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COAGULATION, FLOCULATION, SÉDIMENTATION & FILTRATION DES
EAUX USÉES INDUSTRIELLES
Par Emilie Fournier, McGill University & EPFL Mars 2008
INTRODUCTION Eaux usées industrielles: comprennent les eaux usées produites par l'industrie et l'artisanat, ainsi que
les eaux usées similaires, comme celles provenant d'hôpitaux et de laboratoires. La Suisse en produit chaque année environ 500 millions de m3 d’eaux usées. Le Canada : secteurs manufacturier, minier et centrales thermiques d’énergie électrique produisent 6
728 millions de m3 d’eaux usées
Traitement des eaux usées industrielles permet l’élimination de:
- Solides en suspension
-Totalité des solids dissous
-DBO & DCO
-Nitrogène & Phosphore
-Métaux lourds
-etc.
INTRODUCTION
Étapes principales utilisées dans le traitement des eaux usées industrielles :
1. Prétraitements
2. Traitements physico-chimiques (coagulation, floculation, sédimentation & filtration)
3. Traitements biologiques (secondaires)4. Traitements tertiaires5. Traitement des boues
COAGULATION-FLOCULATION-SÉDIMENTATION & FILTRATION
COAGULATION
Coagulation : Traitement chimique pour déstabiliser les colloïdes. Altération de la surface de la charge négative du colloïde de façon à ce qu’ils approchent et adhèrent l’un à l’autre
Colloïdes (particules de 0.001 à 1 μm de diamètre)
•Particules trop petites pour sédimenter dans un temps raisonnable •Surface chargée négativement; répulsion, prévention de collisions
Diametre du colloïde (μm)
Temps de décantation pour 1 m d'eau à 20°C (années)
0.1 20.01 20
0.001 200
COAGULATION
Coagulant: produit chimique ajouté de façon a obtenir la coagulation• cation trivalent• Non toxique• Insoluble dans un pH relativement neutre
Réactifs chimiques : Sulfate d’aluminium hydraté (Al3+ : Al2(SO4)3 ↔ Al(OH)3 précipite ) Chlorure ferrique (Fe3+: FeCl3 ↔ Fe(OH)3 précipite ) Sulfate ferrique (Fe2(SO4)3↔ Fe(OH)3 ) Chaux ou carbonate de calcium pour compenser
l’acidification
COAGULATION Mécanismes de la Coagulation :
Déstabilisation: Neutralisation de la surface de la charge des colloïdes par l’addition d’ions à charge positive, sels métalliques ou minéraux
Théorie de la double couche: Colloïde chargé négativement, une couche fixe d’ions positifs l’entoure, en s’éloignant dans une couche diffuse, le potentiel décroit pour atteindre la neutralité dans la masse de la solution : potentiel zêta
Potentiel Zêta : Caractéristique des forces répulsives entre particules. Se détermine par la mesure des vitesses de déplacement d’une particule soumis à un champ électrique (doit être annulé)
Théorie Double Couche,GCH13201, Université Laval
FLOCULATION
Floculation: Ensemble des phénomènes physico-chimiques menant à l'agrégation de particules stabilisées pour former des flocons ou « flocs »
Phénomène réversible, c'est à dire que l'on peut casser ces agrégats, par exemple en agitant fortement le liquide, pour retrouver la solution de colloïdes initiale
Formation de flocs: agglomération des particules neutralisées par la coagulation qui décantera par la suite
Lien entre particules : polymères sont très efficaces
FLOCULATION Floculant: polymère de haut poids moléculaire à
structures linéaires et solubles dans l’eau. Les floculants existent sous forme solide, en billes ou en solution
Polymères non-ioniques, anioniques (-) ou cationiques (+)
Les particules vont se retrouver piéger dans les mailles du floculant pour ainsi créer des flocs
FLOCULATIONType d'industrie Floculants
Mines et Carrières anionique
Teintureriesrésines dicyandiamide +
polychlorure d'aluminium + floculant anionique
Papeteriespolyamine ou
polydadmac + floculent anionique
Effluents chargés d'huilepolyamines ou résines
dicyandiamide
Chimique polyamines + floculant anionique
Coagulation et floculation sont des processus souvent indissociables. En effet, la coagulation, en diminuant les forces de répulsion entre les particules, favorise les collisions et la formation d'agrégats ; et la floculation, en permettant la croissance des agrégats accélère la séparation des phases. Ils éliminent près de 80% des matières en suspension.
CARACTÉRISTIQUES DES RÉSERVOIRS UTILISÉS
Réservoir pour la coagulation :
• Objectif: disperser les produits chimiques de façon égale
• Vitesse rapide • Fort débit à l’entrée• Temps de résidence
hydraulique court
CARACTÉRISTIQUES DES RÉSERVOIRS UTILISÉS
Basin de Floculation: • Objectif: formation de
flocs• Mélange uniforme et
doux• Vitesse adéquate requise
pour avoir des collisions entre particules
• Temps de résidence hydraulique long
• Particules ne doivent pas descendre au fond (basin de sédimentation)
RÉSERVOIRS UTILISÉS, FLOCULATION
Constant speed and variable speed - heavy-duty drives available to match shaft mounted drive arrangement in a dry well or in a wet well chain drive
Variable Horizontal design - speed paddle type flocculators furnished with fiberglass paddles -drive shafts available in solid shaft or torque tube configurations in either stainless or carbon steel
CIVE 225, McGill University
RÉSERVOIRS UTILISÉS, FLOCULATION
create aeration zones separate anoxic zones from the rest of the tank create chlorine contact chambers designate mixing zones separate clarification areas from other parts of a
tank capture surface scum and debris
CIVE 225, McGill University
SÉDIMENTATION
Sédimentation ou Décantation:
procédé d’enlèvement des matières solides décantables en suspension dans l’eau
Types de sédimentation
Types Particules Milieu Mode de décantation Vitesse
I non flocculantes diluéparticules indépendantes les
unes des autresconstante
II flocculantes dilué flocs de plus en plus grosaugmente avec
la taille
III flocculantes concentré flocs décantent en bloc lente
IV structure très concentréparticules forment une
structure qui se modifierapar
compression
Caractéristiques de la décantation
SÉDIMENTATION
Les équipements de décantation:• Décanteurs circulaires ou rectangulaires avec
dispositif de raclage pour enlever les boues
• Utilisent la gravité pour enlever les particules de l’eau tandis que les huiles et graisses restent en surface et seront enlever par flottation
• Temps de rétention assez long de façon à ce que les particules décantent avant d’être éliminées
• Extrait : • 20-40% de DBO5 • 40-60% des particules en suspension
BASSIN TYPE DE SÉDIMENTATION
4 zones principales du bassin
• Zone d’entrée:• distribue uniformément l’eau
et les particules en suspension à travers la zone de sédimentation
• série de conduits à l’entrée et oriente ensuite dans le réservoir
• écoulement uniforme dans la cuve
• Zone de sédimentation :• écoulement laminaire et
passif
Rectangular Sed. Tank,CIVE 225, McGill University
BASSIN TYPE DE SÉDIMENTATION
• Zone de sortie : • présence de barrages
pour éviter toute turbulence et laisser quitter uniquement la couche supérieure d’eau à l’extérieur du réservoir
• Zone d’entreposage de la boue:• hauteur d’environ 2m
près de l’entrée et 0,3m près de la sortie
• grattoir pousse la vase dans des distributeurs
Sludge Removal, Circular Tank,CIVE 225, McGill University
FILTRATION Filtration: Procédé
pour séparer les impuretés suspendues ou colloïdales dans l’eau en faisant passer celle-ci dans un médium poreux, ex: sable
Objectif: Enlever toutes particules fines suspendues n’ayant pas sédimenter de façon à obtenir une eau transparente
Filtration par le sable est une des plus anciennes méthodes connues utilisées dans le traitement des eaux usées. Si désigné, construit et maintenu comme il se doit, le filtre produit un effluent de très grande qualité
Sand FiltrationCIVE 225, McGill University
FILTRE DE SABLE
Le filtre de sable épure l’eau de trois manières :
• Filtration : particules sont physiquement agitées par l’eau usée entrante
• Sorption chimique: contaminants collent à la surface du sable et aux substance biologique de la surface du sable
• Assimilation: microbes aérobiques absorbent les nutriments contenus dans l’eau usée
Continuous Self-cleaning Sand filterAlibaba.com
FILTRE DE SABLE
Simple Slow sand filter Slow sand filters (2.9 to 7.6 m3/d.m2)• Low technical operational demands• Requires high surface area• Sand particles: 0.2 – 0.4 mm• Schmutzdecke layer develops onsurface: effective at removing biologicalparticles – • Cleaning: top layer of sand scraped off
FILTRE DE SABLE Rapid Gravity sand
filter
Rapid sand filters (120 m3/d.m2)• Graded media in bed (mean particle sizes0.2 - 1 mm)• Grain size distribution is optimized to allowwater flow but remove particulate matter
• Dual or mixed media: coarse grains on top of fine grains • Support medium (gravel): to keep sand from leaving with filtered water
VARIABILITÉ DANS LES INSTALLATIONS PROPOSÉES SUR LE
MARCHÉ:
Quantité d’eau évacuée par jour: < 500 m3
• Industries Agroalimentaires (élevages, abattoirs, laiteries, fromageries, beurreries)
• Transformation Lactosérum (Distilleries, embouteillage, confiseries, mielleries)
• Industries de Transformation (stations fruitières) > 500 m3
• Tanneries, Papeteries, Savonneries, cosmétiques
RECHERCHE CONTINUE
Efforts de recherche et développement nécessaires pour répondre aux exigences de qualités très réglementées imposées par le renforcement des contraintes environnementales
Les techniques membranaires se développent mais coagulation reste le procédé physico-chimique le moins cher par rapport à la quantité de particules éliminées
La sédimentation est le procédé de séparation le plus économique en termes de consommation d’énergie, comparé aux technologies plus récentes qui exige un minimum de 1m/h
RECHERCHE CONTINUE
De nombreux laboratoires poursuivent des recherches d’optimisation et des modes d’application sur les phénomènes physico-chimique de la mise en œuvre des coagulants-floculants (sels d’aluminium, fer hydrolysables, polymères organiques)
Recherche continue sur les nouveaux produits tels que les polymères plus facilement biodégradables
BIBLIOGRAPHIE
http://www.bafu.admin.ch/gewaesserschutz/01295/index.html?lang=fr
http://www.hydranet.net/eaux-usees.php#industrielles
http://fr.wikipedia.org/wiki/Demande_biologique_en_oxyg%C3%A8ne
http://www.gedo.fr/ficheconseil/traiteau/traitphysico.htm
http://ec.europa.eu/comm/competition/mergers/cases/decisions/m1631_fr.pdf
http://www.gch.ulaval.ca/
http://www.mcgill.ca/
http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=185902
MERCI !!!
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