-
Afin de respecter la réglementation, il est possible de parfaire le traitement et de réduire les MES résiduelles, par tamisage de l'eau sur des toiles à très faibles mailles, ce qui permet en outre de réduire de façon significative la DBO. Ce mode de tamisage présente également des avantages importants par rapport à la filtration sur lit de sable.
Dans les pays méditerranéens, où la rareté de l'eau conduit à rechercher tous les moyens possibles pour l'économiser et la recycler après traitement, l'un des plus prometteurs est celui de l'irrigation des terres agricoles. L’eau doit au préalable être parfaitement filtrée, afin d'éviter l'obstruction des canalisations, des buses d’aspersion ou des dispositifs de goutte à goutte. Toutes les particules solides supérieures à une taille déterminée (quelques dizaines de microns) doivent donc être éliminées. Le microtamisage répond à cette nécessité en permettant d’obtenir, à faible coût, une eau épurée, réutilisable en agriculture ou dans l'industrie.
Comme nous le verrons ci-après, deux techniques différentes sont employées à cet effet, dans lesquelles l’élément filtrant peut être constitué soit par un lit de sable, soit par un tambour revêtu de toile métallique.
Le microtamisage sur filtres à sable
Dans cette version, l'eau à filtrer traverse à la vitesse de 10 à 20 m/h un lit de sable de granulométrie choisie, dans lequel sont retenues les matières solides. La perte de charge augmente avec le degré de colmatage du filtre ; son contrôle permet de provoquer l'opération de lavage du sable qui s’effectue à contre-courant. Cette filtration permet de retenir les particules supérieures à 30 microns environ et la qualité de l'eau obtenue est excellente ; cependant le filtre à sable présente plusieurs inconvénients :
- — nécessité d’une grande surface filtrante ;
- — importante consommation d'eau de lavage ;
- — emploi d’eau filtrée pour le lavage du filtre ;
- — nécessité d'une préfiltration, lorsque la teneur en particules de l'eau est supérieure à 50 mg/l ;
- — arrêt de la filtration pendant le lavage, ce qui impose de créer une réserve d'eau filtrée ou de disposer d'un filtre supplémentaire ;
- — coût d’exploitation plus élevé que celui du tambour de microtamisage.
Ces inconvénients conduisent à réserver le filtre à sable à des applications spéciales.
Le microtamisage par tambour
Principe de fonctionnement
Ce procédé permet de filtrer l'eau au travers d'une toile métallique ou synthétique dont la maille de filtration est parfaitement contrôlée (elle peut être très fine et atteindre 30 microns). Cette toile est fixée sur une ossature métallique en forme de tambour, que l’eau traverse de l'intérieur vers l'extérieur. En pratique, les tambours sont immergés sur environ 70 % de leur surface filtrante ; une réserve de 30 % de surface filtrante reste ainsi disponible à tout moment.
La vitesse de filtration est fonction de la maille retenue : à 100 microns, elle atteindra 180 m/h et à 30 microns, elle sera de l’ordre de 30 m/h, encore largement supérieure à celle obtenue sur un filtre à sable.
Le tambour (d’un diamètre pouvant atteindre 5 mètres) est installé horizontalement dans l’axe de l’écoulement de l’eau, laquelle traverse la toile filtrante de l’intérieur vers l’extérieur (figure 3).
La toile se colmate au fur et à mesure de l’accumulation des déchets retenus, ce qui crée une augmentation de la perte de charge ; celle-ci est contrôlée par un détecteur qui commande le dispositif de lavage. Lorsque la perte de charge atteint une valeur présélectionnée, le motoréducteur entraîne la rotation du tambour et déclenche simultanément le rinçage à contrecourant de la toile filtrante. L’eau de lavage est évacuée dans une goulotte. La perte de charge décroît alors jusqu’à sa valeur initiale et le motoréducteur comme le circuit d’eau de lavage sont alors mis automatiquement à l’arrêt jusqu’au prochain cycle. Cependant, dans certains cas (par exemple, microtamisage à 30 microns à la sortie des clarificateurs) le fonctionnement du tambour doit être légèrement modifié : il est alors mis en rotation très lente, ce qui maintient humides les déchets retenus, en évitant l’encrassement de la toile. Lorsque la perte de charge atteint la valeur présélectionnée, le tambour se met en rotation plus rapide et le lavage à contrecourant se fait automatiquement ; à la fin de l’opération, le tambour se remet en rotation lente.
En fonction de la finesse de la toile, la pression de l’eau doit parfois être diminuée et une seconde rampe (comportant des buses décalées par rapport à celles de la première rampe) intervient alors pour renforcer l’efficacité du lavage.
Le circuit des eaux de lavage du tambour dépend des possibilités offertes sur place. On trouve en général deux configurations possibles, qui définissent les conditions à remplir pour effectuer l’opération :
— utilisation de l’eau du réseau : si le site est équipé d’un réseau d’eau industrielle claire ou d’eau potable, fournissant un débit suffisant pour le lavage et une pression au moins égale à 2,5 bars, le lavage de la toile filtrante peut être alimenté par branchement sur le réseau. L’arrivée de l’eau est commandée par une électrovanne fixée en tête de la rampe de lavage du tambour. L’électrovanne ainsi que le motoréducteur du tambour sont asservis au coffret de commande du tambour. Si la pression est supérieure à 2,5 bars, il faut prévoir un détendeur à l’amont de l’électrovanne. Lorsque les toiles sont très fines (inférieures à 100 microns), la pression doit être réduite ;
— lavage à l’eau filtrée : si on ne dispose pas d’eau de réseau, il est nécessaire de prévoir une pompe immergée placée dans l’eau filtrée, à l’aval du tambour, assurant le débit nécessaire, à une pression à définir en fonction de la finesse de la toile. Dans ce cas, l’électrovanne est inutile et le fonctionnement de la pompe est asservi à celui du tambour. Les constructeurs européens, parmi les plus expérimentés dans cette technique, offrent une gamme très large de tambours (figures 2 et 3).
Résultats obtenus
S’il est possible d’admettre directement une eau clarifiée sur le tambour, il est souvent avantageux, tout comme sur un filtre à sable, de prévoir une floculation à l’amont du filtre, celle-ci présentant l’avantage de grouper les MES en flocs résistants, faciles à filtrer. C’est ainsi qu’une bonne floculation a pu être obtenue sur une eau usée urbaine sortant d’une station d’épuration biologique avec des teneurs trop élevées en MES (de l’ordre de 35 à 80 mg/l) par l’application de 25 ppm de coagulant et 2 ppm de floculant.
Des essais de filtration ont été effectués sur cette eau en employant des toiles synthétiques et métalliques de 36 à 56 microns. Avec les toiles à 56 microns, la concentration en MES est tombée aux environs de 10 mg/l, soit une réduction de l’ordre de 80 % ; la vitesse de filtration était de 30 m/h environ. La DCO a été abaissée de 100 à 30 mg/l environ (soit un rendement de 70 %) et la DBO5 est passée de 15 à 7 mg/l (soit un abattement de l’ordre de 50 %).
Si les résultats ainsi obtenus peuvent varier ponctuellement en fonction du type de station, on peut cependant avancer, sans risque d’erreur, que le gain obtenu par le microtamisage des eaux clarifiées par rapport aux procédés traditionnels est toujours significatif, en particulier au regard de la teneur en MES.
Avantages du procédé
Mis à part le fait que la plage de filtration comprise entre 50 et 30 microns correspond à une réduction sensible du débit (au bénéfice de la qualité des eaux), les avantages du tambour de microtamisage sur le filtre à sable sont appréciables :
— vitesse de filtration supérieure, d’où possibilité d’une surface filtrante plus faible,
— facilité d’automatisation du fonctionnement,
— acceptation des variations de qualité de l’eau,
— possibilité de filtrer l’eau pendant le lavage de la toile,
— faible débit d’eau de lavage par rapport au débit filtré,
— encombrement au sol réduit,
— compacité de l’installation,
— faibles coûts d’investissement et d’exploitation.
Applications
Le tambour de microtamisage est spécialement conçu pour le tamisage fin de l’eau, puisqu’il peut, comme on l’a vu, retenir des particules dont la taille descend jusqu’à 30 microns. Il s’installe sur les stations de pompage d’eau claire, à l’amont des pompes des circuits d’irrigation (aspersion, goutte à goutte) et dans les stations de traitement d’eau potable ou d’eau industrielle.
L’une de ses applications de plus en plus fréquentes consiste à filtrer très finement l’eau usée, à la sortie des clarificateurs, afin de retenir la totalité des particules solides de taille supérieure à la valeur de filtration choisie et de réduire ainsi la teneur en MES de l’eau épurée. Cela permet, en particulier, de recycler une eau épurée sur des circuits d’irrigation ou des circuits d’eau industrielle sans courir le risque d’un encrassement des canalisations ou d’une occlusion des buses, des compteurs ou des pompes.
