OA19028A

OA19028A - Système versatile de filtration lente sur sable pour la production d’eau potable

Info

Publication number: OA19028A
Application number: OA1201900072
Authority: OA
Inventors: BA Sidy
Original assignee: BA Sidy
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2019-11-22

Abstract

Dispositif pour produire de l’eau potable. L’innovation concerne un système versatile de filtration lente sur sable (SV-FLS). Le SV-FLS est composé d’une source d’alimentation en eau brute constituée d’une charpente métallique avec échelle 1 qui supporte un fût d’eau brute en plastique 2 au fond duquel chutent des matières en suspension. Un tuyau d’écoulement de l’eau brute muni d’un robinet-vanne 3 part d’un orifice situé à 6 cm audessus du fond du fût. Le tuyau d’écoulement de l’eau brute débouche sur le dispositif de bris d’énergie 4 dans le bassin de filtration. Le bassin de filtration 5 est un ouvrage rectangulaire en béton contenant un du lit de sable qui repose sur une couche de sable grossier et de gravier 6. Une conduite en PVC crépine de forage 7 permet de collecter le filtrat et est surmonté d’un tuyau muni d’un robinet-vanne 8. Le SV-FLS innové est versatile et permet de traiter les eaux douces de surface pour produire de l’eau potable aussi bien pour un ménage que pour une communauté.

Description

DescriptionDescription

La présente innovation concerne un Système Versatile de Filtration Lente sur Sable (SV-FLS) permettant de produire de l’eau potable à moindre coût.The present innovation relates to a Versatile Slow Filtration System on Sand (SV-FLS) making it possible to produce drinking water at a lower cost.

L’accès universel à l’eau potable demeure un défi majeur en Afrique alors que la consommation d’eau de mauvaise qualité est reconnue responsable de 70 à 80 % des maladies hydriques (ex. les diarrhées dont choléra) qui constituent l'une des principales causes de mortalité infantile.Universal access to drinking water remains a major challenge in Africa while the consumption of poor quality water is recognized as responsible for 70 to 80% of waterborne diseases (eg diarrhea including cholera) which constitute one of the main causes of infant mortality.

Plusieurs procédés et technologies de traitement d’eau propre à la consommation humaine ont été développés dont la filtration lente sur sable (FLS). La FLS ou filtration biologique sur sable est l’un des premiers procédés modernes de traitement d’eau potable. Cependant, les filtres à sable lent ont rapidement perdu leur popularité à cause des procédés de filtration rapide associés aux produits chimiques et ou à la consommation d’énergie qui permettent de produire de grandes quantités d’eau potable en peu de temps. Ce n'est que dans les années 1980 que le regain d'intérêt pour la FLS s'est principalement manifesté pour les petites et moyennes communautés dans les pays industrialisés et en développement. Cela est dû principalement à leur simplicité, à leurs peu de besoin ou pas en produits chimiques et en énergie et à leur niveau élevé de la qualité de l’eau traitée. Deux variantes de la filtration lente sur sable ont été développées : le système communautaire en béton et le filtre biosable (Biosand Filter : BSF en anglais)Several processes and technologies for treating water suitable for human consumption have been developed, including slow sand filtration (FLS). FSL or biological sand filtration is one of the first modern processes for treating drinking water. However, slow sand filters have quickly lost their popularity due to the rapid filtration processes associated with chemicals and / or energy consumption which allow large quantities of drinking water to be produced in a short time. It was not until the 1980s that the renewed interest in FSL began to manifest itself primarily in small and medium-sized communities in industrialized and developing countries. This is mainly due to their simplicity, their little or no need for chemicals and energy and their high level of quality of treated water. Two variants of slow sand filtration have been developed: the community concrete system and the biosand filter (Biosand Filter: BSF in English)

Le système communautaire est fait d’ouvrages hydrauliques en béton (bassins filtrants et déversoirs de collecte de l’eau filtrée), en forme rectangulaire le plus souvent. Le bassin filtrant est constitué d’un lit de sable fin d’environ 1 m d’épaisseur reposant sur une couche de gravier d’environ 20 cm. L’eau brute à traiter est déversée (par diffusion) sur le lit de sable puis filtrée à une vitesse de filtration faible variant de 0.04 à 0.5 m/h contrôlée par des vannes. Au fil du temps, les matières en suspension dans l’eau brute s’accumulent sur la partie superficielle du lit de sable et forme une couche biologique appelée schmutzdecke (mot allemand signifiant sale couverture). Le schmutzdecke est reconnu être essentielle dans l’enlèvement des microorganismes et autres contaminants (couleur, turbidité, métaux, matières organiques, etc.) contenus dans l’eau. L’eau filtrée propre à la consommation est ensuite recueillie par le fond de l’ouvrage relié à un déversoir. C’est un système qui fonctionne généralement en continu.The community system is made up of hydraulic concrete structures (filtering basins and weirs for collecting filtered water), most often rectangular. The filter basin is made up of a bed of fine sand about 1 m thick, resting on a layer of gravel about 20 cm. The raw water to be treated is poured (by diffusion) onto the sand bed and then filtered at a low filtration rate varying from 0.04 to 0.5 m / h controlled by valves. Over time, the suspended solids in the raw water accumulate on the surface of the sand bed and form a biological layer called schmutzdecke (German word meaning dirty cover). Schmutzdecke is known to be essential in removing microorganisms and other contaminants (color, turbidity, metals, organic matter, etc.) from water. The filtered water suitable for consumption is then collected by the bottom of the structure connected to a weir. It is a system that generally works continuously.

Le BSF utilisant le procédé de FLS est conçu pour un ménage individuel (familial) et fonctionne par intermittence pour produire de l’eau potable à moindre coût. Initialement conçu en béton, il a fini par être produit en plastique et vulgarisé.The BSF using the FSL process is designed for an individual (family) household and operates intermittently to produce drinking water at lower cost. Initially designed in concrete, it ended up being produced in plastic and popularized.

Le système communautaire de FLS nécessite un investissement important pour un milieu rural à faible revenu et une technicité élevée pour son bon fonctionnement et sa maintenance (pompes, conduites, vannes, etc.) Quant au BSF, sa capacité est assez limitée pour produire suffisamment d’eau potable rapidement pour un ménage de grande taille (cas général en Afrique et d’autres pays en développement). Aussi, les deux précédentes variantes ne tenaient pas en compte la source d’eau brute, ce qui nécessitait un prétraitement de l’eau brute pour abaisser la turbidité à un niveau convenable pour la FLS. Elles nécessitent aussi des diffuseurs encombrants pour la distribution d’eau sur le lit de sable. Le système de collecte de l’eau filtrée dans le système communautaire était complexe et fait de plusieurs conduites perforées qui s’embranchent.The community FSL system requires a significant investment for a low-income rural environment and high technicality for its proper functioning and maintenance (pumps, pipes, valves, etc.). As for the BSF, its capacity is quite limited to produce enough drinking water quickly for a large household (general case in Africa and other developing countries). Also, the previous two variants ignored the raw water source, which required pretreatment of the raw water to lower the turbidity to a level suitable for FSL. They also require bulky diffusers for the distribution of water on the sand bed. The system for collecting filtered water in the community system was complex and made up of several branched perforated pipes.

Le prototype du SV-FLS permet d’apporter des améliorations novatrices aux inconvénients cidessus. Il est constitué de trois parties essentielles que sont la source d’alimentation en eau brute, le bassin de filtration et le système de conduites et robinet-vannes pour la maîtrise de l’écoulement. Ces trois parties intègrent les innovations à la technologie de FLS. Ainsi on a :The SV-FLS prototype provides innovative improvements to the above drawbacks. It is made up of three essential parts: the raw water supply source, the filtration basin and the system of pipes and gate valves for flow control. These three parts integrate innovations into FLS technology. So we have:

Une source d’eau brute d’une capacité de 200 litres où a lieu un prétraitement de l’eau ;A raw water source with a capacity of 200 liters where the water is pretreated;

Un dispositif de bris d’énergie de l’écoulement qui remplace les diffuseurs ;A flow energy breaking device that replaces the diffusers;

Une seule conduite perforée (associée au fonctionnement des tuyaux et robinet-vannes) et qui collecte l’eau filtrée.A single perforated line (associated with the operation of the pipes and gate valves) and which collects the filtered water.

Pour produire de l’eau potable à partir du SV-FLS, de la colonne d’eau brute l’eau s’écoule gravitairement sous l’effet de la pression statique vers le lit de sable à travers un tuyau muni d’un robinet-vanne. L’écoulement de l’eau brute aboutit sur le dispositif de bris d’énergie qui assure une diffusion de l’eau dans le bassin sans risque de surcreusement du lit de sable. Le lit de sable repose sur une couche de sable grossier et de gravier sous laquelle l’eau s’infiltre dans la conduite perforée qui est surmontée d’un tuyau muni d’un robinet-vanne. Ainsi, le prototype duTo produce potable water from the SV-FLS, from the raw water column the water flows by gravity under the effect of static pressure to the sand bed through a pipe fitted with a tap. -valve. The flow of the raw water ends up on the energy breaking device which ensures the diffusion of the water in the basin without the risk of the sand bed overcrowding. The sand bed rests on a layer of coarse sand and gravel under which water seeps into the perforated pipe which is surmounted by a pipe fitted with a gate valve. So the prototype of the

SV-FLS peut produire jusqu’à 200 litres d’eau potable en 6 heures pour un ménage de 10 personnes avec une norme de consommation de 20 L/pers/jour. La capacité de production du système est expansible car il peut fonctionner en continu ou par intermittence de plus de 6 heures par jour.SV-FLS can produce up to 200 liters of drinking water in 6 hours for a household of 10 people with a consumption standard of 20 L / person / day. The production capacity of the system is expandable because it can operate continuously or intermittently for more than 6 hours per day.

Les dessins des figures 1 à 8 illustrent l’innovation du SV-FLS.The drawings in Figures 1 to 8 illustrate the innovation of SV-FLS.

La Fig. 1 donne une vue d’ensemble du système versatile de la filtration lente sur sable.Fig. 1 gives an overview of the versatile system of slow sand filtration.

La Fig. 2 illustre le dispositif de la source d’eau brute.Fig. 2 illustrates the raw water source device.

La Fig. 3 donne un aperçu des détails du tuyau d’écoulement de l’eau brute du fût vers le bassin de filtration.Fig. 3 gives an overview of the details of the raw water flow pipe from the barrel to the filtration basin.

La Fig. 4 schématise le dispositif de bris d’énergie de l’écoulement.Fig. 4 shows schematically the flow energy breaking device.

Les Fig. 5, 6 et 7 illustrent la collecte de l’eau filtrée au fond du bassin.Figs. 5, 6 and 7 illustrate the collection of filtered water at the bottom of the basin.

La source d’eau brute est constituée par une charpente métallique à échelle 1 sur laquelle se pose un fût en plastique de 200 litres 2 (de volume variable selon le besoin) pour le stockage d’eau brute. Le fût de stockage permet la chute de certaines matières en suspension en son fond : c’est le prétraitement. Le fût surplombe le bassin de filtration pour assurer un écoulement gravitaire de 25 l’eau.The raw water source consists of a 1-scale metal frame on which a 200 liter plastic barrel 2 (of variable volume according to need) is placed for the storage of raw water. The storage drum allows the fall of certain suspended materials at the bottom: this is the pretreatment. The barrel overlooks the filtration basin to ensure a gravity flow of water.

Du fût d’eau brute vers le bassin de filtration part le tuyau d’écoulement de l’eau brute muni d’un robinet-vanne 3. L’ouverture de la tuyauterie est de 6 cm au-dessus du fond du fût pour éviter que les matières en suspension dans l’eau brute qui chutent au fond du fût ne s’écoulent vers le bassin de filtration.From the raw water tank to the filtration basin leaves the raw water drain pipe fitted with a gate valve 3. The opening of the piping is 6 cm above the bottom of the tank to avoid that the suspended solids in the raw water that fall to the bottom of the barrel do not flow to the filtration tank.

Le tuyau d’écoulement de l’eau brute débouche sur le dispositif de bris d’énergie 4 de l’écoulement et de diffusion de l’eau brute sur le bassin permettant ainsi d’éviter tout surcreusement du lit de sable. Le dispositif de bris d’énergie est constitué d’une planche métallique de 15 cm x 30 cm muni de deux crochets pour s’accrocher au mur du bassin.The raw water flow pipe opens onto the energy breaking device 4 for the flow and distribution of the raw water over the basin, thereby avoiding any build-up of the sand bed. The energy-breaking device consists of a 15 cm x 30 cm metal board fitted with two hooks to hang on the wall of the pool.

Le bassin de filtration 5 est un ouvrage rectangulaire en béton de longueur 1,5 m, de largeur 1,2 35 m (soit sur surface filtrante d’ 1,80 m²). L’épaisseur du lit de sable est de 0,84 m avec une lame d’eau maximale sur le lit de sable de 0,20 m et une revanche de sécurité de 0,20 m pour prévenir la surverse de l’eau du bassin. La vitesse de filtration de l’eau peut aller de 0,01 à 0,5 m/h.The filtration basin 5 is a rectangular concrete structure 1.5 m long, 1.2 35 m wide (ie on a 1.80 m ² filtering surface). The thickness of the sand bed is 0.84 m with a maximum water layer on the sand bed of 0.20 m and a safety revenge of 0.20 m to prevent overflow of the water in the basin . The water filtration speed can range from 0.01 to 0.5 m / h.

Le lit de sable repose sur une couche de gravier 6 de 0,38 m. La profondeur totale du bassin de filtration est de 1,62 m.The sand bed rests on a 0.38 m layer of gravel 6. The total depth of the filtration basin is 1.62 m.

Sous la couche de gravier est encastré le dispositif de collecte d’eau filtrée 7 constitué d’une conduite en PVC crépine de forage. La conduite en PVC crépine est posée au milieu du bassin suivant une pente longitudinale de 2% et une pente transversale de 2,9% pour assurer la collecte totale du filtrat (l’eau filtrée).Under the gravel layer is embedded the filtered water collection device 7 consisting of a PVC strainer pipe. The strainer PVC pipe is laid in the middle of the basin along a longitudinal slope of 2% and a transverse slope of 2.9% to ensure the total collection of the filtrate (filtered water).

Le bout de la conduite crépine à la sortie du bassin est surmonté d’un tuyau muni d’un robinetvanne 8 qui permet un contrôle du débit du filtrat. Le débit du filtrat est calibré avec le débit de l’eau brute partant du fût d’eau brute.The end of the strainer pipe at the outlet of the basin is surmounted by a pipe fitted with a valve valve 8 which allows the flow rate of the filtrate to be controlled. The flow rate of the filtrate is calibrated with the flow rate of raw water from the raw water drum.

Selon les innovations apportées, Le SV-FLS permet de traiter les eaux douces de surface pour 10 produire de l’eau potable pour la consommation humaine en milieu rural et pour de petites communautés. Le système est adapté aussi bien à un ménage qu’à toute une communauté car il suffit d’augmenter la surface filtrante du bassin et le volume de stockage de l’eau brute pour produire de l’eau potable en continu ou par intermittence à plus de 6 heures par jour.According to the innovations made, SV-FLS treats fresh surface water to produce drinking water for human consumption in rural areas and for small communities. The system is suitable for both a household and an entire community because it suffices to increase the filtering surface of the basin and the storage volume of raw water to produce drinking water continuously or intermittently at more 6 hours a day.

Claims

Claims l) Device called Versatile Slow Sand Filtration System (SV-FLS) to produce potable water.

2) Device according to claim l composed of an integrated source of raw water, a basin of fine sand and gravel, an energy breaking device, a strainer pipe for collecting the filtrate and pipes fitted with gate valves for controlling flow rates.

3) Device according to any one of the preceding claims which makes it possible to treat fresh surface water for human consumption by slow filtration.

4) Device according to any one of the preceding versatile claims which can be designed both for a household (family level) and for a community (consumer groups)