Fiche d'Information: Traitement des eaux conventionnel: Coagulation et filtration
Quelle est la méthode conventionnelle pour traiter l’eau?
Beaucoup d’installations de traitement des eaux utilisent la coagulation, la sédimentation, la filtration et la désinfection pour fournir de l’eau potable sûre aux gens. Dans le monde entier, une combinaison de coagulation, sédimentation et filtration est la technologie la plus utilisée pour le traitement de l’eau et est employée depuis le 20e siècle. Pour plus d’informations sur la partie de désinfection du processus de traitement, consultez les fiches d’information Chloration et Traitement des eaux usées.
Qu’est-ce que la coagulation?
Le processus de coagulation implique d’ajouter du fer ou de l’aluminium à l’eau comme du sulfate d’aluminium, du sulfate ferrique, du chlorure ferrique ou des polymères. Ces produits chimiques s’appellent des coagulants et ont une charge positive. La charge positive du coagulant neutralise la charge négative des particules dissoutes et suspendues dans l’eau. Quand cette réaction se produit, les particules s’enlacent ensemble ou se coagulent (ce processus peut également s’appeler floculation). Les particules plus grosses ou plus lourdes se retrouvent rapidement au fond de l’approvisionnement en eau. Ce processus s’appelle la sédimentation. Le diagramme suivant illustre les réactions et les processus de base qui se produisent durant la coagulation.
Le diagramme ci-dessous illustre la durée qui est exigée pour que des particules de différentes tailles se lient ensemble.
Peterson, H. G. 2001. Rural Drinking Water and Waterborne Illness. In: Maintaining Drinking Water Quality, Lessons from the Prairies and Beyond, Proceedings of the Ninth National Conference on Drinking Water. Regina, Saskatchewan, Canada. May 16-18, 2000. Canadian Water and Wastewater Association. W. Robertson (Editor).
Dans une usine de traitement des eaux, lorsqu’un coagulant est ajouté à l’eau, il est rapidement mélangé de sorte qu’il soit distribué partout dans l’eau. L’eau coagulée peut être directement filtrée à l’aide d’un filtre moyen (tel que du sable et du gravier), d’une microfiltration ou d’une membrane d’ultrafiltration, ou elle peut être passée dans un bassin de décantation. Dans un bassin de décantation, les particules lourdes se déposent au fond et elles sont enlevées.
Qu’est-ce qui est enlevé durant la coagulation? Qu’est-ce qui est ajouté?
La coagulation peut enlever un grand nombre de particules organiques. La coagulation peut également enlever les particules suspendues, y compris les précipités inorganiques, tels que le fer. Le carbone organique dissous peut donner à l’eau une odeur et un goût désagréables. Tandis que la coagulation peut enlever des particules et des matières dissoutes, l’eau peut encore contenir des microbes pathogènes. Dans un rapport international édité en 1998, on a constaté que la coagulation et la sédimentation peuvent enlever entre 27 et 84% des virus et entre 32 et 87% des bactéries. Habituellement, les microbes pathogènes sont éliminés de l’eau parce qu’ils sont attachés aux substances dissoutes qui sont éliminées par coagulation. Dans l’image ci-dessous, les coagulants ont été ajoutés à l’eau et les particules commencent à se lier ensemble pour finalement se déposer au fond.
La coagulation n’enlève pas tous les virus et bactéries de l’eau; elle ne peut pas produire de l’eau potable sûre. C’est, cependant, une étape primaire importante dans le processus de traitement de l’eau parce qu’elle enlève des particules, telles que le carbone organique dissous. Ainsi, moins de chlore est nécessaire pour désinfecter l’eau.
Avec des dosages précis et des applications appropriées, les résidus de produits chimiques supplémentaires ne causent généralement pas de problème. Les résidus sont les sous-produits qui restent dans l’eau après que des substances ont été ajoutées. Certains résidus dépendent du coagulant qui est ajouté. Si du sulfate ferrique est employé, du fer et du sulfate sont ajoutés à l’eau. Si du chlorure ferrique est ajouté à l’eau, du fer et du chlorure sont ajoutés à l’eau. Si du sulfate d’aluminium est employé, de l’aluminium et du sulfate sont ajoutés. La majorité des installations de traitement utilisent du sulfate d’aluminium comme produit chimique de coagulation. Généralement, les équipements de traitement des eaux ont un procédé de coagulation installé de sorte que les produits chimiques de coagulation soient enlevés avec la floculation. Cependant, on accepte que les usines de traitement qui utilisent comme coagulant de l’aluminium aient des niveaux plus élevés d’aluminium dans leur eau traitée, mais pas beaucoup. Au Canada, Santé Canada a différentes directives pour les équipements de traitement qui n’utilisent pas comme coagulant l’aluminium (0,1 mg/L).
Qu’arrive-t-il à l’eau durant la filtration?
La deuxième étape lors du traitement de l’eau conventionnel est la filtration. Le système de filtration est composé de filtres de tailles différentes et se compose la plupart du temps de gravier, de sable et de charbon de bois. Le diagramme ci-dessous illustre un filtre fait maison qui se compose de particules de diverses tailles. Le diamètre d’un grain de sable fin est d’approximativement 0,1 millimètre; ainsi, seulement les particules ayant un diamètre de moins de 0,1 millimètre passeront à travers le filtre. Ce filtre ne pourrait pas produire de l’eau potable sûre car beaucoup de contaminants sont beaucoup plus petits que 0,1 millimètre de diamètre (tels que les virus qui peuvent être aussi petits que 0,000001 millimètre de diamètre!).
Il y a deux types de filtration de base par le sable : la filtration lente par le sable et la filtration rapide par le sable. La filtration lente par le sable est un processus biologique parce qu’elle emploie des bactéries pour traiter l’eau. Les bactéries forment une couche sur la partie supérieure du sable et nettoient l’eau pendant qu’elle traverse, en digérant les contaminants dans l’eau. La couche de bactéries s’appelle le biofilm. Des systèmes de filtration lente de sable ont été employés pendant beaucoup d’années. Les premiers systèmes sont apparus à Londres au XIXe siècle. Cependant, ces systèmes exigent de vastes zones de terre pour fonctionner, parce que le débit de l’eau est de 0,1 à 0,3 mètre par heure. En raison de la grande région qui est exigée et du temps de nettoyage, qui ont été développés durant le 20e siècle, les systèmes de filtration rapide par le sable sont beaucoup plus répandus.
La filtration rapide par le sable est un processus physique qui enlève les solides en suspension dans l’eau. Cette filtration rapide est beaucoup plus répandue parce que les filtres de sable rapide ont des débits assez élevés et exigent peu d’espace pour fonctionner. Durant la filtration, le taux d’écoulement de l’eau peut aller jusqu'à 20 mètres par heure. Les filtres sont généralement nettoyés 2 fois par jour.
Filtration rapide sur des espaces nécessaires moins importants. Après que les méthodes de traitement de l’eau conventionnel pour traiter avec succès l’eau de Saddle Lake, le Dr. Hans Peterson a constaté qu’un processus biologique de traitement de l’eau (filtration lente et rapide) pourrait avec succès traiter l’eau et respecter les directives canadiennes pour la qualité de l’eau potable. Pour plus d’informations sur la façon dont l’eau de Saddle Lake a été traitée, consultez la fiche d’information « Ultrafiltration, nanofiltration et osmose inverse ».
La capacité du traitement conventionnel tel que la filtration et la sédimentation par le sable est comparée ci-dessous à différents types de filtration, y compris la microfiltration, l’ultrafiltration, la nanofiltration et l’osmose inverse. Un système de filtration utilisant une membrane peut également s’appeler un filtre de particules. Des particules plus grandes qu’un millimètre de diamètre, comme le gravier et le sable, sont enlevées par le processus de sédimentation. Des particules ayant un diamètre plus grand que 0,1 millimètre, comme le sable fin, sont enlevées par la filtration par le sable. Plus la taille des filtres diminue, plus une grande proportion de matériel est gardée pendant que l’eau traverse le filtre. Une combinaison de plusieurs tailles de filtre est employée. Pour plus d’informations sur les méthodes de filtration, consultez la fiche d’information « Ultrafiltration, nanofiltration et osmose inverse ».
Qu’est-ce qui est enlevé durant la filtration?
Les particules qui sont enlevées de l’eau durant la filtration dépendent de la taille des filtres qui sont utilisés. La filtration lente enlève les bactéries, les virus et les protozoaires et produit essentiellement de l’eau propre. Il est recommandé d’employer un désinfectant comme mesure conservatoire.
La filtration rapide enlève les particules suspendues, comme les bactéries, les virus et les protozoaires. Dans les installations de traitement, la filtration enlève un grand nombre de contaminants, mais exige toujours la désinfection pour produire de l’eau potable sûre. Même si la filtration rapide ne peut pas enlever toutes les bactéries et les virus, c’est une étape importante dans le processus de traitement. La coagulation et la filtration peuvent enlever les matières en suspension et dissoutes, de sorte que la désinfection soit plus réussie avec une quantité réduite de chlore. Pour plus d’informations sur la filtration de l’eau au Népal, consultez la fiche d’information Filtres pour les familles au Népal.
La Fondation de l’Eau Potable Sûre a des programmes éducatifs qui peuvent enrichir les informations trouvées dans cette fiche. Le programme Opération Goutte d’Eau étudie les polluants chimiques et est offert en cours de sciences. Le programme Opération d’Écoulement d’Eau étudie comment l’eau est utilisée, d’où elle vient et combien elle coûte et est offert en cours de sciences sociales, de mathématiques, de biologie, de chimie et de sciences. Le programme Opération de l’Esprit d’Eau présente la situation des Premières Nations et de l’eau, en plus de toutes les questions environnantes. Il est offert en classe d’études amérindiennes et de sciences sociales. Le programme Opération de l’Eau Saine étudie toutes les questions entourant la santé par rapport à l’eau potable au Canada et dans le monde entier. Le programme se consacre entièrement à la santé et est offert en cours de science et science sociale qui collaborent ensemble pour le programme. Finalement, le programme Opération Pollution d’Eau traite de la façon dont l’eau devient polluée et de la façon dont on la dépollue, et est conçu pour les cours de sciences et de sciences sociales qui collaborent pour le programme. Pour avoir accès à plus d’informations sur l’un ou l’autre de nos programmes éducatifs ou pour des fiches d’information supplémentaires, visitez le site web de la Fondation de l’Eau Potable Sûre à www.safewater.org.
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Ressources:
Gouvernement du Canada. 2019, mars. Qualité de l'eau potable au Canada. https://www.canada.ca/fr/sante-canada/services/sante-environnement-milieu-travail/qualite-eau/eau-potable.html
Huisman, L. & Wood, W. E. (1974). Slow sand filtration / L. Huisman, W. E. Wood. World Health Organization. https://apps.who.int/iris/handle/10665/38974
LeChevallier, Mark W, Au, Kwok-Keung & World Health Organization. Water, Sanitation and Health Team. (2004). Water treatment and pathogen control: process efficiency in achieving safe drinking water / Mark W. LeChevallier, Kwok-Keung Au. World Health Organization. https://apps.who.int/iris/handle/10665/42796
Sustainable Sanitation and Water Management. (n.d.). Rapid Sand Filtration. https://sswm.info/sswm-university-course/module-6-disaster-situations-planning-and-preparedness/further-resources-0/rapid-sand-filtration