technologie nécessite une formation, le développement des capacités de fonctionnement et d'entretien et la volonté du personnel local. Les boues produites lors du rétrolavage du filtre doivent être traitées (asséchées) et éliminées en toute sécurité. L'élimination des boues non traitées dans l'environnement peut entraîner des risques pour la santé et l'environnement.