Sulzer
1. INTRODUCTION
Dans l’eau potable, les algues peuvent donner naissance à une nette diminution de la qualité de l’eau, provoquant une augmentation des liaisons organiques, et servant principalement comme source nutritive aux bactéries et autres êtres vivants inférieurs.
Après la destruction des algues, et leur décomposition bactérienne, les produits du métabolisme seront transmis à l’eau potable. Ceci provoque une regermination dans le réseau de distribution de l’eau potable. Il peut se produire non seulement une propagation de bactéries, mais aussi l’apparition d’organismes supérieurs, comme par exemple l’Asellus aquaticus. À côté de ces désavantages hygiéniques, une corrosion des canalisations en fer peut avoir lieu, par la disparition de l’oxygène et une éventuelle réduction anaérobique des ions sulfates.
Les matières contenues dans le cytoplasma seront libérées par destruction microbienne de la membrane de la cellule, et peuvent, de ce fait, causer des préjudices à la qualité de l’eau si importants, que le réseau tuyauterie devrait être mis hors service totalement, comme par exemple dans le cas des Asterionella formosa.
Ces substances organiques qui, par leur présence, provoquent une propagation de micro-organismes peuvent susciter une baisse des possibilités de stérilisation (moyens biologiques de protection des canalisations où l’activité microbiocide sera amoindrie fortement ou même disparaîtra complètement).
De ce fait, et pour d’autres raisons, une élimination plus poussée des algues en présence dans l’eau brute est à obtenir, lors du traitement de l’eau.
Plusieurs auteurs ont jusqu’ici expérimenté la question de la filtration des algues du plancton, par exemple Brulhart et Mars (1), Bernhardt et Clasem (2), de même Schalekamp (3). Il s’agit dans l’article actuel, d’un résumé d’une partie des recherches sur installations-pilotes faites aux lacs de Zürich, Zoug et Constance. Lors de ces essais, la capacité de plusieurs méthodes de filtration a été étudiée, avec et sans pré-ozonation, en ce qui concerne l’élimination de quelques-unes des algues de plancton contenues dans ces lacs, c’est-à-dire : Fragilaria crotonensis, Synedra, Tabellaria fenestrata, Cyclotella, Phacotus lenticularis, Asterionella formosa, Stephanodiscus, Oscillatoria rubescens (4), (5).
2. CARACTÉRISTIQUES DE L’EAU BRUTE
Les caractéristiques chimiques des lacs mentionnés ci-dessus, en particulier celles des lacs de Zürich et de Constance, seront régulièrement publiées et c’est pourquoi nous ne les mentionnons pas ici.
La figure 1 indique la répartition saisonnière du nombre total des cellules du plancton, des filaments et colonies présentes dans l’eau du lac, pendant les trois années de recherches. Ainsi qu’il est connu, la quantité de plancton ne varie pas seulement en fonction des saisons, mais aussi d’année en année.
Le cas de l'algue bleue, Oscillatoria rubescens, dans le lac de Zürich démontre ce changement annuel de la quantité de plancton. Zimmermann (8) écrivait qu’au cours de l’année 1975, le nombre d’Oscillatoria rubescens augmentait fortement, après qu’il ait disparu pratiquement pendant 10 ans.
Le tableau ci-après montre les grandeurs approximatives des organismes du plancton, dans le lac de Zürich au mois de mai (9), et les caractéristiques qui ont une signification essentielle lors de leur séparation de l’eau au moyen de la filtration.
Tableau 1.
| Noms | Cellulesµm | Plus grandescolonies ou filamentsµm |
|---|---|---|
| Asterionella formosa (cellules) | 1-2 × 40-100 | 200 und mehr |
| Closterium acutum v. variabile (cellules) | 3-5 × 100 | |
| Cosmarium phaselus (cellules) | 20 × 25 | |
| Cyclotella (cellules) | 10-40 | |
| Eudorina va (colonies) | 100 bis mehr als 200 | |
| Flagellaten, lebend | 2-10 | |
| Fragilaria crotonensis (cellules) | 2-3 × 50-120 | 100 bis 300 |
| Glenodinium (cellules) | 15 × 35 | |
| Melosira islandica var. helv. (filaments) | 5-15 | bis mehrere 100 |
| Nitzschia acicularis | 3 × 50 | |
| Oscillatoria rubescens | 6-8 | mehrere 100 |
| Phacotus lenticularis (cellules) | 14-19 | |
| Staurastrum (cellules) | 30-60 | |
| Stephanodiscus astraea var. minutula | 8-10 | |
| Synedra acus | 2-6 × 100-300 | |
| Synedra acus var. radians | 2-4 × 40-200 | |
| Synedra acus var. angustissima | 2 × bis 400 | |
| Tabellaria fenestrata (cellules) | 4-9 × 40-100 | 200 und mehr |
| Tintinnidium fluviatile (membrane de la cellule) | 60-160 |
3. MÉTHODES DE FILTRATION ÉPROUVÉES
1 micro-tamisage,
2 filtration à sable grossier,
3 filtration à sable grossier avec pré-ozonation (2 mg/l ozone),
4 micro-tamisage + filtration à sable fin,
5 filtration à sable fin,
6 filtration à sable fin avec pré-ozonation (2 mg/l ozone),
7 filtration-floculation (2 mg/l Al₂(SO₄)₃),
8 filtration-floculation (2 mg/l Al₂(SO₄)₃) avec pré-ozonation (2 mg/l ozone).
4. FILTRES UTILISÉS
1. Installation de micro-tamis à tambour.Débit : 50 m³/hMicro-tamis : mailles 25 µm, diamètre 1,29 m, longueur 0,48 mRotation : 0,63-0,85 t/minRefoulement : 4-5 cm
2. Filtre à sable grossier.Couche du filtre : matériau sable spécial, granulométrie 1-1,5 mm, hauteur 900 mmVitesse de filtration : 10 m/h
3. Filtre à sable fin.Couche du filtre : matériau sable spécial, granulométrie 0,5-1,2 mm, hauteur 900 mmVitesse de filtration : 10 m/h
4. Filtre à double couche.Couche inférieure : matériau sable spécial, granulométrie 0,5-1,2 mm, hauteur 600 mmCouche supérieure : matériau pierre ponce, granulométrie 1,5-2 mm, hauteur 300 mmVitesse de filtration : 10 m/h
5. OZONATION
La pré-ozonation s’effectue dans une colonne à contact. La quantité d’ozone introduite était d’environ 2 mg/l et le temps de réaction de 10 minutes. L’eau de lac testée est caractérisée par l’apparition d’une baisse d’ozone provoquée par les matières réductrices contenues naturellement dans l’eau. La figure 2 montre cette diminution avec différentes concentrations d’ozone dans l’eau du lac. La courbe 3 indique nos conditions de travail, c’est-à-dire qu’avec
une addition de 2 mg/l d’ozone, et après un temps de contact de 10 minutes, il reste une concentration d’ozone d’environ 0,25 mg/l.
6. RÉSULTATS DES ESSAIS
La figure 3 indique les degrés d’élimination qui sont à atteindre avec l'installation de tamisage à tambour. Dans cette figure, il est visiblement apparent que les petites algues planctoniques, comme les Phacotus lenticularis et les Stephanodiscus, passent pratiquement complètement à travers le tamis du tambour.
Dans cette figure et les suivantes, nous donnons des informations sur les grandeurs et les formes des algues planctoniques étudiées.
La figure 4 représente les résultats de filtration d'un filtre à sable grossier. On peut affirmer, à l'exception du Phacotus lenticularis, que ce filtre possède plus ou moins la même capacité d'élimination que l'installation de tamisage à tambour.
L'influence favorable de la pré-ozonation sur l'élimination des algues par filtration grossière est indiquée sur la figure 5.
Les résultats de la filtration avec combinaison d'un tamis à tambour pour la préfiltration et d'un filtre à sable fin comme filtration principale sont mentionnés sur la figure 6. Par ce système, on atteint une élimination d'algues d’environ 90 % à l'exception des Stephanodiscus et de quelques Phacotus lenticularis.
La figure 7 est une représentation graphique du degré d'élimination atteint avec une filtration sable fin. La capacité de filtration la plus basse sera atteinte avec les Synedra, Cyclotella, Stephanodiscus et Oscillatoria rubescens.
De la figure 8, on peut déduire que dans une filtration sur sable fin, avec pré-ozonation, un tiers des Stephanodiscus passe à travers le filtre, alors qu’au contraire, les Oscillatoria sont très bien retenus.
La figure 9 montre la haute capacité de la filtration-floculation dans un filtre à double couche. On obtient toutefois l'élimination maximale d’algues avec la filtration-floculation dans un filtre à double couche, avec pré-ozonation (figure 10).
Les figures suivantes indiquent les degrés d'élimination des Fragilaria, Cyclotella, Stephanodiscus et Oscillatoria, au moyen des méthodes de filtration mentionnées précédemment ; apparaissent également leurs formes et le changement en fonction du temps, du nombre de ces cellules planctoniques, filaments et colonies dans l'eau brute, pendant le temps de l'essai. Ces figures nous permettent d’établir une comparaison graphique des capacités des divers systèmes de filtration avec chaque espèce de ces quatre algues.
La figure 11 montre que, dans le cas de la diatomée Fragilaria crotonensis, toutes les méthodes de filtration testées permettent d'obtenir une élimination supérieure à 90 %, à l'exception de l'installation de tamisage à tambour.
Une petite diatomée, la Cyclotella, se comporte autrement (figure 12). Une élimination de la Cyclotella supérieure à 90 % est obtenue seulement par filtration-floculation dans un filtre à double couche, avec pré-ozonation.
Les différentes capacités des diverses méthodes de filtration apparaissent mieux lorsque l'on étudie les résultats de la filtration des Stephanodiscus sur la figure 13, où la filtration-floculation avec pré-ozonation donne à nouveau les meilleurs résultats.
L'élimination des algues bleues Oscillatoria rubescens contenues dans l’eau est souvent difficile. Nous avons pu cependant atteindre un bon degré d’élimination avec la filtration sur sable fin et, avec la filtration-floculation, tous deux avec pré-ozonation (figure 14).
La figure 15 montre une numération du plancton à des profondeurs différentes d'un filtre à double couche, lors d'une filtration-floculation avec pré-ozonation. Environ 50 % des cellules du plancton et des filaments sont déjà retenus dans la première couche.
couche, à 30 cm de profondeur, bien que la granulométrie de la pierre ponce ne soit que de 1,5 à 2 mm. À 50 cm de profondeur, c'est-à-dire 30 cm de pierre ponce et 20 cm de sable de quartz, 90 % environ du plancton étaient filtrés.
En ce qui concerne l'effet de l’ozone sur ces algues planctoniques, on a pu observer que les Asterionella, Synedra, Tabellaria et Cyclotella n’étaient pas détruites.
La seule exception dans les diatomées était la Fragilaria crotonensis, dont les chromatophores se décolorent largement.
Les Oscillatoria rubescens semblaient s’être plus fortement restreintes, éventuellement par la perte de gélatine (9).
Lors de ces essais de filtration, des mesures de perte de charge des filtres ont été effectuées en parallèle.
En conclusion, on peut affirmer que la filtration-floculation dans un filtre à double couche, avec préozonation est une technique excellente, non seulement en fonction de l’élimination considérable d'algues, mais aussi en ce qui concerne les temps de passage dans le filtre. De plus, on obtient une qualité de l'eau excellente, avec une bonne rentabilité du procédé.
Bibliographie
1. P. Brulhart et C. J. Marsch. — Combinaison de procédés pour la transformation d'eau de lacs en eau potable. Revue Technique Sulzer, numéro spécial « Pro Aqua-Pro Vita », 1971, 10.
2. H. Bernhardt et J. Clasen. — La transformation d'eau de barrage, riche en plancton, en eau potable. Progrès de la chimie des eaux et leurs limites, 16 (1973), 137.
3. M. Schalekamp. — Micro-floculation. Essais de comparaison entre des filtres à une et deux couches, avec du sulfate de fer et d’alumine. Gaz, eau, eaux usées, 55 (1975), 508.
4. A. Wetzel. — Hydrobiologie technique. Société d’édition académique Geest et Portig K. G., Leipzig, 1969.
5. Méthodes standard pour l’examen des eaux et eaux usées. APHA + AWWA + WPCF, 14ᵉ édition, Washington, DC.
6. Groupement d’entreprises des usines à eau du lac de Constance, Rhin. AWBR, rapport annuel, 1979.
7. Alimentation en eau de Zürich (Département d’exploitation industrielle), 111 rapports commerciaux et de recherche, 1979.
8. U. Zimmermann. — Recherche comparative sur le plancton dans les lacs de Zürich, Zürichober et de Walenstadt, 1974 à 1979.
9. E. A. Thomas. — Recherches sur l'ordre de la société Sulzer-Winterthur.
