Comment filtrer l’eau avec un filtre à sable

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Description brève

  • Problème: filtrer l'eau
  • Idée: utiliser les propriétés de filtrage de sable
  • Difficulté: comprendre le principe du "schmutzdecke". utilisation correcte du filtre (première utilisation, filtrage continu, remplacement régulier du sable)
  • Game de prix: bon marché
  • Matériel nécessaire: un grand récipient (surfaces non réactifs de préférence: plastique, réservoirs en béton... à partir de 200 litres et plus), différentes tailles de sable, réservoirs et tuyaux pour l'eau sale et de l'eau propre, un robinet
  • Zone géographique: globale
  • Compétences: les simples compétences d'un plombier
  • Combien de personne? à partir d'une personne
  • Combien de temps? 1 à 4 jours pour construire le filtre, en fonction de sa complexité, 10 jours avant que l'eau puisse être consommée.

Description

Filtres à sable à gravité lente

Avec ce type de filtres à sable, l'eau potable peut être accessible. Grâce à l'action mécanique et biologique de la couche de sable, filtres à sable à gravité lente suppriment les bactéries ainsi que les petites particules contenues dans l'eau. Ainsi, l’eau devient potable. Ceci est une introduction de base à l'objet et devrait aider à maintenir un approvisionnement constant en eau courante propre en utilisant une technologie simple. Le filtre à sable décrit ci dessous est conçu pour un usage domestique.

Source d'eau

Il est important d'avoir une source d'eau relativement propre, ce qui signifie exempt de produits chimiques et de métaux lourds, étant donné qu’un filtre à sable ne pourra pas filtrer suffisant l’eau chimiquement polluée pour la transformer en eau potable. Il est important de tester un échantillon d'eau dans un laboratoire avant de commencer. Même l'eau de source ou l’eau très claire de la rivière devrait être testée. Si votre eau de source a un niveau élevé de contamination, essayez d’en trouver une autre. Si cela n'est pas possible, d'autres modes de filtration doit être utilisés. Si l'eau est très brune, c’est-à-dire qu’elle a un niveau de turbidité élevé, elle doit être traitée avant d’être filtrée par le sable. Par exemple, elle peut rester dans le décanteur ou passer à travers un filtre d'ébauche horizontal avant qu'elle ne passe dans le filtre à sable approprié.

Fonctionnement du filtre

L'eau passe à travers le sable de haut en bas. Les grandes particules en suspension se déposent dans les couches supérieures du sable. Les petites particules de sédiments organiques restées dans le filtre à sable sont consommées par des organismes microscopiques, y compris les bactéries et les protozoaires qui «collent» dans les couches de boue qui se forment autour des particules de sable. L'eau propre qui passe à travers le filtre est propre à la consommation. Si la taille des grains est de l'ordre de 0,1 mm de diamètre, un filtre à sable peut supprimer tous les coliformes fécaux (bactéries qui proviennent de matières fécales) et pratiquement tous les virus.

Filtres à sable lents

Le dessin montre un filtre à sable classique. L'eau sale doit s'écouler dans la partie supérieure de la cuve sans perturber le schmutzdecke (couche de boue qui se forme sur le dessus du sable au bout de quelques jours et contient des bactéries bénéfiques). Il devrait y avoir une profondeur d'eau suffisante au-dessus du sable afin que suffisamment de pression pousse l'eau sale à travers le film biologique , le lit filtrant et dans le gravier de support. Cette profondeur devrait idéalement être d'environ 2-3 mètres (7-10 pieds), même si 1,5 mètres (4 pieds) devraient également permettre au filtre de fonctionner correctement. Cette profondeur dépend des propriétés du sable et de la porosité du film biologique. Le niveau maximum de l'eau peut être contrôlé en utilisant un flotteur et une vanne de commande ou par le maintien du levier de l'eau près de la ligne de débordement. Important: la filtration doit être continue, le sable doit toujours être submergé et le film biologique protégé des rayons du soleil et de fortes différences de température.

La profondeur de sable (lit filtrant ) a une forte influence sur l'efficacité de la filtration et doit être au moins (minimum) 75 cm / 1 m (30 " - 40") .

Les propriétés du sable sont définies avec le diamètre des grains et les propriétés ES (taille effective) et UC (coefficient d'uniformité ). Pour le filtre à sable lent, le sable doit être très fin ( 0,1 à 0,35 mm de diamètre ) ES est typiquement 12 à 40 mm (0,5 " à 1,6 " ) et l'UC doit être inférieur à environ 2,5.

Les taux typiques de traitement de l'eau dans les filtres à sable lents sont environ 2,5 m3 / [m2 de filtre coupe zone - jour] = environ 0,1 m / heure (0,33 m / h). Le taux de filtration peut être déterminé par un débitmètre sur le robinet de sortie. Sauf si l'eau brute est particulièrement bien traitée à environ 20 unités de turbidité, ce chiffre devrait être maintenu, sauf si une désinfection post-ssf très fiable est en place. Une turbidité élevée de l'eau (beaucoup de particules dans l'eau) brute va bloquer le filtre à sable rapide, raccourcir le temps entre les nettoyages et l'abaissement de la qualité de l'eau. Il peut aussi raccourcir la durée de vie du filtre extrêmement de plusieurs mois à quelques jours. L'eau brute devrait être pré-traitée, par exemple avec un filtre horizontal d'ébauche qui permet de réduire la turbidité d'une moyenne d'environ 200 unités, avec des pics occasionnels à court terme à environ 1000, à environ 20.

La réduction de la turbidité peut également se produire grâce à des étangs ou des bassins de sédimentation avec de l'eau flottante. Le film biologique est une couche où les processus bactériologiques et physiques se produisent, la principale étant que la plupart des matières en suspension est enfoncée dans une couche fine et dense dans lequel les pores peut être inférieure à un micron. L'épaisseur de cette couche augmente avec le temps jusqu'à ce que les débits deviennent très petites, à ce stade, il est habituellement d'environ 25 mm (1 "). C'est le moment où une couche du filtre doit être enlevée.

Les bactéries et les virus sont piégés dans le film biologique (schmutzdecke). L'activité bactérienne et biologique maximise dans le film biologique mais continuera jusqu'à 20 cm de profondeur dans le lit du filtre à sable. Un certain niveau minimum d'oxygène dissous doit être présent pour soutenir les actions aérobies qui se produisent dans le lit. Après l'installation initiale du filtre à sable, la formation du schmutzdecke et l'activité bactérienne / biologique prendra quelques jours ou quelques semaines en fonction de la température ambiante. Pendant cette période, l'eau traitée est impropre à la consommation humaine et ne doit pas être bue ou alors elle doit être filtrée dans un autre filtre ou être désinfectée avec d'autres moyens. Les tests de qualité de l'eau doivent être effectués à intervalles réguliers jusqu'à ce qu'un niveau requis soit atteint.


Nettoyage du filtre

Quand l'écoulement de l'eau propre devient très faible, le filtre à sable doit être nettoyé. Retirez soigneusement environ 25 mm (1") de la couche supérieure qui comprend la plupart du schmutzdecke existant, avec de larges pelles à fond plat après la chute du niveau de l'eau, légèrement au-dessous. En plein soleil chaud cela doit être fait le plus rapidement possible pour éviter le dessèchement et des dommages à la matière biologique dans la couche supérieure qui sera la base du nouveau film biologique. Lorsque le filtre est remis en marche, l'eau traitée ne doit pas être consommée jusqu'à ce que le niveau de qualité requis soit à nouveau atteint. Cela prend plusieurs jours.

Lorsque la profondeur du lit de sable aura été réduite par les procédés de nettoyage à environ 0,75 m (30 "), la profondeur initiale doit restaurée par l'ajout de sable neuf. Parce que le sable neuf n'aura pas d' activité biologique, le processus est accéléré pour enlever et jeter le film biologique, puis les 20 premiers centimètres du lit existant sont retirés et conservés pour être ré-utilisés sur le dessus du sable neuf. Cela sert à restaurer rapidement l'activité biologique pour le nouveau schmutzdecke. On ne devrait pas laisser sécher le sable du lit existant. Celui-ci devrait être mis en place aussi vite que possible.


Difficultés

  • Lorsqu'il est utilisé pour une grande quantité d'eau, le filtre à sable lent a besoin de grandes quantités de terres, en raison des taux de filtrage faible (10 pour cent des taux de filtrage autorisés par filtration rapide).
  • En raison de la lenteur, l'eau propre doit être stockée dans des récipients propres et protégés de la lumière pour éviter la prolifération des algues et de la poussière, ceci pour s'adapter la demande de pointe.
  • Un grand soin dans le fonctionnement et l'entretien, en particulier en ce qui concerne le film biologique qui nécessite un certain temps pour se former. L'eau traitée ne peut pas être considérée comme sûre jusqu'à ce qu'elle soit passée à travers le système tandis que le film biologique se forme doit être parcouru à jeté.
  • En formant le premier filtre, le sable doit être placé dans le réservoir rempli d'eau ou être rempli d'eau par le bas, afin d'éviter la formation de poches d'air dans le lit de sable.
  • Dans les régions à forte concentration d'arsenic dans l'eau souterraine, des mesures spéciales s'appliquent! L'eau entrante doit être oxygénée (principe de la cascade ou aspersion) lorsqu'elle est versée dans le filtre, et être régulièrement évacuée complètement du récipient de filtre pour arrêter l'activité des bactéries! Pour une meilleure élimination de l'arsenic, l'addition d'un lit de clous de fer au-dessus peut être nécessaire, surtout si l'eau a une basse concentration de fer.

Voir: http://www.arsenic.eawag.ch
Ngai, T.; Walewijk, S. (2003) The Arsenic Biosand Filter (ABF) projet: conception d'un filtre à eau potable pour les ménages approprié pour le Népal rural. Rapport final. Massachusetts Institute of Technology et l'Université de Stanford, Etats-Unis.

Histoire d'une réussite

Nous avons construit un de ces filtres à sable avec une couche de matériaux biologiques essentiellement recyclés, l'avons utilisé pendant 3 semaines et avons testé l'eau. (voir le lien vers le site ci-dessous, dans la section "liens" pour voir les détails des tests et plus. La section "plans, illustrations et posters" contient quelques photos). Le filtre a retiré 100 pour cent des bactéries E. Coli, coliformes et des bactéries coliformes fécales. Ces filtres fonctionnent bien. Ce système ne produit pas de résidus des bouteilles en plastique, et pour le prix que vous souhaitez payer pour quatre ou cinq caisses d'eau en bouteille de "haute qualité", vous pouvez probablement construire ce filtre. Si vous achetez toute l'année de l'eau embouteillée, vous pouvez facilement payer pour la batterie, la pompe, les fûts de stockage et le filtre pour moins que ce qu'il vous en coûterait pour l'eau achetée en bouteille. Puis tout votre eau est gratuite. Mais vous n'avez même pas besoin de la pompe ou de la batterie. Si vous vivez dans l'un des nombreux domaines des États-Unis qui connaissent maintenant 50 ou 100 sécheresses par année, vous pouvez envisager sérieusement de le construire et s'il est prêt pour la première pluie, vous aurez toute l'eau nécessaire pour votre consommation ou pour arroser vos fleurs ou pour laver votre voiture, etc. N'oubliez pas que l'eau doit être distribuée à travers le filtre pendant au moins 3 semaines avant qu'elle soit bonne à boire. Tous les produits chimiques que vous avez mis sur votre toit seront dans l'eau que vous collectez. (ces produits chimiques finissent par se retrouver dans l'eau de toute façon parce qu'ils s'écoulent de votre toit dans le sol et, éventuellement dans une rivière ou un aquifère). Un toit de 1800 pieds carrés permettra de recueillir plus de 2200 litres d'eau avec 2 pouces de pluie. Si vous avez 6 descentes également espacés chacun livrera plus de 300 litres d'eau. Vous n'avez pas besoin d'un diplôme pour comprendre comment faire attention et comment faire fonctionner un de ces filtres. Le fonctionnement de base est simple. L'écosphère nettoie l'eau avec les processus naturels de la même manière que ces filtres. Le biofilm qui se développe sur le sable forme une barrière vivante qui détruit la plupart des bactéries et seule l'eau passe à travers eux. Ces filtres sont utilisés en Europe intensivement pour l'approvisionnement en eau public.


Attention: savoir exactement ce qui est dans le sable utilisé dans le filtre. Le sable peut contenir différentes sortes de contaminants, dont certains très dangereux.

Plans, illustrations, posters

Filter drawing rev2.jpg
This is a drawing of the filter
Complete biosand.jpg
This is a picture of the outside details
Inside baffle pipes.jpg
This is a picture of the baffle pipes that keep the incoming water from disturbing the biolayer on top of the sand inside.
Baffle detail.jpg
Detail of the baffle pipes

Recirculate water.jpg
The added convenience of a recirculation system.

Contacts

Links

Bibliography

The Davnor BioSand Water Filter
Manual of Design for Slow Sand Filtration
Slow Sand Filtration, Huisman L. and Wood, W.E., WHO 1974

"Houshold Sand Filter for Arsenic Removal, an option to mitigate arsenic from iron-rich groundwater"
Techical report, EAWAG, S.Luzi, M.Berg, P.T.K.Trang, P.H.Viet, R.Schertenleib, Hanoi, 2004
www.arsenic.eawag.ch

Ngai, T.; Walewijk, S. (2003) "The Arsenic Biosand Filter (ABF) project: design of an appropriate household drinking water filter for rural Nepal. Final Report." Massachusetts Institute of Technology and Stanford University, USA.

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