Dimensionnement du filtre à sable

 

La décantation lamellaire n’aura pas permis de récupérer les matières en suspension d’un diamètre inférieur à 50 μm. Et pour avoir un fonctionnement optimal et ne pas risquer une obturation de son milieu poreux, la résine échangeuse d’ions doit recevoir une eau qui soit la plus limpide possible. Nous avons donc besoin d’une filtration sur sable qui pourra débarrasser l’eau de toutes les matières en suspension dont le diamètre est supérieur à 10 µm. De plus, en vue d’éviter de consommer trop d’énergie et de dimensionner une installation de surface au sol trop importante, nous choisissons d’adopter un filtre à sable rapide gravitaire dont le fonctionnement sera uniquement assuré par la pression hydrostatique de l’eau à traiter.

1)     

Surface au sol

L’estimation de la surface au sol nécessaire pour arriver à traiter en continu le débit d’eau de 3600 m3/s dépend du milieu filtrant et de la vitesse moyenne à filtrer l’eau qui lui est associée. Nous choisissons un filtre à deux couches pour une filtration plus homogène. La première, d’anthracite, de 55 cm, permettra de filtrer les plus grosses particules. La seconde, plus dense, de 25 cm seulement, permettra d’arrêter les plus fines particules, jusqu’à un diamètre de 10 μm. Ces deux couches associées admettent une vitesse moyenne de 360 m/j. Le traitement de filtration se fera donc sur une surface au sol de 240 m2.

2)     

Encrassage et pression hydrostatique

Avant cette étape de filtration, on considère que l’eau a encore une concentration moyenne en matières en suspension de 500 mg/L. La sédimentation de ces MES dans le filtre à sable entraine une baisse de la porosité (voir les calculs), aussi bien de celle du sable que de celle de l’anthracite, et donc une augmentation de la perte de charge de l’écoulement au passage du milieu filtrant. Si l’on se fixe une hauteur d’eau dans le fixe, on peut donc trouver à l’aide des graphes suivants la durée du cycle de filtration possible avant l’obstruction du filtre.

 


Evolution de la perte de charge dans le milieu filtrant (en bleu), de la porosité dans l'anthracite (en vert) et de la porosité dans le sable (en rouge).

On choisit de travailler avec une hauteur d'eau maximale de 3 m au dessus du filtre. D'après les courbes ci-dessus, nous pouvons donc avoir une durée de fonctionnement du filtre de 12 heures avant de devoir lancer un rétro-lavage. Cette valeur est acceptable au vu du temps estimé de rétrolavage, environ 10 minutes, le procédé aura donc un bon rendement.


3)     

Dimensionnement du rétro-lavage

Un filtre à sable est généralement rétro-lavé durant 10 minutes, à une vitesse vertciale de 0,9 m/min. Cette vitesse couplée à la durée de cycle et à la surface au sol de l'installation exigerait un réservoir de retenue de 2150 m3. Pour éviter d'avoir un réservoir trop grand, le filtre est divisé en 5 unités travaillant chacune avec un décalage temporel sur la suivante. Ainsi, pour une durée de filtration de 12 heures, nous aurons 5 rétro-lavages décalés d'environ deux heures et demies. Avec cette organisation, le volume nécessaire du réservoir pour les eaux du rétro-lavage n'est plus que de 430 m3.


4)     

Schéma des installations