Fonctionnement d'un filtre à disques en polissage tertiaire
En polissage tertiaire, l'effluent secondaire traverse de l'intérieur vers l'extérieur des disques empilés, munis d'une maille en polyester de 10–60 µm. Le gâteau augmente la capture, jusqu'au rétrolavage par aspersion de filtrat, qui nettoie la maille sans arrêter la filtration. À la STEP de Billund, un Hydrotech HF2220 de 18 µm a réduit le nombre de particules de 89,7 % et la masse de 75,6 %. Les MES de sortie étaient de 3–8 mg/L, pour une alimentation d'environ 20 mg/L (Simon et coll., revue Water, 2019).
Les ingénieurs d'exploitation spécifient ces appareils lorsque l'UV, l'osmose inverse (OI) ou la réutilisation exigent des MES basses et stables après clarification. La plupart des filières municipales placent le filtre après la clarification secondaire, et avant la désinfection ou les membranes. Il ne remplace pas un décanteur.
Dans le disque : comment les matières sont réellement captées
La capture des matières repose sur un mécanisme en deux étapes. Les fiches produit le décomposent rarement en physique de fonctionnement.
Étape 1 — interception directe. Les particules plus grandes que l'ouverture de la maille sont tamisées sur la face interne du disque. C'est la capture nominale, alignée sur la taille de pore de la fiche technique. Sur une maille de 18 µm, les particules au-dessus de 18 µm s'arrêtent sur les filaments tissés.
Étape 2 — filtration sur gâteau. À mesure que les matières s'accumulent, le dépôt devient lui-même un filtre plus fin. Il retient des particules plus petites que la maille, qui seraient sinon passées. L'étude de Billund de 2019 attribue une part de son abattement massique de 75,6 % à cette capture par le gâteau. Le gâteau améliore peu à peu la rétention, au-delà de la seule maille nue. Plus les matières s'accumulent, meilleure est la filtration, jusqu'à ce que la perte de charge impose un rétrolavage.
Les mêmes auteurs ont observé, dans le filtrat, de nombreuses particules de microplastiques plus grandes que le pore. Ils l'interprètent comme une capture par le gâteau, avec une part de contournement. Sur le terrain, la performance dépasse souvent la taille de pore imprimée, grâce au gâteau. La barrière n'est toutefois pas absolue.
L'immersion est le second levier physique. Sur un HUBER RoDisc, jusqu'à 65 % de la surface des disques se trouve sous la ligne d'eau à un instant donné (documentation produit HUBER). Cette fraction immergée est la surface filtrante utile, et le dénominateur de la charge hydraulique. Sur les conceptions HUBER, les disques ne tournent que pendant le rétrolavage. Le gâteau se forme donc sur une maille immobile, jusqu'à ce que la consigne de ΔP lance le nettoyage.
Comment fonctionne le lavage inverse ?
Le lavage inverse d'un filtre à disques est une aspersion de filtrat déclenchée par le ΔP, depuis l'extérieur de la maille. Elle retire le gâteau sans arrêter la filtration dans le sens du flux. Quand le gâteau s'épaissit, la perte de charge à travers la maille monte. Le HUBER RoDisc est un système à écoulement gravitaire, muni d'un seuil de surverse fixe : le niveau du bassin amont s'élève avec l'écart de pression. Lorsque ce niveau atteint la consigne (en général un ΔP de 30–50 kPa en polissage tertiaire), l'automate lance un cycle de rétrolavage.
Sur un appareil de type HUBER, l'arbre amorce une rotation lente. Une rampe d'aspersion projette le filtrat sur la maille depuis l'extérieur et décolle le gâteau. L'eau de lavage et les matières tombent dans une goulotte de collecte, puis sortent dans l'axe. Sur les conceptions à rotation continue, seul un secteur de 5–15 % de la surface est hors service à la fois. Ce secteur est nettoyé pendant 30–120 secondes avant retour en service. Le débit amont n'est pas interrompu. La surface filtrante disponible baisse d'environ 5–10 % pendant la fenêtre de nettoyage.
Le fluide de lavage est le filtrat, non l'eau neuve. Cette réutilisation explique le taux de récupération de 95–98 %, souvent cité pour le polissage tertiaire. HUBER indique qu'aucun apport d'eau de lavage externe n'est requis, car le filtrat nettoie la maille. Un nettoyage chimique périodique (CIP) reste nécessaire pour l'encrassement biologique ou le tartre que l'aspersion seule n'enlève pas. En service tertiaire municipal, l'intervalle va en général du mois au trimestre. Il se raccourcit sur des eaux industrielles à fort potentiel d'entartrage.
Place du filtre à disques dans la filière de traitement
Un filtre à disques est un appareil de polissage, pas un décanteur primaire. Il suppose que l'amont a déjà retiré le gros des matières, des matières organiques et des huiles ou graisses.
La filière municipale type enchaîne : décantation primaire, boues activées, clarification secondaire, filtre à disques, puis UV ou OI. À la STEP de Billund, dans l'étude de 2019, l'effluent du décanteur secondaire portait environ 20 mg/L de MES. Le filtre à disques les a ramenées à 3–8 mg/L avant le rejet. L'appareil se situe entre la biologie et la désinfection ou les membranes. Ces deux étapes aval sont sensibles aux particules. La transmittance UV chute nettement au-dessus d'environ 10 mg/L de MES. Les membranes d'OI se colmatent quand l'indice de colmatage (SDI₁₅) dépasse 3–5.
Lorsque l'alimentation contient des huiles, des graisses ou des MES élevées, un système de flottation à air dissous (FAD/DAF) pour l'abattement amont des huiles et graisses (FOG) et des MES est en général placé avant le filtre à disques. Il limite le colmatage prématuré de la maille et les pointes de rejet dues à une percée de FOG. Les stations compactes qui regroupent clarification et polissage sur un même module évaluent parfois un système intégré de purification de l'eau (série JY) avant d'ajouter un étage à disques dédié. HUBER énonce deux règles de prétraitement impératives : un dégrilleur mécanique rotatif de 3 mm pour le prédégraillage, et l'absence totale d'huiles ou de graisses dans l'alimentation. Si l'une ou l'autre n'est pas tenue, le colmatage, l'encrassement de la rampe d'aspersion et le non-respect des objectifs de rejet suivent, quel que soit le nombre de disques.
Les effets en aval sont chiffrés. L'UV a besoin de MES basses pour la transmission, en général sous 10 mg/L. L'OI a besoin d'un SDI bas, que des mailles de 40–60 µm permettent souvent en prétraitement. Les chiffres de Billund restent la preuve publiée la plus claire pour cette place dans la filière : 89,7 % d'abattement en nombre de particules, 75,6 % en masse, et des MES de sortie de 3–8 mg/L depuis une alimentation à 20 mg/L.
| Étape de la filière | MES d'entrée typiques | MES de sortie typiques | Fonction |
|---|---|---|---|
| Décantation primaire | 200–400 mg/L | 100–200 mg/L | Matières décantables en masse |
| Boues activées + décanteur secondaire | 100–200 mg/L | ~20 mg/L | Oxydation biologique + clarification |
| FAD/DAF (si des FOG sont présentes) | 100–500 mg/L | 20–50 mg/L | Huiles et graisses + matières flottantes |
| Filtre à disques (référence 18 µm) | ~20 mg/L | 3–8 mg/L | Polissage tertiaire, capture des microplastiques (d'après MDPI 2019) |
| UV / OI | 3–8 mg/L | Désinfectée ou dessalée | Désinfection ou barrière membranaire |
Taille de maille : 10, 18 ou 40–60 µm, et quand spécifier chaque ouverture
L'ouverture de maille est le paramètre qui pèse le plus directement sur le coût d'investissement et sur le coût d'exploitation, en filtration tertiaire sur disques.
La maille de 10 µm marque le plafond de performance. HUBER la propose comme la maille standard la plus fine. Elle produit les MES de sortie les plus basses et l'abattement de MES le plus fort. Elle se colmate aussi le plus vite, appelle le rétrolavage le plus fréquent, et donne le volume de rejet le plus élevé ainsi que le service le plus lourd pour la pompe d'aspersion. Ne spécifiez 10 µm que lorsque les limites de réutilisation, ou une alimentation d'OI très encrassante, ne tolèrent vraiment pas des MES plus hautes.
La plage de 15–18 µm est la référence pour la réutilisation tertiaire et la capture des microplastiques. L'étude de Billund de 2019, menée à 18 µm, a mesuré 89,7 % d'abattement en nombre de particules, 75,6 % en masse, et 3–8 mg/L de MES en sortie. Cette ouverture est le choix par défaut du polissage municipal, quand il faut baisser les MES de façon fiable sans le surcoût de rétrolavage du 10 µm. Les stations confrontées au colmatage des membranes aval constatent souvent que 18 µm suffit, sans le coût de rejet du 10 µm.
Les mailles de 40–60 µm sont la référence de polissage avant OI lorsque le but est de baisser le SDI et de retirer les matières grossières, non d'abattre toutes les MES. Une maille plus grosse espace les rétrolavages et réduit le volume de rejet. Elle domine donc le prétraitement d'OI sur eau de mer et sur eau saumâtre. Dans nos offres, la règle d'arbitrage est la suivante : diviser l'ouverture environ par deux double à peu près la charge de rétrolavage. Présentez cette charge au client en volume de rejet, en m³/j, plutôt qu'en pourcentage vague.
| Ouverture de maille | Cas d'emploi typique | MES de sortie (référence) | Volume de rejet | Fréquence de rétrolavage |
|---|---|---|---|---|
| 10 µm | Limites de réutilisation strictes, alimentation d'OI très encrassante | < 3 mg/L | Le plus élevé (base × ~2) | La plus élevée |
| 15–18 µm | Réutilisation tertiaire, capture des microplastiques | 3–8 mg/L (d'après MDPI 2019) | Modéré (base) | Modérée |
| 40–60 µm | Baisse du SDI avant OI, prétraitement d'OI eau de mer | 5–15 mg/L | Le plus bas | La plus basse |
Dimensionnement d'un filtre à disques : disques, immersion et charge hydraulique
Le dimensionnement part d'un repère hydraulique publié, puis ajuste le nombre de disques au débit de projet, à la maille et à l'immersion. À l'échelle d'une station, ce nombre est une surface utile, non un ornement de catalogue.
L'unité de référence Hydrotech HF2220 traite 1 200 m³/h sur 13 disques, en maille 18 µm, avec environ 65 % d'immersion (contexte de la STEP de Billund, étude de 2019). Pour un débit de projet de 800 m³/h à la même ouverture de 18 µm, le prorata linéaire donne environ 9 disques (800/1 200 × 13 = 8,7, arrondi par excès à 9). Ce nombre n'est qu'une estimation de départ. Le constructeur doit confirmer le diamètre des disques, leur écartement et la géométrie d'immersion.
La formule générale de charge hydraulique s'écrit : débit de projet ÷ (nombre de disques × surface d'un disque × facteur d'immersion). Sur un HUBER RoDisc, l'immersion est plafonnée à 65 %. Sur un tambour partiellement immergé, elle varie avec la position du rotor et s'intègre sur le tour complet. Un arbre de HUBER RoDisc porte jusqu'à 35 disques. Un service de 9 disques tient donc sur un seul arbre, avec une marge d'extension. La plupart des stations que nous dimensionnons entre 500 et 1 000 m³/h en tertiaire se placent dans la moitié basse de cette capacité d'arbre, afin d'ajouter des disques ensuite.
L'eau de rejet est le second résultat du calcul. Avec une récupération de 95–98 %, le rejet vaut 2–5 % du débit traité. À 800 m³/h en continu, 2 % de rejet font 16 m³/h (384 m³/j). À 5 %, le volume atteint 40 m³/h (960 m³/j). Les eaux qui contiennent des huiles se situent dans le haut de la fourchette. Quand le renvoi du rejet au prétraitement crée une boucle de recyclage des matières, le choix d'un filtre-presse pour le flux de rejet est souvent la décision suivante.
La confirmation du constructeur est obligatoire avant l'achat. Diamètre des disques, écartement et fraction d'immersion changent selon le fournisseur. Neuf disques sur une plateforme n'équivalent pas à neuf disques sur une autre. Au-dessus de la capacité d'un seul arbre, prévoyez des filières en parallèle plutôt que des arbres surdimensionnés, car l'accès et la redondance plaident pour des unités modulaires.
Liste de contrôle et postes de coût
Avant un bon de commande, le choix d'un filtre à disques pour le polissage tertiaire doit passer les contrôles suivants :
- MES d'entrée après clarification secondaire en général ≤ 20–30 mg/L pour un service de maille tertiaire
- Ouverture de maille accordée à l'objectif : 10 µm pour une réutilisation stricte, 15–18 µm pour les MES et les microplastiques en tertiaire, 40–60 µm pour le SDI avant OI
- Pré-dégrilleur de 3 mm en place et absence de FOG confirmée dans l'alimentation
- Gestion du rejet dimensionnée pour 2–5 % du débit traité, au débit de projet continu
- Intervalle de CIP prévu pour l'encrassement biologique ou le tartre de l'effluent retenu
- Disques de réserve, ou filière en parallèle, pour la pointe par temps de pluie ou un débit futur
- Limite de SDI ou de MES de l'UV ou de l'OI aval inscrite dans la garantie de performance
Les principaux postes de coût sont la finesse de la maille (énergie de rétrolavage et volume de rejet), le nombre de disques et le génie civil du bassin, le service de la pompe d'aspersion et les réactifs de CIP, plutôt que le seul média filtrant.
À qui s'adresse ce guide / étape suivante
Ce guide de mécanisme s'adresse aux ingénieurs d'exploitation, aux responsables procédé des ensembliers (EPC) et aux équipes achats qui spécifient un polissage tertiaire avant UV, OI ou rejet de réutilisation. Les équipes qui ont encore des FOG au stade primaire, ou des boues secondaires qui décantent mal, doivent d'abord corriger la clarification amont. Un filtre à disques ne remplace pas ce travail. S'il vous faut une maille et un nombre de disques adaptés à votre débit et à votre limite de rejet, envoyez les MES d'entrée, le débit de projet en m³/h et le type de barrière aval par notre formulaire demande de devis de dimensionnement d'un filtre à disques.
Questions fréquentes
Quelle ouverture de maille spécifier pour une filtration à disques avant OI ?
Pour un polissage avant OI visant la baisse du SDI plutôt qu'un abattement absolu des MES, 40–60 µm est le choix courant : cette maille allonge les intervalles de rétrolavage et réduit le volume de rejet. L'étude de Billund de 2019 a utilisé 18 µm pour la réutilisation tertiaire et la capture des microplastiques, et a indiqué des MES de sortie de 3–8 mg/L. Réservez 10 µm aux limites de réutilisation ou aux alimentations d'OI très encrassantes, quand le surcoût de rejet est justifié par l'objectif de MES.
Quel volume d'eau de rejet un filtre à disques produit-il ?
En polissage tertiaire, la récupération dépasse en général 95 %. Le rejet représente donc environ 2–5 % du débit traité. À 800 m³/h de débit de projet, cela donne 16–40 m³/h, soit 384–960 m³/j en service continu. Chaque division approximative de l'ouverture par deux double à peu près la charge de rétrolavage. Ainsi, à charge de matières égale, le 10 µm se place en haut du volume de rejet et le 40–60 µm en bas.
À quelle fréquence un filtre à disques fait-il un rétrolavage, et quelle eau utilise-t-il ?
Le rétrolavage démarre quand la pression différentielle ou le niveau amont atteint la consigne de l'automate. Cela correspond souvent à environ 30–50 kPa sur les appareils gravitaires tertiaires, ou à environ 150–300 mm de perte de charge sur les régulations par le niveau. Sous une charge municipale normale en matières, l'eau de lavage est le filtrat. Elle reste en général dans une fourchette d'environ 0,5–5 % du débit de la station, selon la maille et les MES d'entrée. Les conceptions à rotation continue gardent la majeure partie de la surface des disques en service pendant le nettoyage de chaque secteur, qui dure 30–120 secondes.
Un filtre à disques peut-il remplacer un décanteur secondaire ?
Non. Les filtres à disques retirent les matières en suspension comme unités de traitement tertiaire ou de polissage. Ils n'assurent ni le stock de matières biologiques ni le contrôle de la décantabilité des boues d'un décanteur secondaire. Ils supposent que la biologie et la clarification amont ont déjà retiré le gros des matières. Les associer à un bioréacteur à membranes (BRM/MBR), ou à un procédé IFAS (boues activées à culture fixée intégrée), peut réduire l'emprise de la clarification aval. L'étage à disques ne remplace pas pour autant la biologie de la clarification secondaire.
Comment fonctionne un filtre à disques en traitement des eaux usées ?
Un filtre à disques comporte une série de disques filtrants circulaires, montés à la verticale et recouverts d'un média fin, en général une maille en polyester ou en inox. L'eau usée entre dans le tambour central et traverse le média de l'intérieur vers l'extérieur. Les matières en suspension sont retenues sur les faces internes. À mesure qu'elles s'accumulent, la perte de charge augmente. Cette hausse déclenche la rotation des disques et la mise en service des buses d'aspersion de rétrolavage, qui retirent le gâteau accumulé. Le gâteau est ensuite dirigé vers une goulotte de rejet.
Quel niveau de matières en suspension un filtre à disques peut-il atteindre ?
Sur un service tertiaire municipal bien conduit, une filière de référence à 18 µm a abaissé les MES d'environ 20 mg/L à 3–8 mg/L dans les données de Billund. Des stations optimisées, à maille plus fine et à biologie amont stable, peuvent viser sous 5 mg/L. Certains services très performants font état de 1–2 mg/L. Les résultats suivent encore la répartition granulométrique en entrée et la stabilité du procédé secondaire, plus que la seule taille de pore nominale.
