Les filtres biosable (BSF) éliminent les solides en suspension et les contaminants microbiens de l'eau avec différents niveaux de turbidité grâce à une combinaison de processus physiques et biologiques. Ils sont une adaptation du filtre à sable lent traditionnel à flux continu T.9 et peuvent être utilisés par intermittence, ce qui les rend adaptés à un usage domestique.

Un BSF se compose d'un récipient rempli de média filtrant et d'un support de gravier au fond. L'eau contaminée est versée dans le filtre et filtrée par gravité. L'eau filtrée s'écoule à travers le tube de sortie et dans un récipient de stockage sûr. Les BSF peuvent réduire considérablement les agents pathogènes et les solides en suspension dans l'eau grâce à une combinaison de processus physiques, chimiques et microbiologiques à l'intérieur du lit filtrant (voir également T.9 ). Ces processus comprennent la prédation, l'adsorption, la mort naturelle et le piégeage mécanique. Les micro-organismes présents dans l'eau de source se développent en une couche biologique dans les couches supérieures du sable filtrant. Le développement complet de la couche biologique peut prendre jusqu'à plusieurs mois selon le volume et la qualité de l'eau de source utilisée. Au cours du premier mois, les performances d'élimination microbienne du BSF sont faibles et les utilisateurs doivent en outre désinfecter l'eau filtrée.

Considérations sur la conception

Le BSF moyen mesure 0,9 m de haut sur 0,3 m de large. Les récipients vides pèsent entre 70 et 135 kg (béton) ou 3,5 kg (plastique). Pour assurer le débit uniforme requis, le tube de sortie est encastré dans la paroi du récipient ou fixé à l'extérieur et est exempt de robinets, de tuyaux ou de vannes de régulation et se trouve au-dessus de la couche de sable. Cela garantit que lorsque le filtre est au repos, il maintient 5 cm d'eau au-dessus de la surface du sable, appelée eau stagnante. Les BSF doivent être maintenus saturés, car le sable est l'habitat des organismes responsables du processus de filtration biologique. Le filtre fonctionne par lots de 10 à 12 L. Deux couches de gravier au fond du filtre assurent un écoulement uniforme à travers le sable et empêchent le sable de pénétrer dans le tube de sortie. Pour la filtration lente sur sable, une turbidité de l'eau brute comprise entre 10 et 50 NTU est recommandée. Les BSF peuvent fonctionner en utilisant de l'eau avec une turbidité plus élevée, mais davantage d'entretien est nécessaire. La taille du sable est un paramètre de conception critique, avec une taille effective allant de 0,15 à 0,30 mm (efficacité plus élevée à l'extrémité inférieure) et un coefficient d'uniformité compris entre 1,5 et 3 (ce qui signifie pas trop uniforme et pas trop diversifié). La profondeur du sable se situe généralement entre 0,45 et 0,5 m, tandis que la hauteur de l'eau varie en fonction du débit. Une fois rempli, la profondeur de l'eau sur le filtre est généralement d'environ 20 à 30 cm, se réduisant à environ 5 cm lorsqu'il n'est pas utilisé pour permettre une diffusion adéquate de l'oxygène. Un taux de filtration d'environ 0,1 à 0,4 m/h, résultant en un débit d'environ 25 L/h, est nécessaire pour soutenir l'activité biologique. L'entrée doit être conçue pour assurer une distribution uniforme du débit et réduire la perturbation des couches de sable supérieures.

Matériaux

Le récipient du BSF peut être fait de béton, de plastique, d'acier inoxydable, de métal galvanisé ou de tout autre matériau étanche, antirouille et non toxique. Des récipients en béton, coulés à l'aide d'un moule en acier, des filtres en fer galvanisé ou des filtres à partir de récipients en plastique disponibles peuvent être fabriqués localement. D'autres types de récipients peuvent nécessiter une installation de fabrication centralisée ou peuvent être importés. Un simple couvercle peut être en bois ou en tôle qui ne rouille pas. Un bassin diffuseur en plastique ou en tôle inoxydable est préférable à une plaque diffuseur, car il élimine les débordements et les dommages qui en résultent pour la biocouche. Le média filtrant, comprenant deux couches de gravier, doit être exempt de contamination et tamisé pour obtenir la taille appropriée (sable < 0,7 mm, gravier de séparation 0,7–6 mm et gravier de drainage 6–12 mm). Tous les médias filtrants doivent être lavés pour éliminer les matières organiques. Un simple test en cuve peut être utilisé pour déterminer quand le sable a été suffisamment lavé.

Applicabilité

Le BSF convient à un usage domestique mais n'est pas recommandé pour la réponse aiguë en raison du temps nécessaire à l'activité biologique pour mûrir dans le filtre. Les filtres domestiques peuvent être envisagés dans la phase de relèvement pour les populations dispersées. Le filtre est lourd et difficile à déplacer, ce qui le rend inadapté aux personnes qui déménagent souvent. Les BSF en béton nécessitent un minimum d'une semaine pour durcir avant que l'installation puisse avoir lieu. Les BSF en plastique ou en métal peuvent être installés plus rapidement, mais une période de maturation est toujours nécessaire.

Fonctionnement et entretien

Le fonctionnement du BSF nécessite que l'utilisateur verse de l'eau de la même source dans le filtre chaque jour pour maintenir la couche biologique. L'eau traitée doit être récupérée dans un récipient de stockage propre et sûr. Au fil du temps, la surface du sable devient obstruée par l'accumulation de sédiments et de matières organiques, ce qui ralentit l'écoulement. Lorsque le débit n'est plus acceptable, le filtre doit être nettoyé. Pour les BSF domestiques, cela implique un processus de « swirl and dump » (ou faire tourbillonner et vider), qui est effectué en agitant la surface du sable et en éliminant l'eau stagnante sale. Après entretien, la couche biologique met du temps à retrouver son niveau d'efficacité, bien que cela prenne moins de temps que lors de la première installation du filtre. Le tube de sortie, le couvercle et le diffuseur doivent également être nettoyés régulièrement avec du savon ou du chlore et de l'eau traitée. Les BSF ne doivent jamais être alimentés avec de l'eau chlorée, car cela endommagerait les couches biologiques.

Santé et sécurité

Les BSF réduisent la turbidité, la teneur en matières organiques, les micro-organismes, les concentrations de fer oxydé et de manganèse dans l'eau. Les protozoaires sont éliminés à plus de 99,99 %. L'efficacité d'élimination des bactéries et des virus dépend des conditions de fonctionnement et varie entre 70 et 99 % pour les virus et 98,5 et 99 % pour les bactéries. Les conditions de conception et de fonctionnement affectant les performances comprennent la taille du sable, la profondeur du lit de sable, la température, la dureté de l'eau et d'autres paramètres de qualité de l'eau ainsi que la durée de fonctionnement du filtre. L'efficacité à long terme des BSF dépend de la qualité du fonctionnement et de l'entretien, et une assistance complète est essentielle pour conserver l'efficacité.

Coûts

Le coût total du BSF varie de 10 à 100 USD selon les matériaux utilisés et le contexte. Pour les utilisateurs, un avantage clé du BSF est qu'il n'y a pas de coûts récurrents pour les consommables, bien que les couvercles, les diffuseurs et les récipients de stockage sécurisés puissent nécessiter un remplacement périodique. Le sable ne nécessite pas de remplacement. Les filtres ont généralement une longue durée de vie (5 à 10 ans).

Considérations sociales et environnementales

Les BSF ont été utilisés dans plus de 70 pays et sont généralement considérés comme un moyen abordable, efficace et durable de fournir de l'eau potable aux ménages. Ils fournissent un traitement efficace de toute eau non chlorée, et n'importe qui peut être formé pour construire et installer des filtres localement. Les filtres en béton gardent l'eau refroidie. Cependant, un accompagnement régulier et continu est nécessaire pour assurer le bon fonctionnement de la part des utilisateurs, que la qualité de l'eau reste stable et que les filtres ne tombent pas en désuétude.