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Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
2
Ministre de lEcologie, du Dveloppement
et de lAmnagement Durables
FNDAE N35
Document technique
Jean-Pierre Canler Jean-Marc Perret
Dpartement Milieux Aquatiques, qualit et rejets
Unit de recherche Qualit des Eaux et Prvention des Pollutions
Groupement de Lyon
3 bis, Quai Chauveau - CP 220
69336 LYON cedex 09
Tl. 04 72 20 87 87 - Fax 04 78 47 78 75
Cemagref 2007 ISBN : 978 2 85362 671 7
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
FICHES TECHNIQUES
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
3
Ce document de synthse a pu aboutir grce au soutien financier de la Direction de l'eau du Ministre de
l'Ecologie, du Dveloppement et de lAmnagement Durables.
Il est issu du travail de lquipe traitement des eaux rsiduaires du groupement de Lyon, avec laide
importante dOlivier Peyronnard, stagiaire de lINSA de Lyon.
Nous tenons aussi remercier les Matres douvrages pour la mise disposition de leur installation ainsi que
les exploitants des stations tudies pour leur aide dans le bon droulement de ltude : installations de Aix
en Provence (13), Bourg en Bresse (01), Divonnes les bains (01) et Reims (51). Enfin, un dernier
remerciement est adress lquipe du laboratoire danalyses physico-chimiques des milieux aquatiques
paramtres majeurs et micro polluants inorganiques du Cemagref de Lyon pour leur importante
participation au volet analytique de cette tude.
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
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Prambule .....................................................................................................................6
Chapitre 1 Rappels sur lvolution des diffrents composs au sein dune filire de traitement de type biologique en un seul tage............................................................7
Rappels et commentaires sur les limites concernant les niveaux dexigences de qualit des rejets en phosphore et en matire organique ................................................................................9
Chapitre 2 Le traitement tertiaire par clarifloculation..............................................12
Rappel du principe du traitement physico-chimique ............................................................ 13
Rle des ractifs physico-chimiques : tapes dites de Coagulation puis de Floculation............ 13
Prsentation des principaux systmes commercialiss en France.......................................... 15
Les possibilits dinsertion dans la filire de traitement des eaux.......................................... 17
Les paramtres de dimensionnement ................................................................................ 19
Chapitre 3 Rsultats des mesures ............................................................................25
Les performances mesures en Tertiaire............................................................................ 25
Analyse des paramtres de fonctionnement ....................................................................... 28
Rappels des principaux paramtres de fonctionnement et dexploitation ............................... 34
Principales difficults rencontres et propositions de recours ............................................... 36
Contraintes dexploitation ................................................................................................. 39 Conclusion .41
Sommaire
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
5
Fiches techniques43
Fiche n1 - Rappel des diffrentes formules et tests utiliss sur ce type d'ouvrage.44
Fiche n2 - Calcul de la rduction du TAC sur une filire de traitement..51
Fiche n3 - Calcul du volume de coagulant en solution commerciale apporter par jour.55
Fiche n4 - Dmarche de la vrification des taux de traitement..57
Fiche n5 - Calcul de la production de boue issue du traitement physico-chimique tertiaire59
Fiche n6 - Consquence d'une mauvaise optimisation du dosage de coagulant sur la production de boue physico-chimique.62
Fiche n7 - Exemples de type d'asservissement pour l'injection des ractifs en vue de l'optimisation des quantits injecter.64
Annexes69
Annexe 1 - Evolution des concentrations sur des procds de traitement pousss situs l'amont d'un clari-floculateur70
Annexe 2 - Estimation des concentrations minimales envisageables en sortie de clarifloculation en traitement tertiaire partir d'une Eau Use Domestique normalement concentre..71
Annexe 3 - Niveaux de rejet demands pour les STEP quipes d'un tertiaire72
Annexe 4 - Les tapes de Coagulation et Floculation.73
Annexe 5 - Concentrations mesures en Fer..74
Annexe 6 - Liste (non exhaustive) des collectivits franaises quipes de clarifloculateurs en 2004..75
Annexe 7 - Rsultats des mesures sur site..77
Bibliographie.80
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
6
Afin de protger le milieu rcepteur, les services
de ltat imposent certaines collectivits des
niveaux de rejet plus pousss en sortie de stations
dpuration, en particulier pour le traitement du
phosphore et de la matire organique. Pour
rpondre ces nouvelles contraintes, des
traitements complmentaires se sont implants
laval de ltage de traitement biologique
secondaire. Parmi les diffrentes technologies
disponibles en traitement tertiaire, le clari-
floculateur bas sur un traitement physico-
chimique est un des procds rcemment
dvelopps.
Ce traitement complmentaire, de type tertiaire,
ncessite :
Pour rpondre une rduction de la matire
organique, dintervenir dabord sur la fraction
particulaire ce qui permet de rduire les
lments constitutifs de cette fraction : DCO,
DBO5, azote et phosphore.
Et pour rduire la pollution phosphore,
dintervenir sur la fraction soluble compose
dortho-phosphates dont llimination se fera
par prcipitation laide de sels mtalliques
(fer ou aluminium).
Cette technologie, appele clari-floculateur, est
base sur un principe de dcantation associ un
traitement chimique dont certaines particularits
permettent de travailler des vitesses plus
leves, do la notion de racteurs grande
vitesse, permettant la mise en place douvrage
compact.
Prambule
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
7
CHAPITRE 1
Les eaux rsiduaires urbaines (ERU) admises en
entre des stations dpuration des collectivits
vhiculent conventionnellement trois grands types
de pollution : la pollution carbone reprsente
par la DCO, la DBO5 et les MES, la pollution
azote reprsente principalement par lazote
kjeldahl (NTK) compos dazote organique et
dazote ammoniacale (N-NH4+) et la pollution
phosphore avec le phosphore total (PT)
compos de phosphore organique et
dorthophosphate (P-PO43-). Ces trois types de
pollution se rpartissent sous trois classes
physiques : particulaire, collodale et soluble.
Les caractristiques moyennes dune eau
rsiduaire urbaine normalement concentre
(collecte par rseau sparatif) et les flux
polluants apports par habitant sur des
installations importantes sont rassembls dans le
tableau suivant :
Type de
pollution Paramtres
Concentrations
en mg/L
Habitant *
pour une
collectivit
importante
en g/Hab.j-1
Equivalent-
Habitant
en g/EH.j-1
Carbone DCO 700 - 750 de lordre de 115 145
DBO5 300 de lordre de 50 60
MES 250 de lordre de 45 55
Azote NTK = NT 75 - 80 de lordre de10-12 12 15
N-NH4+ 60
Phosphore PT 12 - 13 de lordre de 2,5 2,5 3
P-PO43- 8 - 10
Tableau 1 Caractristiques moyennes dune eau rsiduaire urbaine normalement concentre (Source Cemagref)
* fonction de la taille de la collectivit
Labattement de cette pollution fait appel des
procds physiques (dcantation) pour liminer la
pollution particulaire, des procds physico-
chimiques pour les fractions particulaire, collodale
RAPPELS SUR LEVOLUTION DES DIFFERENTS COMPOSES AU SEIN DUNE FILIERE DE TRAITEMENT DE TYPE BIOLOGIQUE EN UN SEUL ETAGE
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
8
et soluble prcipitable (ngligeable lexception
des orthophophates) et des procds
biologiques pour lensemble des fractions (filire
de traitement indispensable pour abattre la partie
soluble).
Compte tenu de lapplication de la loi sur leau, les
procds mis en place sont de type biologique et
la filire la plus implante est le procd boue
active en aration prolonge. En dehors de son
traitement pouss, il permet de produire une
quantit de boue limite associe un taux de
matire organique (MVS) bas. Ce procd permet
de traiter :
La matire carbone de faon pousse.
Llimination de la fraction soluble est
obtenue par assimilation par des bactries
arobies (besoins doxygne) afin de former
de nouvelles bactries (synthse cellulaire).
Cette assimilation (mtabolisme bactrien)
saccompagne de besoins azots sous forme
dazote ammoniacal et de besoins phosphors
sous forme dorthophosphates dans la
proportionssuivante :
DBO5 / N-NH4+ / P-PO4
3- de 100 / 5 / 1 ce qui
signifie que labattement de 100 mg de DBO5
saccompagne dune diminution de 5 mg
dazote et de 1 mg dortho-phosphate par
assimilation. Dans le cas dun traitement
biologique dune ERU, labattement en azote
et en phosphore sont de lordre de 20%
25%. Au-del de ces abattements, des
traitements spcifiques de lazote et du
phosphore devront tre mis en place.
Lazote [Document Technique FNDAE n25] :
Il est trait par le procd boues actives
dimensionnes dans le domaine de laration
prolonge pour maintenir la biomasse
autotrophe, responsable du traitement de
lazote. Dans cette filire, lazote est
transform en azote gazeux par nitrification et
dnitrification pour atteindre des
concentrations en sortie infrieure 2 mg N-
NH4+/L et infrieure 5 mg N-NO3
-/L et des
rendements globaux en NGL de 90 %, y
compris la part assimile.
Et le phosphore selon deux techniques :
biologiques et physico-chimiques [Document
technique FNDAE n29]. Le traitement du
phosphore par sur-accumulation, appel aussi
dphosphatation biologique, permet un
rendement dlimination de lordre de 60 70
% pour une eau rsiduaire normalement
concentre. Le mcanisme du processus de
sur-accumulation aboutit une teneur en
Phosphore pouvant atteindre 5 6 % des
MVS soit 2 3 fois celui dune biomasse
classique. Le traitement physico-chimique du
phosphore peut galement tre utilis, avec
diffrents lieux dajout du ractif (avant le
racteur biologique : pr prcipitation, aprs
le racteur : post prcipitation ou dans le
racteur : prcipitation simultane). Avec ce
type de traitement, seule la forme dissoute
(P-PO43-) disponible est prcipite avec le Fer.
Les performances obtenues dpendent de la
concentration en P-PO43- des eaux rsiduaires
et du ratio molaire Fe / P-PO43- appliqu.
Sur une filire de type boue active en un seul
tage bien dimensionne avec un traitement
pouss du carbone par assimilation, de lazote par
nitrification-dnitrification et du phosphore par
traitement biologique et physico-chimique et
traitant des eaux normalement concentres, les
concentrations rsiduelles attendues en sortie
sont les suivantes :
Sortie du procd boue active en temps sec : traitement du C, du N et du P
(avec dphosphatation biologique et physico-chimique)
C N P
DCO DBO5 MES NTK Noxy NGL PT P-PO43-
En mg/L 60 - 70 10 - 15 15 - 20 < 5-6 2 < 8 1,2 - 1,5 0,2 - 0,3
Rendement
moyen % 91 96 93 93 90 89
Tableau 2 Concentrations rsiduelles en sortie du procd boue active : traitement du C, du N et du P en temps sec
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
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A ce stade du traitement secondaire, un lger
rsiduel en ortho-phosphates savre invitable
pour permettre un traitement biologique suffisant.
Une pr-prcipitation pousse pourrait bloquer ou
limiter le processus biologique compte tenu d'une
insuffisance de composs nutritionnels (en
particulier le P-PO43-) indispensable au
mtabolisme bactrien.
Des niveaux de rejet plus bas (en particulier le PT
infrieur 1 mg/L et la DCO infrieure 50 mg/L)
ncessitent un traitement complmentaire appel
Tertiaire. Les MES est sortie de la filire boue
active avec traitement physico-chimique du
phosphore tant constitues de 4,5% de
Phosphore, lobtention de valeurs plus faibles
ncessite dliminer le particulaire (MES).
En effet, il faut rappeler quun gramme de MES en
sortie de traitement secondaire pouss
reprsente, par de la perte de biomasse, un rejet
de :
1,2 g de DCO et 0,5 g de DBO5,
0,065 g dazote ( 6 7%),
et 0,045 g de P (4,5% en raison dun traitement biologique et physico-chimique amont du phosphore).
Suite un traitement secondaire pouss, la mise
en place dun traitement tertiaire pour liminer
principalement le particulaire (de lordre de 10 mg
de MES limin/L, soit une sortie proche de 5 mg
MES/L) donne, par exemple, une trs bonne
qualit d'eau de sortie suivante :
DCO DBO5 MES NGL PT
Entre tertiaire en Temps sec en mg/L 60 10 15 8 1,2
Llimination de 10 mg de MES/L donne
Sortie tertiaire en mg/L 48 5 5 7,2 0,75
Tableau 3 Concentrations rsiduelles en sortie du traitement tertiaire pour llimination de 10 mg/L de MES sur ltage
Cet exemple montre que llimination de la
fraction particulaire permet le respect des normes
de rejet pousses sur le phosphore (PT <
1 mg/L) et sur la DCO (DCO < 50 mg/L, sauf
pour une DCO soluble rfractaire anormale et
suprieure 35 mg de DCO dure/L).
Remarque :
Notion de flux de Phosphore traiter et ratio PT / Eq Hab
Lors du dimensionnement des installations, le
ratio PT / EH frquemment utilis pour les calculs
de charge traiter en entre de station
dpuration est encore souvent de 4 g P/EH .
Les rsultats des nombreuses mesures sur sites
montrent que ce ratio est en baisse depuis plus
dune dizaine dannes avec la mise sur le march
de lessives sans phosphates .
En prenant pour hypothse de calcul quun quivalent habitant rejette 60 g de DBO5 /jour, la quantit moyenne de phosphore rejete par un EH, est de lordre de 2,5 g P/EH soit un ratio
DBO5/PT proche de 25. En priode de pluie, la
charge en phosphore est augmente et peut atteindre en moyenne 30% de plus.
Ainsi, le calcul des flux de phosphore rels traiter en entre station est relativiser pour les stations existantes (avec gnralement une charge annonce de dimensionnement nettement suprieure la ralit).
Lors des projets de dimensionnement des nouvelles installations, une valeur de 2,5 g P/EH devra tre utilise.
RAPPELS ET COMMENTAIRES SUR LES LIMITES CONCERNANT LES NIVEAUX
DEXIGENCES DE QUALITE DES REJETS EN PHOSPHORE ET EN MATIERE ORGANIQUE
Dun point de vue rglementaire, une partie du
territoire franais est classe en zones
sensibles en raison de la sensibilit du milieu
naturel aux paramtres Azote et Phosphore,
notamment pour les zones sujettes
leutrophisation.
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
10
Les rejets de phosphore au milieu naturel doivent
bien entendu tre rduits dans ces zones et des
contraintes dlimination sont dfinies pour les
stations dpuration recevant des charges traiter
en DBO5 suprieures 600 kg/j (soit 10 000 EH).
Ces contraintes de traitement sont bien entendu
des valeurs minimales.
Charge brute traite
par linstallation
(en kg DBO5/ j)
Charge brute traite
(en EH)
[PT] maximale
en moyenne
annuelle
Ou rendement mini
en PT en moyenne
annuelle
600 6000 10 000 100 000 2 mg PT/L
> 6000 > 100 000 1 mg PT/L 80 %
Tableau 4 Contraintes dlimination du P pour les installations recevant des charges traiter en DBO5 > 600 kg/j.
Pour les stations dpuration recevant des charges
infrieures 600 kg de DBO5, les objectifs de
traitement sont galement fixs par arrt
prfectoral suivant le milieu naturel rcepteur.
Ainsi, pour le phosphore, une grande variabilit
des exigences de qualit est rencontre.
La concentration en phosphore demande en
sortie dinstallation peut tre exprime en une
moyenne annuelle uniquement ou en une valeur
atteindre durant une priode donne. Ce point est
important et doit bien tre prcis dans le cahier
des charges.
La notion de rendement est toujours dlicate dans
le cas deaux traiter fortement dilues par des
eaux parasites en priode sche ou par temps de
pluie. Parfois, la prise en compte de cette notion
de rendement peut impliquer des exigences de
concentration en PT en sortie irralistes, la
concentration en entre tant excessivement
faible, due un facteur de dilution trop lev
aggrav par des eaux de teneur en phosphate de
plus en plus faible.
Une collectivit situe hors zone sensible peut
aussi avoir des contraintes fortes sur le rejet
compte tenu dun milieu rcepteur trs fragile et
non rpertori comme zone sensible.
A lexception de la notion de rendement qui
dpend de la concentration dentre et peut tre
trs exigeant pour des eaux uses trs dilues, on
parlera de contraintes fortes lorsque la
concentration demande du rejet est infrieure
1,2 1,5 mg de PT/L et dune DCO totale
infrieure 70 mg/L. Dans ces deux cas, un
traitement tertiaire devient indispensable avec
toutes les consquences qui en dcoulent : cots
dinvestissement et dexploitation pour une
fraction limine sur ltage relativement faible.
La limite des principaux paramtres est la
suivante :
Pour la DCO totale :
La composition dune eau de sortie aprs une
filire de traitement biologique (boue active ou
biofiltration) issue dune eau use domestique
normalement concentre est compose :
- Dune fraction soluble appele DCO dure ou
rfractaire (non biodgradable) qui peut
reprsenter 30 35 mg de DCO soluble / L.
- Dune autre fraction soluble biodgradable mais
non biodgrade. Sa concentration peut tre
approche par la valeur mesure en DBO5
soluble multiplie par 2,4 (valeur issue du ratio
DCO/DBO5 des eaux traiter).
- Et dune fraction particulaire compose de
biomasse rejete dont la concentration est
obtenue par la concentration en MES multiplie
par 1,2 (valeur issue de la mesure de la DCO
particulaire en sortie station).
Des rejets infrieurs 30 40 mg de DCO/L
demands sur des eaux normalement concentres
ncessiteraient dliminer toute la fraction
particulaire (techniques membranaires) ainsi que
la fraction totale biodgradable. Ce dernier point
est aussi difficilement envisageable car on
observe pour des traitements pousss un rsiduel
biodgradable en DCO de lordre de 3 mg/L li
aux variations journalires et de mineurs courts
circuits hydrauliques.
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
11
Rappelons que pour le milieu rcepteur, cest bien
la fraction biodgradable reprsente par les MES
et la DBO5 qui est nfaste au milieu.
Pour le phosphore total :
Au niveau du rejet au milieu naturel en sortie de
station dpuration, on retrouvera essentiellement
le phosphore, des concentrations variables
suivant la filire de traitement retenue, sous les
formes suivantes :
- Le P-PO43- rsiduel qui na pas t limin
biologiquement et chimiquement. Dans le cas
dun traitement pouss amont, la valeur dortho-
phosphates peut atteindre 0,2 0,3 mg/L.
- Le Phosphore des MES compos de P constitutif
de la biomasse (MVS) et de P non solubilis
adsorb. Ce phosphore particulaire peut
atteindre une concentration de lordre de 0,8
mg/L d 15 20 mg de MES avec un taux de
P de 4,5 % (en raison dune dphosphatation
biologique et physico-chimique lamont).
Rappelons que pour les milieux rcepteurs
sensibles leutrophisation, la fraction pnalisante
est reprsente par les orthophosphates dont les
concentrations sont dj trs faibles.
Photo : Goulotte de rcupration des eaux dcantes
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
12
CHAPITRE 2
Un traitement tertiaire par clarifloculation permet
uniquement :
Une limination (voir un affinage en raison
des faibles concentrations lentre de
louvrage) de la pollution particulaire par la
rduction des MES du rejet en sortie de
traitement secondaire. Labattement de ces
MES (principalement composes de flocs)
permet une rduction des paramtres
constitutifs de la biomasse limine (appele
aussi MVS) :
1 mg de MVS permet un abattement de lordre
de :
de 0,6 mg DBO5
de 1,45 mg de DCO
de 0,09 mg dazote ( 9% des MVS)
et de 0.02 0.06 mg de Phosphore (2 6
% des MVS en fonction du type de
traitement du phosphore lamont).
Et une rduction des formes solubles du
phosphore reprsentes par les ortho-
phosphates, par lajout de sels mtalliques
(de fer ou daluminium) conduisant la
formation dun prcipit dcantable.
Dans le cas des eaux rsiduaires domestiques
normalement concentres, la clarifloculation
tertiaire laval dun traitement biologique
permettrait datteindre les concentrations
suivantes :
DCO totale MES PT
45 50 mg DCOT /L
En raison dun talon dur ou rfractaire de
30-35 mg/L, de la DCO lie aux MES de
lordre de 10 mg/L (8 mg MES/L x 1,2), et
de la DCO soluble biodgradable de lordre
de 5 mg/l (2 mg DBO5 / L x 2,4)
8 mg MES/L 0,7 0,8 mg PT/L
En raison dun rsiduel de 0,1 0,2 mg de
P-PO43-/L et de 0,5 mg/L de P organique
(cas dune dphosphatation biologique
lamont (8 mg MES/L x 0.06)
Compte tenu des concentrations moyennes
rejetes par un traitement biologique classique
pouss, les rendements escompts par un
clarifloculateur sont les suivants :
LE TRAITEMENT TERTIAIRE PAR CLARIFLOCULATION
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
13
Paramtres
Concentration lentre
du clarifloculateur (ou en
sortie traitement
biologique secondaire
pouss) en mg/L
Concentration escompte
en sortie clarifloculateur
en mg/L
Do les rendement
escompts moyens pour
un traitement tertiaire
par clari floculateur
%
DCO totale 60 - 70 45 30
MES 15 - 20 8 55
PT 1,2 - 1,5 0,75 50
Tableau 5 Rendements escompts sur un clari-floculateur en tertiaire
On observe des rendements globalement faibles
en raison du traitement pouss sur la filire
amont.
RAPPEL DU PRINCIPE DU TRAITEMENT PHYSICO-CHIMIQUE
Le traitement physico-chimique est effectu par la
mise en place dun dcanteur de type lamellaire
associ lintroduction de ractifs chimiques
couramment utiliss. Cet abattement physico-
chimique met en jeu trois mcanismes dont deux
essentiels :
La prcipitation des fractions particulaire et
collodale aprs neutralisation des particules
par lajout dun coagulant.
La prcipitation des ortho-phosphates (forme
soluble) par lajout dun sel mtallique.
On observe aussi ladsorption de quelques
composs solubles (matire organique) dont
labattement est relativement ngligeable.
En traitement tertiaire, llimination est plus
dlicate en raison des faibles concentrations
lentre de louvrage en particulier pour
labattement des fines.
ROLE DES REACTIFS PHYSICO-CHIMIQUES : ETAPES DITES DE COAGULATION PUIS DE FLOCULATION
COAGULATION :
Le but de la coagulation est de neutraliser les
charges lectriques des particules collodales afin
de favoriser la formation d'un agglomrat. Ces
particules sont en suspension dynamique dans
leau et le coagulant inject dstabilise les
particules en limitant les forces stabilisatrices des
collodes : la charge superficielle des collodes
(charge ngative) est neutralise par lapport dun
cation (le coagulant), des sels mtalliques sont
gnralement utiliss pour leur forte charge
cationique. Les particules vont alors pouvoir
sapprocher les unes des autres et se lier
convenablement lors dventuels phnomnes de
contact. Cette raction ncessite un brassage
rapide pour faciliter ce contact.
Les ractifs utiliss sont des sels mtalliques (fer
ou aluminium) qui permettent galement la
prcipitation des orthophosphates.
A titre dexemple, la raction du chlorure ferrique
avec les ortho-phosphates est la suivante :
Formation dun prcipit appel phosphate de fer
Une raction parasite a galement lieu en
parallle avec leau avec la formation d'un
hydroxyde de fer :
Cette seconde raction ncessite de travailler avec
des excs de sels mtalliques par rapport la
stchiomtrie pour atteindre le degr dpuration
(ou rendement) souhait. Ces excs sexpliquent
par la comptition entre la raction de
prcipitation des phosphates et celle des
hydroxydes.
La quantit de fer inject est donc toujours
utilise pour la prcipitation simultane des
FePO4 Fe3+ + PO4
3-
FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3 HCl
Formation dun prcipit appel hydroxyde de fer
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
14
phosphates et des hydroxydes qui saccompagne
dune baisse du pH et dune augmentation de la
conductivit.
FLOCULATION :
La floculation reprsente ltape o les particules
dstabilises sont rassembles en agrgats
(flocs). Cette raction est ralise par lapport de
floculants en raison de leur trs haut poids
molculaire et de leur charge ionique qui permet
de rassembler les particules dstabilises.
La floculation est gnralement ralise en 2
temps :
Injection du floculant : un brassage rapide
permet une bonne rpartition.
Maturation du floc : un brassage plus lent
permet la formation et le rassemblement du
floc.
Remarque : un dcalage dans le temps de 1 3
minutes entre les injections de coagulant et de
floculant est souhaitable pour permettre une
meilleure efficacit.
QUANTITES A INJECTER :
La quantit de fer apporter est principalement
dicte par les rendements dlimination souhaits
en P-PO43- - et en pollution particulaire.
La bibliographie valide par des exprimentations
sur site prconise des ratios molaires sels
mtalliques/phosphore initial (Fe/P) diffrents
pour atteindre un mme rendement suivant la
concentration en orthophosphates au point
dinjection, do des diffrences de dosage selon
le type de traitement retenu : primaire ou
tertiaire.
Le tableau 6 suivant montre bien que la
concentration initiale en orthophosphate est un
facteur important pour lobtention dun rendement
dlimination donn. Ainsi, pour un mme
rendement dlimination, le ratio Fe/P initial sera
plus faible pour des eaux concentres que pour
des eaux peu charges (cf. fiche n3 - Calcul de la
dose de coagulant apporter et fiche n4 -
Vrification du taux de traitement).
Pour un rendement en P de 90 %
Concentration en P-PO43- en mg/L 2 - 5 5 - 10 15
Ratio molaire Fe/P prconis 3,5 2,5 1,5
Tableau 6 Ratio molaire Fe/P appliqu utilis en fonction de [P-PO43-] pour un mme rendement de 90%
En rsum, pour atteindre un abattement en PT
de l'ordre de 80%, on retiendra en premire
approche :
En traitement primaire ou traitement
secondaire, pour une concentration en P de
lordre de 12 15 mg/L, un ratio molaire
Fe / P appliqu de lordre de 1,5 2 pour une
prcipitation physico-chimique seule et un
ratio molaire Fe / P appliqu de lordre de 1,2
1,5 pour une dphosphatation combine
(physico-chimique et biologique).
Par contre, en traitement tertiaire, pour des
concentrations en P-PO43- en entre douvrage
plus faibles, souvent infrieures 5 mg/L, un
ratio Fe / P initial de lordre 2,5 3.
Ces diffrents ratios seront ensuite ajusts
rgulirement en fonction de la concentration en
P-PO43- obtenue en sortie douvrage. Des ratios
levs auront des consquences importantes sur
la production de boues physico-chimiques, sur la
consommation suprieure de TAC pouvant
entraner une baisse du pH , sur des risques de
corrosion et sur les cots dexploitation.
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
15
PRESENTATION DES PRINCIPAUX SYSTEMES COMMERCIALISES EN FRANCE
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES CLARI-
FLOCULATEURS :
Ils sont caractriss par un dcanteur lamellaire
prcd dune tape de coagulation-floculation
optimise.
Le procd fonctionne en trois tapes :
Coagulation avec apport de sels mtalliques.
Floculation ralise en deux temps : injection
du floculant associe un brassage rapide
puis maturation du floc associe un
brassage plus lent, soit la prsence de deux
zones plus ou moins distinctes en srie.
Dcantation par sdimentation du floc au sein
dun dcanteur lamellaire. Cette dcantation
est optimise par des techniques diffrentes
suivant le procd.
Nom commercial des procds existants en France et leur constructeur :
Densadeg
Degrmont
Delreb
Streau
Actiflo
OTV - Volia
Particularits :
Procd Densadeg / Delreb
La floculation est optimise par une recirculation
des boues prleves en fond de dcanteur
lamellaire qui sont rinjectes dans ou en amont du
floculateur.
Cette recirculation permet une amlioration de la
capture des MES (dites fines), une meilleure
floculation, un lestage du floc par formation du
nouveau floc autour du floc recircul et une
optimisation de la quantit de ractifs utiliss.
Les boues extraites sont suffisamment concentres
pour tre envoyes directement vers la filire
dshydratation.
Procd Actiflo
La floculation et plus particulirement sa
sdimentation est optimise par lapport de
micro-sable dans le floculateur. Celui-ci, avec
laide des ractifs utiliss, joue le rle de noyau
pour le floc qui sera ainsi fortement lest du fait
de la densit leve du sable.
Les boues sableuses dcantes sont diriges
vers un hydrocyclone qui spare le sable (pour
sa recirculation) des boues extraites.
La faible concentration des boues impose
gnralement leur passage par un paississeur
avant la filire de dshydratation.
Dcanteur quip de lamelles Hexagonales nid dabeille
Tableau 7 Particularit des trois principaux procds existants en France
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
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Schmas de principe des trois procds
Densadeg Delreb Actiflo
Points dinjection :
- FeCl3 : apport soit dans la canalisation dalimentation soit en tte du bassin de coagulation,
- Floculant : apport sous lhlice du floculateur dans certains cas, une seconde injection est prvue au niveau de la canalisation de la recirculation des boues,
- Boues sont recircules en sortie de coagulation ou dans le bassin de floculation
- FeCl3 : apport dans la canalisation dalimentation ou en surface du bassin de coagulation,
- Floculant : apport en tte de la cuve dinjection ou de la cuve de maturation,
- Sable : il est rintroduit en tte de la cuve dinjection
tulipe
Dcanteur paississeur Racteur
piston Racteur agit
Extraction boues
Reprise des eaux par goulottes
Eau brute aprs
injection coagulant
Recirculation de boues
Racleur + herse
Reprise
des
flottants
floculateur
Mlange rapide
(coagulation)
Eau brute
racleur
Extraction
des boues Recirculation des boues
Reprise des eaux par
goulottes
M
racleur
Eau
brute
reprise des eaux traites par goulottes
Boues sableuses
coagulation injection maturation
hydrocyclone
sable
boues
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
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Certains points de conception ne seront pas
abords dans ce document afin de respecter la
confidentialit des donnes spcifiques aux
constructeurs.
Autres particularits de certains de ces systmes :
En surface de certains racteurs, une cope
manuelle (ou automatique) est installe pour
l'limination des flottants au niveau de la zone
dadmission des boues.
En fond de dcanteur lamellaire, on note la
prsence continue dun lit de boue avec en
partie suprieure de la fosse une zone de
concentration des boues plus faible pour leur
recirculation en tte du procd et en partie
infrieure une zone pour leur paississement
avant extraction.
Lpaississement est favoris par la prsence
dune herse fixe sur le racleur.
Photo : Blocs lamellaires vue de dessus (ouvrage vide) Photo : Dcanteur lamellaire en fonctionnement vue de dessus
En conclusion, l'exception des rendements
souhaits, les arguments mis en avant par les
constructeurs pour la mise en place de ces
procds sont gnralement les suivants :
Ouvrage compact, de faible emprise au sol et
donc facile couvrir (intgration paysagre,
traitement des odeurs).
Procd physico-chimique sadaptant aux
variations de charge qui permet des ouvrages
en traitement mixte (tertiaire / pluvial), ce qui
vite des ouvrages spcifiques au temps de
pluie.
Etage modulaire permettant un
agrandissement futur de linstallation de
traitement.
Procd permettant une scurit vis vis du
milieu rcepteur en cas de ncessit de by-
pass temporaire du traitement biologique (lors
des rhabilitations dinstallation par exemple)
ou lors de problmes de dysfonctionnement
biologiques (bulking : bactries
filamenteuses).
Dphosphatation laval du traitement
Biologique qui vite les risques de
dsquilibre nutritionnel par abattement trop
pouss du phosphore en primaire.
Dmarrage immdiat du traitement.
Gain de performance de la dsinfection par
UV situe laval lorsquelle est demande.
LES POSSIBILITES DINSERTION DANS LA FILIERE DE TRAITEMENT DES EAUX.
Ces procds peuvent sintgrer diffrents
niveaux dans la filire de traitement des eaux
uses :
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
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EN TRAITEMENT PRIMAIRE
Installs aprs les prtraitements pousss en
raison du bloc lamellaire (dgrillage, dessablage
et dshuilage), ils fonctionnent en traitement
primaire et permettent de soulager ltage
biologique aval par un abattement de la pollution
organique (MES et fraction collodale) et des
orthophosphates (fraction soluble).
On peut noter que dans certains cas, les
prtraitements peuvent tre entirement intgrs
au procd comme par exemple pour le
Densadeg "4D".
EN TRAITEMENT TERTIAIRE
Ils sont installs en aval dun traitement
secondaire biologique (boue active + clarificateur
ou biofiltres).
Leur implantation en tertiaire a deux objectifs
principaux :
Raliser une dphosphatation physico-
chimique par abattement du phosphore
rsiduel dissous en sortie du traitement
biologique dans les cas o des rejets trs
faibles en P sont demands,
Affiner le traitement biologique amont par
rtention des MES (et donc de la fraction
particulaire des autres pollutions) prsentes
en sortie du clarificateur.
Dans certains cas, les niveaux de rejet en PT
demands sont dj atteints lentre de
louvrage tertiaire. Sur ces sites, le traitement
tertiaire par temps sec devra tre mis larrt
avec un fonctionnement en traversier :
- Pour lActiflo : un fonctionnement sans ractif
ni recirculation ou avec ractifs et une
recirculation occasionnelle pour permettre
lvacuation des boues stockes.
- Pour le Densadeg : un fonctionnement sans
ractif mais avec recirculation des boues.
Le by-pass total de ltage peut tre envisag
pour une priode importante dans le cas par
exemple dinstallations rcentes sous charges.
EN TRAITEMENT MIXTE :
TRAITEMENT PRIMAIRE EN TEMPS DE PLUIE ET
TERTIAIRE EN TEMPS SEC
Diffrentes configurations existent pour cette
implantation en traitement mixte. Par temps de
pluie, le traitement des eaux peut tre ralis sur
un clari-floculateur destin un traitement
tertiaire par temps sec. Celui-ci peut alors traiter
la totalit des eaux brutes prtraites, seulement
le volume en provenance de la file orage ou le
mlange des eaux en provenance de la filire de
traitement biologique et de la file orage.
Traitementbiologique
Clarificateur
Clarifloculateur
Traitementbiologique
Clarificateur
Clarifloculateur
Traitementbiologique
Clarificateur
Clarifloculateur
Rejet RejetRejet
Ou
Temps sec Episode pluvieux
Figure 1 Diffrentes configurations dimplantation en traitement mixte
Les Clari-floculateurs
plus particulirement utiliss en traitement tertiaire
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Remarque : Gestion des ouvrages mixtes
tertiaire / pluvial
Le fonctionnement des clarificateurs en traitement
mixte, tertiaire et pluvial, peut induire des
contraintes de gestion et dexploitation plus
importantes.
Les prconisations des constructeurs pour ce type
de fonctionnement sont souvent abandonnes sur
les sites visits en raison de laccroissement des
contraintes dexploitation :
Le changement de floculant suivant la priode
(temps sec / temps de pluie) nest pas
ralis : un seul floculant anionique adapt
des caractristiques moyennes des eaux
traiter est utilis.
De plus, la priode dattente, de lordre de 30
minutes, pour la prparation dun nouveau
floculant plus adapt au temps de pluie ne
milite pas pour lutilisation de floculant
spcifique.
Aprs de vritables pisodes pluvieux, le floc est
dstabilis par lessivage (flocs plus petits, pertes
importantes de fines). Le retour un
fonctionnement stable nest pas instantan et un
rejet dgrad est observ durant quelques heures
(perte de fines).
Enfin, le dmarrage rapide du procd semble
galement tre difficile : la cration de flocs
suffisamment importants est le facteur limitant du
procd Densadeg, lActiflo pouvant peut-tre
mieux convenir un fonctionnement discontinu
par lapport de micro-sable qui joue le rle de
support immdiatement utilisable et facilite ainsi
la cration de flocs fortement lests.
EN TRAITEMENT SPECIFIQUE
Louvrage peut galement tre ddi un
traitement spcifique au sein de la filire, comme
par exemple le traitement des eaux de lavage de
biofiltres nitrifiants.
AUTRES SYSTEMES POUVANT REMPLACER LE
CLARI-FLOCULATEUR EN TRAITEMENT TERTIAIRE
En traitement tertiaire, en aval des boues
actives, ces clari-floculateurs peuvent tre
remplacs par un ouvrage ayant un rle unique
de filtration (abattement prioritaire du
particulaire). Dans cette option, le rle de scurit
vis vis du milieu naturel est privilgi
labattement du phosphore.
Deux filires sont actuellement disponibles pour
cette configuration :
La mise en place de membranes en
remplacement du clarificateur. Dans ce cas,
leffluent rejet ne contient pas de MES et
donc aucune forme de phosphore particulaire.
Seul le phosphore sous forme dissoute est
rejet une concentration pouvant tre trs
faible si la filire amont est quipe dune
dphosphatation (0,2 0,3 mg de P/L est
envisageable). Dans le cas dune
dphosphatation physico-chimique amont,
une surveillance accrue du procd devra tre
effectue pour viter les risques de
colmatage.
La mise en place dune filtration sur sable
laval dune clarification secondaire. Cette
filire permet une bonne rtention des MES
(avec un rejet de lordre de 7 8 mg MES/L)
et donc un rejet en PT faible et infrieur 0,8
mg/L. Par contre, cette filire ncessite , pour
une mme gamme de dbit, une surface plus
leve.
LES PARAMETRES DE DIMENSIONNEMENT
RAPPELS DES BASES DE DIMENSIONNEMENT
PROPOSEES PAR LES CONSTRUCTEURS
Dans la suite de ce document, seulement deux
technologies sont prsentes en raison dun
nombre dinstallations quipes significatif : les
procds Densadeg et Actiflo. Le procd
Delreb tant encore peu commercialis et les
donnes disponibles insuffisantes, ses
performances pourront tre approches de celles
du procd Densadeg dont le principe de
fonctionnement est relativement proche.
Aspects Hydrauliques
Les donnes de dimensionnement des
constructeurs sont annonces par rapport au
dbit de pointe horaire, paramtre retenu lors du
dimensionnement de ce type d'ouvrage.
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