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19 La formule de Darcy, précisée par la formule de Kozeny-Carman, permet de calculer la perte de charge dans un milieu filtrant en fonction de différents paramètres tels que la vitesse de filtration, la viscosité de l\'eau, la hauteur de la couche filtrante et la conductivité hydraulique du milieu f...

19 La formule de Darcy, précisée par la formule de Kozeny-Carman, permet de calculer la perte de charge dans un milieu filtrant en fonction de différents paramètres tels que la vitesse de filtration, la viscosité de l\'eau, la hauteur de la couche filtrante et la conductivité hydraulique du milieu filtrant. La viscosité de l\'eau est inversement proportionnelle à la température, ce qui signifie qu\'une eau plus froide aura une viscosité plus élevée et créera une perte de charge plus importante.\ \ Cependant, ces formules s\'appliquent à des milieux filtrants homogènes et propres. En réalité, lorsqu\'un liquide contenant des matières en suspension percole à travers le milieu filtrant, le colmatage progressif de ce dernier influence ses caractéristiques. Dans les filtrations en profondeur, le colmatage en profondeur diminue la porosité du lit filtrant, augmentant ainsi la perte de charge. Dans les filtrations en surface, le colmatage en surface forme un gâteau de filtration qui diminue la porosité de la couche filtrante et entraîne une augmentation de la perte de charge.\ \ Un exemple de filtre à sable monocouche est donné avec des ordres de grandeur pour différents paramètres. Il est mentionné que la perte de charge dépend également de la température de l\'eau utilisée. Une eau plus froide entraînera une perte de charge plus importante qu\'une eau plus chaude.\ \ Enfin, la perte de charge maximale est déterminée par la charge hydraulique disponible et par la nécessité de maintenir la qualité de l\'eau filtrée tout au long du cycle de filtration. 21 Lorsqu\'un filtre est utilisé pour la séparation de particules, il se produit trois mécanismes importants : la capture, la fixation et le détachement.\ \ Le mécanisme de capture se produit de deux façons : le tamisage mécanique et la rétention dans les espaces intergranulaires. Le tamisage mécanique se produit lorsque les particules plus grandes que les pores du filtre sont retenues à sa surface. La rétention dans les espaces intergranulaires se produit lorsque de petites particules sont piégées dans les pores du matériau filtrant ou sur des particules déjà déposées.\ \ La fixation des particules se produit lorsque les particules sont attachées à la surface du matériau filtrant. Cela se produit en raison de forces physiques et d\'adsorption. Un faible débit d\'écoulement favorise la fixation des particules.\ \ Sous l\'effet de la capture et de la fixation, l\'espace entre les particules déjà déposées diminue, ce qui augmente la vitesse d\'écoulement intergranulaire. Cela peut entraîner le détachement des particules déjà retenues, qui peuvent être entraînées plus en profondeur dans le filtre ou même dans le liquide filtré.\ \ Il est important de comprendre ces mécanismes pour concevoir et utiliser efficacement des filtres, afin d\'assurer une filtration optimale et de maintenir la qualité de l\'eau filtrée. 23 Le colmatage désigne l\'obstruction d\'un système filtrant, influencé par la nature des matériaux à filtrer, la vitesse de filtration, et les caractéristiques du milieu filtrant. Il nécessite un lavage pour restaurer la capacité du filtre, avec des cycles de filtration définis entre chaque lavage. Le colmatage peut être de surface ou en profondeur, ce dernier étant plus souhaitable pour une utilisation efficace du filtre. La fluidisation du lit filtrant, utilisée principalement dans les filtres à lit profond, permet aux particules de se comporter comme un fluide, améliorant l\'efficacité de la filtration mais nécessitant une gestion de la vitesse du liquide pour maintenir l\'intégrité du filtre. Ces concepts sont cruciaux pour le maintien et l\'optimisation des systèmes de filtration. 25 La filtration en profondeur implique l\'utilisation de filtres variés pour purifier l\'eau, installés dans des structures en béton ou en acier. Elle se décline en plusieurs méthodes :\ \ - \*\*Filtre à flux descendant\*\* : Utilise plusieurs couches de matériaux filtrants, avec un fonctionnement et des lavages automatisés. Il est adapté à la distribution équilibrée de l\'eau et à l\'évacuation des eaux boueuses.\ \ - \*\*Filtre à flux ascendant\*\* : L\'eau circule de bas en haut. Bien que ce système favorise une distribution homogène et réduise la perte de charge, il présente un risque de percement. Pour éviter cela, on préfère souvent le filtre à sable à fonctionnement continu.\ \ - \*\*Filtre à fonctionnement continu (type DynaSand)\*\* : Opère en continu, avec un mouvement de sable à contre-courant de l\'eau, permettant une filtration efficace sans interruption pour le lavage.\ \ Chaque système est choisi en fonction des besoins spécifiques du traitement de l\'eau, visant à maximiser l\'efficacité tout en minimisant les risques et pertes. 27 Le choix du lit filtrant pour le traitement des eaux dépend de la nature de l\'eau à filtrer, de la qualité de l\'eau souhaitée, du type de filtre utilisé, et de la perte de charge disponible. Les matériaux filtrants varient, incluant sable, anthracite, argile expansée, charbon actif, et d\'autres spécifiques comme le granulé de verre, les oxydes de manganèse, ou la zéolite, choisis selon la qualité de filtrat désirée et les polluants à éliminer. Pour les filtres DynaSand, le sable doit répondre à des critères stricts de granulométrie et de composition. Le choix du matériel filtrant est crucial pour assurer une filtration efficace et répondre aux exigences de qualité de l\'eau. 29 Le résumé des caractéristiques importantes de la granulométrie et de la forme des grains dans le contexte du traitement de l\'eau est le suivant :\ \ - \*\*Granulométrie\*\* :\   - \*\*Taille effective (D10)\*\* : Indique la taille des plus fines particules, permettant de comprendre que 90% des grains sont plus gros que cette taille.\   - \*\*Coefficient d\'uniformité\*\* : Un indicateur de l\'homogénéité des tailles de grains dans l\'échantillon, idéalement inférieur à 1.5. Calculé par le rapport D60/D10.\   - L\'objectif est de minimiser la présence de grains fins pour réduire l\'effet de filtration de surface et la perte de fines particules.\ \ - \*\*Forme des grains\*\* :\   - Les matériaux anguleux comparés aux grains ronds permettent une meilleure qualité d\'eau filtrée avec une taille effective réduite.\   - Les grains anguleux favorisent une porosité plus élevée et une moindre augmentation de la perte de charge, grâce à des sections de passage plus grandes pour l\'eau.\ \ Ces critères influencent directement l\'efficacité de filtration et la qualité de l\'eau traitée, jouant un rôle crucial dans la sélection des matériaux pour les systèmes de filtration. 31 - \*\*Friabilité\*\* : Il ne faut pas choisir un matériau trop friable pour les filtres à flux descendant car il se désintègre facilement et obstrue le filtre. La norme NF EN 12902 est utilisée pour évaluer la friabilité.\ - \*\*Perte à l\'acide\*\* : Les matériaux doivent résister à une solution d\'acide chlorhydrique à 20% sans perdre plus de 2% de leur poids, favorisant l\'usage de sables de quartz. La norme NF X45-401 permet de mesurer cette perte ainsi que les masses volumiques apparente et réelle.\ - \*\*Masses volumiques apparente et réelle\*\* : La première est le rapport entre la masse des grains et leur volume total (solide, pores, espace intergranulaire) et la seconde est le rapport entre la masse et le volume réel des grains. Elles sont calculées via des mesures spécifiques en laboratoire.\ - \*\*Loi de Stokes\*\* : Elle explique comment la taille et la densité des particules influencent leur vitesse de chute dans un fluide, ce qui est crucial pour le processus de lavage et de classification des matériaux dans les filtres à eau. 33 Renouvellement des médias filtrants dans le traitement des eaux usées, soulignant l\'importance de remplacer ces médias lorsque leur efficacité diminue, comme indiqué par une augmentation de la fréquence de lavage, une dégradation de la qualité de l\'eau traitée, ou une diminution de la hauteur du média filtrant. Il mentionne des exemples spécifiques de stations de traitement où le sable est remplacé tous les 10 ans ou complété suite à des pertes, et souligne la nécessité d\'une analyse granulométrique pour assurer une séparation efficace entre différents types de médias filtrants. Pour les filtres à charbon actif, un renouvellement régulier est nécessaire, avec des précautions pour éviter l\'abrasion lors du remplissage. Le texte met également en avant l\'importance de procédures adaptées pour le remplissage des filtres, comme l\'introduction d\'eau pour éviter l\'abrasion du matériau neuf. 35 Les filtres bi- ou multicouches utilisent une combinaison de matériaux à différentes granulométries et densités, organisés en couches, pour améliorer la filtration des impuretés. La couche supérieure, composée de matériaux légers comme l\'anthracite ou l\'argile, sert de finition et de sécurité, tandis que la couche inférieure, principalement du sable, assure la filtration principale. La sélection de la granulométrie est cruciale pour une expansion et reclassification efficaces des couches pendant le lavage. Le matériel filtrant est supporté soit par une couche de gravier, soit par un plancher garni de buselures ou drainant, en fonction de sa taille. La qualité du plancher filtrant est essentielle pour une distribution homogène des fluides, une résistance aux efforts mécaniques et une durabilité sans maintenances fréquentes. 37 Le plancher à buselures, aussi appelé plancher crépiné, est un système de filtration monolithique en béton armé, doté de buselures qui empêchent le passage du matériau filtrant tout en permettant l\'écoulement de l\'eau. Ce système se caractérise par sa construction simple, l\'absence de joints pour une meilleure étanchéité, et la formation d\'un coussin d\'air sous le plancher lors du lavage pour une distribution uniforme des fluides.\ \ De son côté, le plancher drainant, adapté à différentes granulométries et à des vitesses de filtration élevées, est composé d\'inox, garantissant sa durabilité. Contrairement au plancher à buselures, il ne possède pas de cavité sous le plancher, ce qui permet de réduire les coûts et l\'espace nécessaire. L\'eau filtrée est dirigée vers un canal en fond de filtre, puis vers un système de régulation, optimisant ainsi l\'efficacité de la filtration. 39 Les filtres en profondeur servent à éliminer les matières en suspension, le phosphore (particulaire et dissous), le COD, et à traiter biologiquement l\'eau, notamment par nitrification résiduelle. Ils peuvent également dégrader les sous-produits d\'oxydation et adsorber ou retenir les micropolluants grâce à l\'utilisation de charbon actif (en poudre ou en grains). Les performances des filtres peuvent varier selon le type d\'eau traitée mais restent similaires entre les filtres à fonctionnement continu et discontinu. Les filtres dont la fonction principale est l'élimination du phosphore sont réalisés après une étape de pré- précipitation, après une précipitation simultanée ou après une étape d'élimination biologique du phosphore. Généralement, ces filtres sont dimensionnés comme filtres multicouches avec une vitesse de filtration de max. 15 m/h (6 à 8 m/h par temps sec). Avec des valeurs de phosphore en entrée de 1 mg/L, des concentrations en sortie de 0.2 mg/L de phosphore peuvent être atteintes. 41 Le dimensionnement des procédés de filtration implique la prise en compte de la hauteur du lit filtrant et de la vitesse de filtration. Dans les filtres à fonctionnement continu, la perte de charge due au sable est d\'environ 100 cm, tandis que la perte de charge due au colmatage du filtre est de quelques dizaines de cmCE. Pour les filtres à flux descendant, une hauteur d\'eau suffisante au-dessus du lit filtrant est nécessaire pour maintenir une pression positive lorsque le matériau est encrassé. Une hauteur d\'eau élevée (1 à 2 m) permet d\'obtenir une perte de charge suffisante pour des couches de sable d\'une épaisseur de 1 à 1.2 m.\ \ La perte de charge maximale admissible dépend de la configuration du filtre et de la hauteur d\'eau disponible en amont, et est fixée par le fournisseur de l\'installation. Dans le cas de la filtration lente sur sable, une vitesse de filtration de 0.1 à 0.2 m³/h/m² est utilisée pour favoriser le développement d\'une membrane biologique qui dégrade la matière organique.\ \ Une hauteur d\'eau importante permet une perte de charge maximale admissible plus élevée, tandis qu\'une faible hauteur d\'eau peut entraîner un colmatage de surface et une dépression dans le filtre. 43 Dans le cas des filtres à fonctionnement continu, la surface du filtre dépend du diamètre de la tête de filtre choisie et du nombre de têtes nécessaires, il n\'y a donc pas de surface typique. Cependant, les filtres à flux descendant ont généralement une surface de 20 à 50 m². Les filtres à lit profond (à flux ascendant ou descendant) ont une emprise au sol similaire pour un même débit, tandis qu\'un filtre à fonctionnement discontinu nécessite plus d\'espace en raison de l\'utilisation de bâches et de pompes. Il est recommandé d\'avoir au moins 4 cellules filtrantes pour assurer un fonctionnement continu, où le débit total doit passer sur n-1 cellules (n étant le nombre de cellules). 45 Dans une filtration, il est essentiel de garantir une répartition hydraulique équilibrée pour éviter un sur-débit sur l\'une des cellules filtrantes. Les filtres à fonctionnement continu, comme le DynaSand, utilisent des lames déversantes pour assurer cette répartition régulière du débit. Ces filtres se colmatent progressivement, ce qui entraîne une augmentation du niveau d\'eau pour compenser la perte de charge supplémentaire. Des lavages sont déclenchés grâce à une mesure de niveau.\ \ Les filtres à encrassement, quant à eux, réalisent une répartition du débit en fonction du degré de colmatage. L\'eau chute d\'une hauteur variable à l\'entrée des filtres, et lorsque le filtre est propre, le niveau d\'eau est maintenu par un déversoir. Au fur et à mesure du colmatage, le niveau d\'eau augmente jusqu\'au plan d\'eau d\'alimentation. Cette augmentation permet de maintenir un débit constant, même avec un filtre partiellement colmaté. Les filtres à encrassement sont simples et robustes, mais il existe un risque de bris de flocs.\ \ En résumé, la répartition hydraulique dans une filtration est cruciale pour assurer un débit régulier et éviter les sur-débits. Les filtres à fonctionnement continu utilisent des lames déversantes et se colmatent progressivement, tandis que les filtres à encrassement réalisent une répartition en fonction du colmatage. 47 Les filtres à compensation de charge sont utilisés pour maintenir un niveau d\'eau constant sur les filtres, indépendamment du débit de l\'eau filtrée. Chaque filtre est équipé d\'une sonde de niveau et d\'une vanne de régulation en sortie. Lorsque le filtre est propre, la vanne est partiellement fermée, créant une perte de charge nécessaire pour maintenir le niveau d\'eau constant. En cas de colmatage, la vanne s\'ouvre pour réduire la perte de charge. Si le niveau d\'eau atteint un seuil prédéfini, le filtre se met en lavage. Les filtres à compensation de charge offrent une stabilité de la qualité de l\'eau traitée et une fiabilité d\'exploitation même en cas de débit variable. 49 Les filtres fonctionnent par cycles de filtration suivis d\'un lavage. La durée de ces cycles est limitée par la perte de charge, mais les lavages sont également programmés à intervalles réguliers. Les seuils de déclenchement des lavages dépendent de plusieurs paramètres. Les cycles de filtration peuvent être suivis en mesurant la perte de charge, la turbidité et la pression.\ \ Lors de la remise en service d\'un filtre lavé, il est important d\'éviter de suralimenter le filtre. Une répartition équilibrée en amont ou en aval assure la meilleure qualité de l\'eau filtrée. Dans certains cas, il peut être utile de recirculer les premières eaux filtrées plus chargées en tête de station d\'épuration.\ \ La capacité de rétention d\'un filtre, c\'est-à-dire sa capacité à retenir les matières en suspension, est un facteur clé dans la conception d\'un filtre. Les matières en suspension se logent entre les grains du matériau filtrant, limitant ainsi le volume utilisable pour l\'écoulement de l\'eau. La capacité de rétention dépend de la granulométrie du matériau filtrant et de la perte de charge prévue. 51 1. Lavages par mise en expansion à l\'eau seule : Ce type de lavage utilise un débit d\'eau élevé pour mettre le matériau filtrant en mouvement et décoller les impuretés accumulées. Cependant, il peut entraîner la formation de \"mud-balls\" et une moins bonne finition de l\'eau filtrée.\ \ 2. Lavages sans mise en expansion, à l\'air et à l\'eau simultanément : Ce type de lavage utilise un faible débit d\'eau et de l\'air comprimé pour agiter vigoureusement le matériau filtrant. Il évite la formation de \"mud-balls\" et permet d\'évacuer les impuretés avec les eaux boueuses.\ \ 3. Lavages à l\'air et à l\'eau utilisés successivement : Ce type de lavage est utilisé lorsque le matériau filtrant ne peut pas être lavé simultanément avec de l\'air et de l\'eau. Dans la première phase, l\'air est utilisé pour détacher les impuretés, puis dans la deuxième phase, un fort débit d\'eau est utilisé pour mettre en expansion le matériau filtrant et éliminer les impuretés détachées.\ \ Il existe également deux systèmes d\'évacuation des eaux boueuses : par surverse, où les eaux boueuses sont évacuées dans un canal, et avec clapet, où un clapet situé au-dessus du lit de média filtrant est ouvert pour évacuer les eaux boueuses. Chaque système a ses avantages et inconvénients en termes de volume d\'eau de lavage et de risque de pertes de matériau filtrant. 53 Un programme de lavage pour un filtre à lit profond comprend plusieurs phases. Tout d\'abord, le niveau d\'eau est abaissé en vidant le filtre jusqu\'au bord supérieur du média. Ensuite, de l\'air est injecté pour décompacter le matériau du lit filtrant. Cette étape est suivie d\'une injection d\'air associée à un contre-courant d\'eau, où une pompe de rétrolavage est utilisée pour détacher les particules solides du lit filtrant. Ensuite, un processus de rétrolavage est effectué, où la soufflante s\'arrête et la pompe de rétrolavage fonctionne à une vitesse élevée pour éliminer les particules et les eaux boueuses. Une fois la durée de rétrolavage écoulée, la pompe de rétrolavage s\'arrête et le filtre est prêt à être utilisé à nouveau. Dans le cas d\'un filtre à lit profond avec canal d\'évacuation des eaux boueuses, des équipements spécifiques sont nécessaires. Pour un filtre multicouche, une phase supplémentaire de classement et de séparation des couches est nécessaire. 55 Le lavage des filtres à fonctionnement continu est déclenché lorsque la perte de charge augmente. Pendant le lavage, le sable sale est extrait de la base du filtre et transporté vers le sommet, où il est lavé à contre-courant avec une proportion d\'eau filtrée. Les particules en suspension sont évacuées avec l\'eau de lavage. Le sable nettoyé est ensuite ramené à la surface du lit filtrant pour être réutilisé. La séquence de lavage comprend une phase de détassage du sable avant le lavage proprement dit. Si la perte de charge n\'est pas suffisamment réduite, le lavage recommence. Il est possible de mettre en place un \"mode prioritaire\" où les filtres passent en lavage continu pour éviter un colmatage simultané. Deux types de systèmes de lavage sont utilisés : les collecteurs de retour d\'eau seule et les dispositifs à matelas d\'air, qui permettent un lavage à l\'eau et à l\'air. 57 Les filtres à fonctionnement discontinu nécessitent des lavages réguliers déclenchés par des indicateurs de colmatage. La fréquence des lavages dépend de la qualité de l\'eau et la consommation d\'eau par lavage est d\'environ 4 à 10 m³ par m² de surface filtrante. Ces filtres nécessitent également des bassins d\'eau traitée et d\'eaux sales pour la gestion des eaux de lavage.\ \ En revanche, les filtres à fonctionnement continu, comme le filtre DynaSand, ont un système de gestion automatique de la consommation d\'eau de lavage. La pompe est arrêtée à intervalles réguliers lorsque la charge en particules est faible, ce qui permet d\'économiser de l\'eau. Lorsque le colmatage augmente, le lavage en continu est activé pendant un certain temps. La consommation d\'eau de lavage pour ces filtres est généralement inférieure à 5% du débit traité. De plus, ils n\'ont pas besoin de bassins d\'eau de lavage ou d\'eau boueuse.\ \ En résumé, les filtres à fonctionnement discontinu nécessitent des lavages réguliers avec une consommation d\'eau plus importante, tandis que les filtres à fonctionnement continu réduisent la consommation d\'eau de lavage grâce à un système de gestion automatique et ne nécessitent pas de bassins d\'eau de lavage ou d\'eau boueuse. 59 En résumé, le suivi en exploitation et maintenance des filtres consiste à surveiller plusieurs paramètres importants. Ces paramètres comprennent les pertes de charges, la performance du filtre et le temps de fonctionnement entre les lavages. Pour les filtres à fonctionnement discontinu, des contrôles supplémentaires sont recommandés, tels que la vérification du déroulement du programme de lavage, de l\'état de la surface des filtres, de la construction et de l\'état de fonctionnement complet, ainsi que des chambres d\'eau traitée. Il est également essentiel de vérifier régulièrement le niveau du média filtrant et de réaliser une analyse granulométrique pour vérifier la répartition granulométrique. L\'ensemble de ces contrôles permet de s\'assurer du bon fonctionnement et de l\'efficacité des filtres. 61 Le filtre DynaSand par lavages intermittents est un système qui permet de contrôler les pertes de charge et de vérifier l\'efficacité du lavage. Plusieurs paramètres doivent être surveillés régulièrement, tels que les chutes de pression, le débit d\'air, la pression d\'air, la vitesse de chute du sable dans le filtre, le débit de l\'eau de lavage et la qualité du filtrat. La hauteur de la matière filtrante doit être mesurée et ajustée si nécessaire. Pour assurer le bon fonctionnement du filtre, il est recommandé de faire des maintenances régulières, notamment en contrôlant l\'intégrité du tuyau d\'air et en le remplaçant périodiquement. Ces mesures permettent de détecter d\'éventuels problèmes de colmatage ou d\'inefficacité du système. 67 La filtration en surface est une méthode utilisée pour éliminer les particules présentes dans l\'eau. Elle peut être réalisée à l\'aide d\'un support mince, tel qu\'un tissu métallique, plastique, textile ou en papier, ou avec des éléments filtrants comportant des orifices réguliers. Différentes techniques de filtration en surface existent, telles que la filtration sur toile, sur cartouche ou membranaire, qui se distinguent par leur seuil de coupure, c\'est-à-dire la taille maximale des particules qu\'elles peuvent retenir.\ \ Le pouvoir de coupure d\'un filtre est déterminé par la taille des mailles du support utilisé. Au fur et à mesure de son utilisation, les particules tamisées peuvent obstruer partiellement les mailles, ce qui permet au filtre de retenir des particules de taille inférieure à son seuil de coupure initial. Cependant, les particules déformables, comme les flocs bactériens, peuvent passer à travers les mailles même si elles sont plus grandes que le seuil de coupure.\ \ En fonctionnement gravitaire, les filtres en surface ont généralement une faible perte de charge, de l\'ordre de quelques dizaines de centimètres d\'eau. Cependant, il convient de faire attention aux pressions trop élevées lors du fonctionnement ou du lavage des filtres à toile, car cela peut entraîner leur déchirement. Il est donc important de maintenir une pression appropriée pour assurer le bon fonctionnement du filtre. 69 Les filtres à toile en \"peluche\" sont utilisés dans le traitement tertiaire de l\'eau. Ils sont constitués de toiles filtrantes avec une maille de base d\'environ 800 um. Les particules ne sont pas retenues par la maille, mais par les fibres en polyester qui forment des \"peluches\". Ce type de filtration en \"3D\" permet d\'obtenir un effet de profondeur. Le pouvoir de coupure de ces filtres est équivalent à un maillage de 8 à 10 um d\'un tamis.\ \ En comparaison, les filtres à toile composite \"classiques\" ont un seuil de coupure de 10 à 30 um. Dans le traitement secondaire, le maillage utilisé est plus grossier, généralement de 40 à 60 um, pour traiter des concentrations en matières en suspension d\'environ 200 mg/L, en combinaison avec un traitement physico-chimique.\ \ Les filtres à toile en \"peluche\" et les filtres à toile classiques ont des procédures de mise en œuvre différentes, mais le principe général de fonctionnement est le même : l\'eau passe à travers les toiles filtrantes lorsque le filtre est à l\'arrêt. Lorsque les toiles se colmatent, le niveau d\'eau augmente et le filtre se met en rotation pour démarrer le processus de lavage. Pendant les périodes de faible débit, les filtres tournent moins souvent car ils se colmatent moins rapidement. 71 Le filtre à disque est constitué de disques recouverts d\'une toile filtrante en polyester et est immergé dans une cuve en béton. L\'eau traverse la toile filtrante, retenant les substances solides, et le filtrat s\'écoule vers une sortie.\ \ Le filtre à tambour rotatif fonctionne de manière similaire. Le tambour, placé sur un axe central creux, sert de collecteur d\'eau filtrée. Les eaux à filtrer s\'écoulent radialement de l\'extérieur vers l\'intérieur du tambour et sont évacuées par le collecteur central. Le colmatage de la toile entraîne une augmentation de la perte de charge et déclenche le processus de lavage de la toile. 73 Le filtre à toile classique et le filtre à disque sont des systèmes de filtration qui utilisent des disques pour retenir les matières en suspension dans l\'eau. Ils fonctionnent en continu et sont nettoyés lorsqu\'une perte de charge maximale est atteinte.\ \ Le filtre à tambour rotatif est similaire, mais utilise un tambour rotatif pour retenir les matières en suspension. Il est également nettoyé lorsque la perte de charge maximale est atteinte.\ \ Les filtres à cartouche sont utilisés pour obtenir une eau de bonne qualité en retenant les particules solides. Ils sont couramment utilisés dans l\'industrie pour l\'alimentation de circuits d\'eau et la protection de membranes. 75 Les filtres à toile classique et les filtres à peluche sont deux types de filtres utilisés pour retenir les matières en suspension dans l\'eau. Les filtres à toile classique sont fabriqués à partir de tissus en polyester et doivent être nettoyés régulièrement avec de l\'acide et de l\'eau de Javel. Ils peuvent durer plusieurs années mais peuvent s\'user prématurément en cas de pression excessive ou de dommages physiques. Les filtres à peluche utilisent des toiles en polyester avec une structure de fibres filtrantes tissées et peuvent atteindre des normes plus strictes pour les matières en suspension. Leur durée de vie dépend de l\'application et du choix de la toile, mais peut être prolongée avec un entretien approprié. Il est important de prendre en compte les caractéristiques des eaux usées traitées et de suivre les recommandations du fabricant pour assurer un fonctionnement optimal des filtres. 77 Les filtres à cartouches sont des dispositifs utilisés pour retenir les particules et substances indésirables dans l\'eau. Ils sont choisis en fonction de l\'objectif recherché, comme la rétention des particules en suspension ou l\'élimination des goûts, odeurs, pesticides, etc. Les cartouches peuvent être en plastique, bobinées, plissées, à charbon actif ou en polyphosphates. Les filtres à cartouches peuvent être consommables ou rétrolavables à l\'eau. La filtration en surface permet d\'éliminer les matières en suspension, sans effet biologique. La filtration sur toile en traitement secondaire nécessite l\'ajout de coagulant/floculant. Les concentrations en matières en suspension pouvant être traitées dépendent du type de filtration utilisé. Les filtres à cartouche peuvent également être utilisés avant une mesure en ligne pour obtenir une eau sans particules. Parfois, plusieurs filtres en série sont nécessaires pour éviter un colmatage rapide. 79 Les filtres à toile sont utilisés en tant que filtration secondaire ou tertiaire dans les systèmes de traitement des eaux. Leur perméabilité est peu influencée par la température. Les filtres à disques en \"peluche\" sont composés de 3 disques ayant une surface de filtration de 5 m². Ils sont plus compacts que les filtres à tambour et sont dimensionnés en fonction de la vitesse de filtration, de la charge surfacique en matières en suspension (MES) et de la charge maximale sur les peluches. Les filtres à tambour en \"peluche\" ont une surface filtrante plus faible par tambour (2, 4 ou 6 m²) et peuvent traiter un débit maximal de 50 m³/h. Les filtres à toile \"classiques\" sont dimensionnés en fonction de la vitesse maximale et de la maille choisie, avec une attention particulière à la perte de charge. 81 Les filtres à toile sont alimentés en continu et le débit est réparti par surverse. Des vannes sont placées à l\'entrée des filtres pour permettre la maintenance et la vidange de la cuve. Un débit minimum de 1 m³/h est nécessaire pour les lavages par temporisation, qui sont déclenchés automatiquement sans interruption du fonctionnement des filtres.\ \ Avec l\'accumulation de matières solides sur la toile du filtre, la résistance hydraulique augmente. Lorsque la différence de niveau atteint un certain seuil, le système de nettoyage est déclenché. En cas d\'encrassement léger, le nettoyage est déclenché périodiquement. Pendant le lavage, la filtration continue.\ \ L\'eau de lavage est évacuée vers une étape de traitement en amont. L\'impact du retour des eaux usées sur les filières d\'eau et de boues est expliqué dans le chapitre 1.4. 83 Lors du lavage des filtres à peluche, la fréquence et la consommation d\'eau dépendent de la charge en matières en suspension (MES) et du maillage du filtre. Un maillage plus grossier nécessite moins de lavages et donc moins d\'eau.\ \ Pour les filtres à disque, le lavage se fait en trois cycles, avec 6 ou 9 disques lavés simultanément. La consommation d\'eau de lavage est d\'environ 2 à 3% du débit filtré.\ \ Les filtres à tambour et les filtres à toile classique fonctionnent de manière similaire, avec une rotation du tambour ou une aspiration sur toute la surface de la toile pour éliminer les boues déposées. Les filtres à tambour offrent un lavage plus efficace car l\'aspiration est uniforme sur toute la surface.\ \ En conditions normales, les filtres sont en lavage environ 50 à 60% du temps, mais en période de pointe, ils peuvent être en lavage jusqu\'à 90 à 100% du temps. Certains filtres tournent en continu pour éviter l\'usure mécanique liée aux démarrages et arrêts fréquents.\ \ En général, les lavages chimiques ne sont pas nécessaires, sauf dans certains cas spécifiques. 85 Le suivi en exploitation et maintenance des filtres à toile comprend des lavages automatiques pour évaluer l\'état du média filtrant. Une augmentation de la fréquence de lavage peut indiquer un colmatage profond, tandis qu\'une diminution peut signaler un perçage de la toile. Des vérifications mensuelles sont effectuées sur les toiles et les buses de lavage pour s\'assurer de leur bon état. Un lavage plus poussé, soit chimique tous les deux mois, soit sous pression à 80 bars tous les deux mois, est également réalisé. Le lavage chimique utilise une solution d\'acide ou d\'eau de javel, tandis que le lavage sous pression élimine les dépôts avec une forte pression d\'eau. 87 - À la STEP de Penthaz, deux filtres à toile de 28 m² chacun ont été ajoutés lors de la rénovation de l\'installation pour compléter la décantation secondaire. Ces filtres ont un seuil de coupure de 10 um et sont automatiquement rétrolavés en cas de colmatage. Un lavage à l\'acide est nécessaire 2 à 3 fois par an pour prévenir le colmatage par le biofilm et le calcaire. Les toiles doivent être remplacées tous les 2 à 3 ans.\ \ - À la STEP de Savigny, des filtres à disques sont utilisés en complément d\'une filière de traitement standard. Ces filtres sont conçus pour respecter des normes de rejet renforcées en raison de la proximité d\'un réservoir d\'eau potable. Les concentrations en MES en sortie de filtre sont maintenues entre 1 et 3 mg/L. En cas de colmatage pendant une augmentation de débit, une partie du débit est déversée. Les toiles doivent être nettoyées régulièrement, notamment par démontage, lavage au karcher, trempage dans de l\'acide, lavage au karcher et remontage. Ce nettoyage est effectué tous les deux mois en été et tous les 6 mois en hiver. 89 Les filtres à cartouche sont utilisés avant les mesures en ligne dans les stations d\'épuration. Cependant, ils peuvent se colmater rapidement si le maillage n\'est pas choisi correctement. Il est recommandé de mettre en série plusieurs filtres pour éviter cela. Même les filtres lavables ont une durée limitée et doivent être remplacés après un certain nombre de nettoyages. Le colmatage rapide des filtres avec du biofilm peut fausser les données, notamment dans le cas de mesures de nitrites en sortie de la biologie.\ \ Il est conseillé de tester le système proposé par un fournisseur avec l\'eau usée spécifique de la station d\'épuration avant d\'acquérir le filtre. À la station d\'épuration du SEPE, des filtres à cartouche en métal sont utilisés pour obtenir des mesures stables en ligne pour le suivi du traitement des micropolluants. Ils sont régulièrement nettoyés manuellement. En revanche, à la station d\'épuration de Neugut, les filtres à cartouche utilisés comme préfiltres avant les sondes UV ont posé des problèmes de maintenance et ont été retirés. Actuellement, les sondes UV fonctionnent correctement grâce à un débit suffisant et à l\'absence de formation d\'algues. 91 Dans le cas d\'une filtration sur sable, les eaux de lavage sont renvoyées en tête de dessableur pour éviter l\'accumulation de sable dans d\'autres parties du système. Les filtres à sable sont lavés toutes les 24 à 48 heures et les eaux boueuses sont stockées dans une bâche d\'eaux sales avant d\'être renvoyées en tête de station d\'épuration. Le volume des eaux de lavage représente environ 7 à 8% du débit d\'entrée de la station.\ \ Le traitement des eaux de lavage peut avoir un impact sur le traitement des boues, car la quantité de matières en suspension augmente avec la filtration. Jusqu\'à 10 mg/L de MES peuvent être retenus en filtration tertiaire, ce qui représente environ 5% de MES supplémentaires par rapport aux concentrations traitées.\ \ Dans le cas d\'une filtration en surface ou d\'un filtre de type DynaSand, les lavages peuvent être effectués de manière continue, réduisant ainsi l\'impact sur l\'hydraulique de la station d\'épuration. La production de boues reste similaire à celle estimée pour une filtration sur sable.\ \ Certains systèmes de traitement spécifiques peuvent être mis en place pour traiter les eaux de lavage, en particulier lors de rénovations de stations d\'épuration, si les eaux boueuses du lavage des filtres représentent une charge supplémentaire importante pour le système existant. 93 Les filtres en profondeur sont robustes, ne nécessitent pas d\'ajustements fréquents et peuvent avoir un effet biologique. Cependant, ils sont plus coûteux et encombrants.\ Les filtres en surface sont plus petits et moins coûteux, mais ne permettent pas d\'obtenir un effet biologique.\ Les filtres sur support offrent des pertes de charge maximales limitées, ce qui peut être avantageux lors de la rénovation d\'une station d\'épuration existante.