Sable fluidisé Le filtre (ultime ?)

Le filtre à lit de sable fluidisé
Le filtre biologique ultime ?

Par Christophe Riondy (1999)

 

Dans la lutte perpétuelle qui nous oppose aux nitrites, les deux armes les plus efficaces sont la décantation classique et le filtre semi-humide. Dans les deux cas, leur efficacité est fonction de leur volume. D’où des problèmes de place et d’emplacement.

Une nouvelle technique de filtration est apparue depuis quelque temps: le lit de sable fluidisé. Malheureusement, il est très difficile de trouver des renseignement quantifiés et fiables sur le sujet.

Je vous propose donc de vous en expliquer le principe et de vous fournir un plan pour un construire un à faible coût, car c’est simple à fabriquer mais assez cher dans le commerce (entre 600 et 1000 Fr).

Rappel sur le cycle de l’Azote:

Les organismes biologiques excrètent l’ammoniaque toxique parmi leurs déchets métaboliques… sans compter sur l’ammoniaque supplémentaire produit par la nourriture et toute autre matière organique se décomposant. L’ammoniaque toxique (NH3) est transformée en un autre composé azoté toxique, le nitrite (NO2) par les bactéries Nitrosomonas. Les nitrites sont alors transformées en nitrates (NO3) relativement non toxiques par les bactéries Nitrobacter. C’est la “nitrification”. Un filtre biologique est le siège de la nitrification où les déchets solubles sont retirés.

On se gardera de plus d’oublier que notre eau de conduite n’est pas exempte de ces produits (rares pour NH3 et NO3, beaucoup moins pour NO2) malgré les normes sanitaires.

Le filtre à sable fluidisé:

Une fois les gros déchets retenus par la partie mécanique de la filtration, l’aspect “biologique” entre en jeu: le but est de fournir un substrat pour le développement de nos bactéries et de l’oxygène en grande quantité. C’est à dire la plus grande surface possible (contact avec l’eau) pour le volume minimal. C’est là où le lit de sable fluidisé fait la différence, avec le mouvement perpétuel du lit bactérien, les bactéries colonisant la surface des grains de sable:

Filtre semi humide	pour 1 litre de substrat	surface 0.7 m² (valeur moyenne)
Filtre à lit de sable fluidisé	pour 1 litre de substrat	surface 30 m² (valeur moyenne) !

 

En effet on utilise comme substrat du sable de quartz le plus fin possible pour obtenir une telle surface. On comprend qu’avec 1 L de sable très fin… On concurrence un filtre semi humide de 30L !

Puis on le maintien en suspension dans une colonne d’eau montante avec une pompe pour que toute cette surface soit en contact avec l’eau: le sable devient fluide.

Avantages	Pas de risque de colmatage Pas d’entretien Volume très restreint Pas de risque de fuite Pas de poche anaérobie Il est transportable “vivant”
Inconvénients	L’eau doit arriver “claire” Forte consommation d’oxygène

La construction:

Le plan que je vous propose donne un filtre de 55 cm de haut pour une dizaine de litre, avec une pompe de 800 L/h. Il est TRÈS gros et serait parfait pour un bac de plus de 600 l. Pour le moment, il est testé sur… 200 L ! Un petit tableau plus bas pour adapter le filtre selon la taille du bac.

Passons aux choses sérieuses.

D’abord, faire les courses, il faut, le tout en qualité “alimentaire” si possible:

• de la colle PVC (40 Fr)
• 50 cm de tube PVC transparent diamètre 90 mm (40 Fr)
• 1 m de PVC transparent diamètre 12 mm extérieur (30 Fr)
• un bouchon hémisphérique diamètre 90 mm intérieur (65 Fr)
• un bouchon à vis avec joint torique (30 Fr)
• un manchon (optionnel) s’il faut adapter le bouchon vissé au tube de 90 (10 Fr)
• une perceuse avec un foret de 10 à 11 mm
• du papier de verre
• un chalumeau ou un décapeur thermique, ou à défaut la gazinière de Madame.
• du sable de quartz hyper fin.

soit en gros 220 FRF maximum si vous n’avez rien chez vous.

Pour les achats:

PVC (tuyaux / raccords):
FRANS BONHOMME (un peu partout)
PUM (idem)
les grandes surfaces de bricolage, on y trouve parfois ce qu’on cherche.
PVC transparent…

 

– Commencer par coller (bien poncer les deux parties à coller) le tube de 90, le fond et le manchon.

– Puis, cela sec (5 minutes), coller dessus l’élément bas du bouchon vissé.

 

 

 

– Couper le tube de 12 en deux: 10 cm et le reste. Là c’est plus sioux. Allumer un chalumeau ou un décapeur thermique, ou la gazinière: chauffer doucement les extrémités des deux morceaux de tube (à 4 ou 5 cm du bout) pour les ramollir. Pas trop près de la flamme ni trop longtemps, sinon ça crame (j’ai testé). Couder les tubes (suivant votre besoin) sans les pincer en vous y reprenant en plusieurs fois.
Voilà encore 50 balles de coudes économisés!

– Percer le reste du bouchon à vis (11mm) de 2 trous: un au centre l’autre décalé près du bord. Il faut que nos deux tube y rentrent légèrement en force (on fignole à la lime).

– Couper le plus long des deux morceaux de façon à ce qu’une fois le tout fermé, il touche le fond, sans empêcher la fermeture. Ceci étant fait, percer 3 trous de biais dans le bas de ce tube (voire le plan): cela forcera l’eau à s’écouler de manière turbulente.

 

 

– Coller ce tube au bouchon, en vérifiant bien la longueur.

– Coller ensuite le petit bout coudé restant, pour qu’il affleure juste à l’intérieur du bouchon.

– Laisser sécher tout ça une dizaine d’heure.

 

– Allez boire un Pastis, fier du travail accompli. N’omettez pas de dire à Madame que vous avez encore économisé 600 francs! fini.jpg (3341 octets)

 

 

 

 

– Bon maintenant que ça a l’air solide, il faut tester. Eau dans la baignoire, pompe, tuyau de 12/16, sable.

– On branche tout ça, la sortie de pompe sur le coude du milieu. Ça se rempli… et ça ne fuit pas. D’accord, on vide.

– On va maintenant fluidiser le sable: mettre 6/8 cm de sable dans le filtre, mettre la pompe en route. Boucher avant que ça ne déborde, sinon, soit vous n’arriverez pas à enfoncer le tuyau, soit le sable ne se mettra pas en suspension.

En fait il est tout simple de régler ce problème. S’il ne redémarre pas seul, c’est à
cause du poids de sable à soulever qui est trop grand. On a donc testé 250 bricolages compliqués (dérivation, turbulence accrue…) rien y fait: on a la pression mais pas la vitesse de l’eau qui est en fait le but recherché. Miracle, illumination: si on raccourci le tuyau d’admission pour diminuer le poids de sable à soulever, ça devrait fluidiser! Et cela marche!
Une fois le sable du dessous en l’air, le flux accélère, soulevant les couches de plus en plus profondes, pour que finalement, le flux ayant gagné de la vitesse, il atteigne le fond du filtre.
Cela redevient alors un simple problème de réglage entre longueur du tuyau et quantité de sable: on teste donc avec la méthode initiale (long tuyau et démarrage
en enfonçant) pour ajuster la quantité de sable maxi, puis on raccourci le tuyau jusqu’au démarrage automatique. En plus pas besoin de percer le tube, la coupure seule suffit.

C’était pourtant si simple…..

Splendide n’est-ce pas, ce sable qui monte, descend tel des convections…

– Renouvelez l’opération plusieurs fois pour adapter la quantité de sable au filtre et au débit de la pompe: correctement réglé, le sable monte presque jusqu’en haut, pas tout à fait (de toute façon, ce n’est pas grave, l’eau poussant, s’il y a trop de sable il sera expulsé dans le bac).

– Dernière chose importante, quand vous coupez la pompe, le sable remonte vers arrivée d’eau: risque de bouchage ou de sable dans la pompe. Il faut mettre un anti-siphon en entrée du filtre pour éviter ce phénomène désagréable.

Ça y est, on a trouvé la cause du refoulement: c’est l’élasticité du tuyau d’arrivée (flexible) qui gonfle légèrement à la coupure de la pompe et aspire donc de qu’il peut: eau et sable (s’est un problème connu dans les systèmes de freinage de voitures et motos de course: on y met des durites aviation renforcées au Kevlar). Au redémarrage, le sable est comprimé dans l’admission, et c’est fini…
La solution toute simple est de bricoler une admission d’eau en PVC rigide.

On s’affranchit donc de ce problème. C’est mieux que l’anti retour qui a deux inconvénients:
– il limite le débit
– il protège la pompe, mais s’il se déclenche tard, un peu de sable est quand même aspiré, hypothéquant tout chance de redémarrage automatique.

Mise en route:

Dans un bac neuf, comme toujours il faudra 3 à 4 semaine aux bactéries pour coloniser le sable. Dans un bac en fonction, c’est évidemment beaucoup plus rapide. Si on ajoute au sable de l’eau en pressant une masse filtrante usée, c’est mille fois mieux bien sûr.

Attention toutefois: beaucoup de bactéries (c’est le but de ce filtre) signifie énorme consommation d’oxygène. Il faut donc s’assurer que le bac est très oxygéné avant de mettre en route un telle station d’épuration.

Évidemment prévoir un petit pré filtre pour éviter d’aspirer de “gros” déchet ou des petit poissons curieux.

Table pour dimensionner le filtre (valeurs empruntées à divers constructeurs)

Pour de petits volumes, il serait bon de tester avec une bouteille de soda (très résistante à la pression, fond hémisphérique, pas chère!), cela devrait très bien marcher pour 50 francs!

Volume du bac	Débit de pompe (L/h)	Volume du filtre (L)
240	200	0.3
450	500	1
700	700	1.5
700/800	800	3.3 (notre exemple)
1100	600 à 1200	11
2200	700 à 2400	17
Au delà	A vous de voir… (5*3/(9/2-5)+52x2X23, etc, etc)

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