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EAUPOTABLE
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SOMMAIRE
n Le traitement de l’eau potable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-5
n Généralités sur la coagulation et la floculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7
n Les coagulants organiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-11
n Les floculants organiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-13
n Les essais de laboratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-15
n Le charbon actif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-19
n Le matériel industriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-21
n Les procédés de traitement de l’eau potable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-27
n Les produits - les normes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28-29
Ý
4
L E T R A I T E M E N T D E L’ E A U P O T A B L E
2
Elle permet de retenir les fines particulesencore en supension dans l’eau.
Cette étape améliore nettement la clarification des eaux.
Lors de cette étapel’action du coagulant et du floculant
accélère la sédimentation des particulesen suspension.
1
La décantation
La filtration au sable
Une eau potable est une eau qui doit assurer la bonne santé des consomma-teurs. Prélevée dans le milieu naturel, elle doit subir des traitements spéci-fiques qui la rendent propre à la consommation.
Mélangeur
Coagulant
Décanteurstatique
Sable
Pompageeau brute
5
La filtration au charbon actif
La chloration
U P O T A B L E
4
5
L’ozone avec sa fonction oxydante permet de désinfecter totalement
l’eau en détruisant les micro-organismes.elle dégrade aussi les molécules
de grande taille.
Cette étape prévient le développementdes germes. Elle est necessaire pour
garantir une eau saine tout au long duréseau de distribution.
Cette seconde filtration permet de retenir les résidus organiques qui
seraient encore présents.
3
L’ozonation
Ozoneur
Désaturisateur
Charbon actif
Chloration
Mélangeur
Eau potable
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n Principe de base de la coagulation
Fondamentalement, la coagulation implique l’élimination des particules colloïdales. Cette phase est la première étapede la déstabilisation qui consiste essentiellement à neutraliser ou diminuer la charge électrique et à favoriser le rapprochement des colloïdes.
Les particules colloïdales
Les colloïdes sont des particules en suspension dans l’eau dont la taille, inférieure à 1 µm, leurs confère une grande stabilité.
Les particules colloïdales en suspension dans l’eau sont en grande partie responsables de la turbidité, de la coloration,du goût et de l’odeur.
Ces particules sont d’origine :MinéralesÝ limons, argiles colloïdaux, silices, hydroxydes et sels métalliques
OrganiquesÝ acide humiques et fulviques issus de la décomposition de matières végétales et animales,
colorants, tensioactifs ...BiologiquesÝ micro-organismes
Ý pathogènes ou non (bactéries, planctons, algues et virus)
n Mécanisme de la coagulation
La stabilité et donc l’instabilité des particules en suspension dépendent de différentes forces répulsives et attractives :
- les forces d’attraction de Van der Waals,- les forces de répulsion électrostatiques,- l’attraction universelle,- le mouvement Brownien.
La coagulation est un procédé chimique et physique qui, au moyen de réactions entre les particules colloïdales et lescoagulants, permet la cohésion et l’éventuelle sédimentation des agrégats formés.Les coagulants, qui sont toujours cationiques, neutralisent les charges négatives entourant les colloïdes et formentainsi une masse spongieuse appelée micro-floc.
GÉNÉRALITÉS SUR LA COAGULATION ET LA FLOCULATION
Le mot coagulation est issu du latin « coagulare » qui signifie agglomérer. En tant que processus unitairedu traitement de l’eau, la coagulation résulte de l’addition de réactifs chimiques dans des suspensionsaqueuses, afin d’assembler en agrégats plus gros (micro-flocs), les particules colloïdales dispersées.Ces flocs peuvent être éliminés, après floculation, par des procédés de séparation solide-liquide commela décantation, la flottation et la filtration.La coagulation est une étape intermédiaire mais primordiale pour la réussite des procédés physico-chimiques dans le traitement de l’eau potable.
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Colloïde
Colloïde Colloïde
Couche liée
Coagulant
Coagulant
<1 micron
N ET LA FLOCULATION
Afin de déstabiliser une suspension colloïdale, la coagulation agit sur :
1 la neutralisation des chargesÝ diminution des forces électriques répulsives
Dans le cas de la coagulation, la charge cationique apparaît comme étant plus importante que le poids moléculaire.En effet, la charge cationique des coagulants assure la neutralisation des charges de surface, des colloïdes en suspen-sion et facilite ainsi leur déstabilisation et agglomération.
n Principe de base de la floculation
L’étape de floculation ne peut être envisagée que sur une eau contenant des particules déjà déstabilisées. Elle estdonc la suite logique de l’étape de coagulation.
Les particules déstabilisées
L’origine des particules déstabilisées est très variée et dépend essentiellement de la provenance de l’eau à traiter. Ellespeuvent être issues d’une étape de coagulation préliminaire.La charge (+ ou -) apportée par le floculant sera sélectionnée en fonction du type de particules déstabilisées pré-sentes dans l’eau. D’une manière générale, elle peut être :
Plus ou moins anionique pour les particules minérales.Plus ou moins cationique pour les particules organiques.
n Mécanisme de la floculation
Les floculants de par leur très haut poids moléculaire (longue chaîne de monomères) et leur charge, fixent les particulesdéstabilisées et les rassemblent sur leur chaîne. Il va s’en suivre un grossissement de la taille des particules présentesdans la phase aqueuse. Cette étape de formation des flocs est appelée floculation.
Les types de liaison entre les particules et le floculant sont principalement des liaisons ioniques et des liaisons hydro-gènes.
Colloïde
Colloïde Colloïde
Couche liée
Coagulant
Coagulant
<1 micron
2 les mécanismes de pontagesÝ agglomération des particules grâce aux formes
polymèriques des coagulants.
Colloïdes instables
"Pontage"
Formation de flocs
Colloïdes instables
"Pontage"
Formation de flocs
Adsorption initiale Coagulation initialeLe coagulant cationique neutralise les charges négatives des col-loïdes
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Série FLOQUAT TM
Depuis des années, les coagulants organiques sont utilisés en complément des coagulants minéraux(sulfate d’aluminium, chlorure ferrique,...), comme aide à la coagulation ou initiateur de flocs.
Actuellement, le remplacement en totalité ou partie des coagulants inorganiques par des coagulantsorganiques cationiques améliore les procédés de traitement de l’eau potable en conformité avec lesexigences de qualité finale des eaux.
Les domaines d’applications des coagulants organiques sont les suivants :- clarification par décantation,- flottation - clarification,- clarification par filtration directe.
n Avantages de la coagulation organiqueOptimisation des procédés de traitement
l Augmentation du taux de séparation solide-liquide
l Baisse de la consommation de réactif par rapport aux coagulants inorganiques
l Diminution des volumes de boues produites (pas de précipité d’hydroxyde métallique)
l Prolongation de la durée des cycles en filtration directe
l Moins de dépendance vis à vis du pH, pas ou peu de variation de celui-ci
l Moins de consommation d’alcalinité
l Pas de rejet de métaux résiduels (Al, Fe)
l Elimination des algues monocellulaires
Deux principales familles chimiques de coagulants organiques sont utilisées : - les polyamines- les polyDADMAC
Ces coagulants possèdent une forte densité de charge cationique afin de neutraliser les charges négatives des colloïdes et ainsi initier la formation de micro-flocs.Leur poids moléculaire ainsi que leur viscosité sont relativement faibles pour permettre une bonne diffusiondes charges autour de la particule colloïdle et une bonne répartition du polymère dans l’eau brute.
LES COAGULANTS ORGANIQUES
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POLYAMINES Série FLOQUAT TM
Les polyamines quaternaires sont fabriquées par réaction de condensation d'une amine primaire ousecondaire sur de l'épichlorhydrine.
La fonction amine est le facteur qui influence la charge électrique spécifique du coagulant et la capacité de pontage.On peut faire varier le poids moléculaire de 10 000 à 500 000 en contrôlant l’enchaînement de l’addi-tion du monomère dans le réacteur.Les polyamines diffèrent des autres polyélectrolytes par la présence de la charge cationique sur la chaîne principale.
Les polymères industriels ainsi obtenus présentent les caractéristiques suivantes :
l Poids Moléculaire de 10 000 à 500 000
l Forme Liquide, concentration de 40 à 75 %
l Site Cationique sur la chaîne principale
l Viscosité à 50 %, de 40 à 9 000 centipoises
l Stabilité au Chlore
l Compatibilité en mélange avec les coagulants minéraux
l Grande stabilité au stockage
l Utilisable avec ou sans dilution préalable
CH2 CH CH2 CI + ( CH3 )2 NH
O
Epichlorhydrine Diméthylamine Polyamine
CH3
IN ++ CH2 CH CH2
I ICH3 OH
n
CI-
Le DADMAC (Chlorure de diallyldimethyl-ammonium ) est synthétisé à partir de chlorure d'allyleet de diméthylamine.La réactivité du radical allylique du DADMAC durant la polymérisation limite le poids moléculai-re du polymère.
La copolymérisation se fait par cyclisation. On obtient ainsi la structure suivante :
Les produits industriels présentent les caractéristiques suivantes :
l Poids Moléculaire de 50 000 à 3 000 000
l Forme poudre ou liquide de 20 à 50 % de concentration
l Site cationique sur une chaîne secondaire
l Viscosité à 50 % de 1 000 à 22 000 centipoises
l Stabilité au Chlore
l Compatibilité en mélange avec les coagulants minéraux
l Grande stabilité au stockage
l Utilisable avec ou sans dilution préalable
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POLYDADMACSérie FLOQUAT TM
CH2 CH CH CH2
I I CH2 CH2
N+
CH3 CH3 n
CI-
DADMAC
2 CH2 = CH CH2 CI + ( CH3 )2 NH
CH2= CH CH=CH2
CH2 CH2
N++
CH3 CH3
CI-
DADMAC
Base
Chlorure d’Allyle Diméthylamine
polyDADMAC
n Polymères anioniques et non-ioniques
Les polymères non-ioniques sont des homopolymères d’acrylamide.Les polymères anioniques sont différenciés entre eux par la quantité de groupement fonctionnel. Deux principaux monomères sont utilisés : l’acrylamide et l’acide acrylique.
Non-ioniques
Ils sont obtenus par polymérisation de l’acrylamide
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Série FLOPAMTM PWG
Suspension colloïdale stable
Coagulantorganique et/ou minéral
Phase de coagulationdéstabilisation de la suspension colloïdale
Formation de micro-flocs
Floculantpolymère organique
Phase de floculationflocs plus volumineux
Décantation de la suspension
Dans ce processus (coagulation/floculation), la quantité de coagulant organique et/ou minéral est limitée à la quan-tité nécessaire à la déstabilisation des colloïdes et ne nécessite pas d’excès pour former une suspension décantable.
ÝÝ
ÝÝ
ÝÝ
Série FLOPAMTM AH 912 PWG - FA 920 PWGnCH2 = CH
IC = O INH2
Acrylamide Polymère non-ionique
CH2 CHIC = O INH2
- Poids moléculaire de 5 à 15 millions
*grade eau potable
LES FLOCULANTS ORGANIQUES
Les floculants FLOPAM PWG (Potable Water Grade*) sont utilisés en complément des coagulants pouraugmenter les vitesses de décantation. En effet, après la déstabilisation de la suspension colloïdale parle coagulant, le floculant par son poids moléculaire élevé forme de larges agrégats plus facilementdécantables selon la loi de Stokes.On emploie pour l’eau potable des produits de très hauts poids moléculaires anioniques (0 à 50 %) oufaiblement cationiques (< 15 % )
Série FLOPAMTM PWG
n
n Polymères cationiques
Les floculants cationiques sont obtenus par copolymérisation de l’acrylamide et du chlorure de triméthyle ammo-nium éthyle acrylate (ADAM chlorométhylé).
Caractéristiques des produits :- Poids Moléculaire de 3 à 15 millions- Adsorbés facilement par toutes les matières organiques (acides humique, fulvique) et certaines matières minérales (silice)
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Anioniques
Ils sont obtenus par copolymérisation de l’acrylamide et de l’acrylate de sodium en proportions variées adaptées aux suspensions à floculer.
Série FLOPAMTM AN 900 PWG
Série FLOPAMTM FO 4000 PWG
Caractéristiques des produits :- Poids moléculaire de 5 à 22 millions- Facilement adsorbés par les matières minérales
nCH2 = CH + mCH2 = CH + NaOH CH2 CH CH2 CH
C =O C=O C=O Na+ C =O
NH2 OH NH2 O-n m
Acrylamide Acide acrylique Soude Polymère anionique
mCH2 = CH + nCH2 =CH CH2 CH CH2 CH
C =O C=O C=O C=O
O CH3 NH2 NH2 O CH3
CH2 CH2 N+ CH3 CH2 CH2 N+ CH3
CH3 CH3
n
m ADAM Chlorométhylé Acrylamide Polymère cationique
CI-
CI-
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n Test de coagulation et floculation
Cette méthode standard permet de contrôler et de comparer, sur plusieurs échantillons, les effets sur la clarificationet la sédimentation :
- des réactifs mis en œuvre (type, dose, concentration, ordre d’addition)
- des conditions opératoires (intensité et durée d’agitation)
Procédure 1 : Choix du dosage des coagulantsProcédure donnée à titre d’exemple
Etape A - mesure de la température, de la turbidité, du pH de l’eau brute
Etape B - remplir chaque bécher avec 1 litre d’eau brute à traiter
Etape C - ajouter le coagulant organique en solution ou brut, mélangé ou non à un coagulantminéral, en variant les doses introduites
Etape D - phase d’agitation rapide : 250 tr/mn pendant 2 mn
Etape E - phase d’agitation lente (croissance des flocs) : 40 tr/mn pendant 15 mn
Etape F - phase de sédimentation (arrêt de l’agitation) pendant 20 mn
Etape G - prélèvement du surnageant à 3, 5 et 20 mn afin de mesurer la turbidité
Cette série de test nous permet de connaître la dose minimale de coagulant à utiliser pour déstabiliser la suspensioncolloïdale de cette eau brute ainsi que l’excès nécessaire pour obtenir une vitesse de décantation satisfaisante dansle cas où seuls des coagulants sont utilisés.
La procédure 2 qui suit, permet de déterminer le floculant pour lequel la sédimentation sera la meilleure.
Méthode du Jar-test
Ces tests ont pour but de déterminer, au laboratoire, les conditions d’utilisation des coagulants et desfloculants afin d’obtenir une clarification et une sédimentation optimales.
ESSAIS DE LABORATOIRE
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Procédure 2 : Choix du dosage des floculants
Etape A - mesure de la température, de la turbidité, du pH de l’eau brute
Etape B - remplir chaque bécher avec 1 litre d’eau brute à traiter
Etape C - ajouter les coagulants suivant les résultats de la procédure 1
Etape D - phase d’agitation rapide : 250 tr/mn pendant 2 mn
Etape E - ajouter le floculant en solution à différentes doses
Etape F - agitation rapide et courte pour mélanger le floculant
Etape G - phase d’agitation lente : croissance des flocs 40 tr/mn pendant 5 mn
Etape H - phase de sédimentation (arrêt de l’agitation) pendant 10 mn
Etape I - prélèvement du surnageant afin de mesurer la turbidité
Remarque :
Cette procédure n’est que théorique.Il convient d’adapter le protocole d’utilisation du jar-test aux différentes conditions rencontrées sur le terrain.En effet, il est recommandé de reproduire en laboratoire les conditions d’exploitation réelles, spécifiques à chaqueunité de traitement.Par conséquent, en appliquant différents temps d’agitation rapides et lents ou différents temps de sédimentation, laméthode du jar-test permet de déterminer avec précision les doses de coagulant et/ou floculant nécessaires à l’obtention de la qualité des eaux souhaitée.
n Paramètres à surveiller
- Taille des flocs : appréciation visuelle de la taille et du grossissement des flocs durant les phases d’agitation
- Turbidité : sur le surnageant, durant toute la phase de sédimentation courbes : turbidité = f (dose coagulant) et turbidité = f (temps de sédimentation)
- Matières organiques : sur le surnageant, après décantation
- Alcalinité, pH, Aluminium résiduel s’il y a lieu
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CHARBON ACTIF
Dans la segmentation des marchés du charbon actif, l’application eau potable est la première enimportance. En effet, le charbon actif est couramment employé dans la purification des eaux pour lesrendre potables. Que ce soit sous forme poudre ou granulé, le charbon actif a largement prouvé sonefficacité à atteindre les normes réglementaires à moindre coût.
n Avantages
Les principaux objectifs de traitement au charbon actif sont :l Les polluants organiques (pesticides, solvants chlorés, hydrocarbures, …)l Les oxydants (chlore, ozone)l Le goût et l’odeur
Selon l’origine de l’eau à traiter, eaux de surface ou souterraine, ainsi que le niveau de pollution à éliminer, différents procédés seront choisis :
l Injection dosée de charbon actif en poudrel Filtres à charbon actif gravitaires ou sous pression
Normalement le charbon actif en poudre est préconisé lorsque les niveaux de pollution sont très variables ou très éle-vés. La poudre est souvent employée en amont des filtres à charbon actif afin de prolonger la durée de vie de ces der-niers.
A : microporesB, F : mesoporesC, E, D : macropores
A
B
F
C
C
E
D
Les micropores et les mesopores sont suppo-sés être les responsables du phénomène d’ad-sorption et représentent 80 à 90% de la distri-bution des pores.
Dans la segmentation des marchés du charbon actif, l’application eau potable est la première enimportance. En effet, le charbon actif est couramment employé dans la purification des eaux pour lesrendre potables. Que ce soit sous forme poudre ou granulé, le charbon actif a largement prouvé sonefficacité à atteindre les normes réglementaires à moindre coût.
n Principe de base
Le charbon actif est un produit à base de carbone caractérisé par sa structure extrêmement poreuse et par sa très gran-de surface spécifique dont la principale propriété est d’adsorber. L’adsorption a lieu lorsque des molécules sont atti-rées et retenues sur la surface du charbon par des liaisons faibles de Van der Waals (adsortion physique) ou par desliaisons chimiques (adsorption chimique).
La capacité d’adsorption est déterminée par deux facteurs :l La surface internel La répartition de la tailles de pores
Série SORBOPORTM et ANTHRAFILTERTM
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Application Provenance Filtre primaire Filtre secondaire(sans pré-filtration sur sable) (après filtres sur sable)
Goût et odeur Surface ZM 90 8x30 ZM 90 12x40Souterraine ZM 90 12x40 ZM 90 12x40
Pesticides Surface ZM 85 8x30 ZM 85 12x40Souterraine ZM 85 12x40 -
Solvants chlorés Souterraine YV 110 12x40 -
AOX Surface ZM 90 8x30 ZM 90 12x40Souterraine ZM 90 12x40 -
Matières organiquesSurface ZM 90 8x30 ZM 90 12x40(acides humique,Souterrainefulvique) ZM 90 12x40 ZM 90 12x40
Elimination d’ozone Surface YV 100 12x40 -
Conversion Filtre à sable Surface ZM 90 10x20 -
Dechlorination Surface YV 100 12x40 YV 100 12x40Souterraine YV 100 12x40 YV 100 12x40
n Produits et services
SNF fournit une gamme étendue de charbons actifs pour l’eau potable, chacun ayant les caractéristiques requises pouroffrir des solutions spécifiques sur le terrain.
n Charbon actif en granulés
Les principaux types proviennent du charbon de mine ou du charbon de noix de coco. Plusieurs tailles sont disponibles:12x40, 8x30, 10x20 (U.S. Mesh).
Le tableau ci-dessous résume le type de charbon actif Anthrafilter le mieux adapté selon l’application. Ces informa-tions ne sont présentées ici qu’à titre indicatif ; une analyse par nos équipes d’assitance technique sur le terrain per-mettant d’optimiser le choix.
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CHARBON ACTIF
n Charbon actif en poudre
Les principaux types proviennent du charbon de mine ou du charbon de bois. Plusieurs tailles et niveaux d’activationsont disponibles selon les performances souhaitées.
n Conditionnement et mise en œuvre
Les charbons actifs de SNF sont disponibles en sacs de 20 Kg, 25 Kg, 50 lbs, en big bags de 500 Kg, 600 Kg, 1000 Kg ouen vrac.
En ce qui concerne les livraisons en vrac, les camions silo peuvent être remplis de poudre ou de granulés directementà partir des big bags ou bien à partir de silos de stockage. Le camion est déchargé par de l’air compressé quand il s’agitde poudre, mais les granulés doivent être déchargés hydro-pneumatiquement avec l’équipement intégré des camions.Les mêmes camions silo sont employés pour reprendre le charbon usé qui est transféré des filtres par de l’eau sous pres-sion.
SNF possède tout l’équipement nécessaire (pompes, tuyaux, hydro-éjecteurs, camions silo) et le personnel formé auxtâches nécessaires à la manipulation du charbon actif.
n Sélection du charbon actif
Une évaluation détaillée en laboratoire est essentielle pour définir le charbon actif le plus à même de fournir lemeilleur rapport coût / performance dans l’usine de traitement.
l Charbon actif en poudreLe Jar-Test est le meilleur moyen pour sélectioner un charbon actif en poudre. C’est une procédure extrêmementsimple qui permet d’obtenir un isotherme d’adsorption en phase liquide. Le rapport de la capacité d’adsorption /concentration de polluant pour différents charbons actifs, permet de sélectionner le plus adapté ainsi que son dosa-ge. Ces essais s’effectuent en peu de temps et parfois l’extrapolation à l’échelle de l’usine est directe. Ce type d’essais laboratoire esteffectué selon la méthode normalisée ASTM D 3860.
l Charbon actif en granulésLe traitement par charbon actif en granulés sur lit fixe repose essentiellement sur la cinétique d’adsorption basée surles lois de la diffusion. C’est la raison pour laquelle ils doivent être évalués sous des conditions dynamiques.Les essais sont effectués sur des colonnes en lit fixe, l’eau brute à purifier est injectée vers le bas à travers la colonnede charbon actif à un débit mesuré régulier. C’est à partir de ces résultats que le design de la mise en oeuvre grandeurnature est obtenu.Ce type d’essais laboratoire est effectué selon la méthode normalisée ASTM D 6586.
Série SORBOPORTM et ANTHRAFILTERTM
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11
10
100
1000
10 100 1000
Concentration du polluant à l'équilibre (mg/L)
Charbon actif 1
Charbon actif 2
Capa
cité
d'a
dsor
ptio
n X
* (m
g/g)
m
*X : mg de polluant retenu par g de charbonm
Isotherme d'absorption
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MISE EN OEUVRE INDUSTRIELLE
L’application industrielle des polymères organiques dans le traitement de l’eau potable doit êtreadaptée : - aux caractéristiques des eaux à traiter. Les valeurs de pH, de turbidité, d’alcalinité, de dureté et
de matières organiques des eaux brutes conditionnent l’utilisation industrielle des coagulants et floculants.
- aux caractéristiques de l’usine de traitement.
n Emploi des coagulants
Les coagulants organiques cationiques, dans le traitement de l’eau potable, peuvent être utilisés seuls (premier coagu-lant) ou accompagnés de coagulants minéraux (aide à la coagulation).
Utilisés comme premier coagulant, les coagulants organiques peuvent réduire voire éliminer l’utilisation des coagu-lants minéraux conventionnels (sels métalliques).
En utilisation couplée, on peut remplacer la moitié de la dose de coagulant minéral par dix fois moins de coagulantorganique.
Suivant le type d’eau à traiter, il faut déterminer les conditions optimales de mélange. Les deux coagulants peuventêtre mélangés mais une addition séparée des deux réactifs est souvent plus efficace sur la qualité de la coagulation.L’ordre d’introduction peut avoir une influence sur la qualité de l’eau obtenue.
Lorsque les eaux de surface sont douces et peu minéralisées (ex : Bretagne, Afrique équatoriale), les coagulants organiques sont très efficaces car ils requièrent une faible alcalinité pour leur fonctionnement.
Lorsque le traitement des boues est coûteux (déshydratation, incinération), l’emploi des coagulants organiques est intéressant du fait du faible volume de boues engendré.
L’indépendance des coagulants organiques vis à vis du pH permet une utilisation très avantageuse de ces réactifs ausein des différentes filières de traitement.
n Emploi des floculants
L’ajout d’un floculant après coagulation se justifie en fonction des temps de décantation imposés par la filière de traitement. Plus le temps de décantation est court, plus l’utilisation du floculant sera indispensable. Cet ajout permetdans de nombreux cas d’augmenter sensiblement le débit d’entrée sans compromettre la qualité.
La dose de floculant à ajouter est très faible, de l’ordre de 0,01 à 0,5 ppm.
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n Les coagulants organiques liquides
La mise en solution des produits est relativement simple pour les coagulants sous forme liquide.
Le mélange du coagulant dans l’eau à traiter s’effectue très facilement et rapidement au moyen d’une agitation mécaniquerapide adaptée à la cuve.Dans un grand nombre de stations, une dilution en ligne du coagulant concentré est habituellement utilisée.Pour obtenir une bonne coagulation, le coagulant doit être additionné dans le système au niveau d’une zone suffisam-ment turbulente afin d’assurer une bonne dispersion et un bon mélange. Idéalement, la zone de turbulence doit êtresuivie d’une zone à écoulement plus calme.
Les coagulants sont peu sensibles à la dégradation mécanique. Tout type de pompe de transfert ou de dosage peutêtre utilisé (engrenage, piston, membrane). Cependant, pour les produits de viscosité supérieure à 1000 cps, lespompes à engrenage ou type moineau sont préférées.
n Les floculants organiques poudres
La dissolution industrielle des floculants, sous forme de poudre, est une opération délicate du fait des caractéristiquessuivantes :
l Les solutions, même diluées, sont très visqueuses,l Ces polymères sont sensibles à la dégradation mécanique sous agitation élevée,l Les grains ont tendances à s’agglomérer s’ils ne sont pas dispersés dans de bonnes conditions.
Une installation comporte :l Un système de dispersion de la poudre dans l’eau permettant de mouiller les grains sans les agglomérer.
Mouillage statique l Ejecteur à poudre (système manuel)l Pelle de mouillage (système automatique)
Mouillage dynamique l Type FLOQUIP WU ®
l Un système de cuves de dissolution travaillant en continu ou en disconti-nul Des pompes de transfert ou de dosage
Il est toujours recommandé d’effectuer les dissolutions à la concentrationmaximale compatible avec l’installation et de diluer le polymère après ledosage. La notice de chaque produit comporte les concentrationsconseillées correspondant à des viscosités établies. Les floculants sont pseudoplastiques en solution et leur viscosité diminue lorsque le cisaillement augmente. A partird’un certain taux de cisaillement, les molécules elles-mêmes sont dégradées de manière irréversible. On considère que des vitesses périphériques jusqu’à 8 m/s sont acceptables, à partir de 10 m/s la dégradation du pro-duit devient trop importante.
Remarque :La documentation FLOQUIP® présente les matériels industriels de mise en solution.
MATERIEL INDUSTRIEL
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LES PROCEDES DE TRAITEMENT DE L’EAU POTABLE
Schéma général de la filière de traitement de l’eau potable
l Traitement primaire (dégrillage, dessablage, déshuilage)ne se justifie que pour des eaux de surface très polluées. Il permet d’éliminer les matières de grandes dimensions quipourraient gêner la mise en oeuvre des autres traitements.
l Préoxydation physique (aération) ou chimique (O3, Cl, ClO2) pour extraire les gaz dissous (CO2, H2S)pour oxyder certains composés (Matières organiques, Fe2+ , Mn2+)
l Coagulation, floculationformation de flocs à partir des particules colloïdales. Etape primordiale pour le bon fonctionnement des procédés deséparation solide-liquide.
l Flottationséparation solide-liquide par injection d’air ou d’eau préssurisée et de réactifs de manière à flotter les flocs obtenus.
l Décantationséparation solide-liquide par sédimentation. Le plus souvent cette décantation est améliorée par une recirculationinterne ou externe des boues de manière à transformer la floculation diffuse en floculation piston.
l Filtration séparation solide-liquide par filtration sur des lits de sable. L’alimentation se fait gravitairement ou sous pression.Cette filtration dans la masse retient les particules dans l’épaisseur du milieu filtrant. Dans le cas de la filtration direc-te des boues, le lit de sable joue à la fois le rôle de floculateur, de décanteur et de filtre.
l Traitement complémentaire (O3, adsorption sur charbon actif)permet d’éliminer l’excès de matières organiques.
l Désinfection (O3, UV, Cl, ClO2)permet d’assurer la continuité de la qualité du traitement (effet rémanent) et d’éliminer les germes pathogènes (effetbactéricide).
l Traitement spécifique la déferrisation permet d’oxyder Fe2+ par aération (diminution du CO2)
la démanganisation permet d’oxyder Mn2+ par aérationla décarbonatation permet de diminuer la dureté de l’eau dûe à un excès de calciumla neutralisation des eaux agressives (riches en CO2, pauvres en carbonates)
la filtration membranaire (µ Filtration, Ultra-filtration, Osmose inverse)
23
L’EAU POTABLE
Matériels de traitement des eaux potables
n La coagulation, floculation
Le traitement chimique de l’eau peut être divisé en deux étapes. La première est une étape de réaction qui consiste àla déstabilisation des colloïdes et à la formation de flocs, la deuxième est une étape de séparation solide-liquide.Il est important que le procédé mis en oeuvre procure une agitation mécanique importante (floculateur) afin d’augmenter les collisions entre les réactifs (coagulant ou floculant) et les particules colloïdales en suspension.Cependant, le cisaillement doit être faible de manière à ne pas détruire les flocs formés.L’agitation doit être rapide pour la coagulation (flash mixing) et lente pour la floculation.Le floculateur est un procédé souvent sous dimensionné et les résultats obtenus sont loin des résultats envisagés enlaboratoire. En effet, la variabilité des eaux brutes dans le temps impose un surdimensionnement de ce dernier afind’obtenir une bonne efficacité dans les périodes de traitement les plus difficiles.
Eau brute1
1
Extraction des boues2
2
Zone de décantation3
3
Ouvrage d'amenée et de répartition de l'effluent4
4
Fosse à boues5
5
Goulotte de réception des eaux clarifiées6
6
Pont racleur7
Racleur de boues8
8
7
Décanteur-Floculateur
24
n La flottation
Ce procédé (flottateur) permet de séparer les boues par injection d’eau préssurisée détendue. Les flocs chimiques ontune faible densité et une large surface, ils sont donc particulièrement adaptés au procédé de flottation.
LES PROCEDES DE TRAITEMENT DE L’EAU POTABLE
Flottateur
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
Entrée eau brute
Floculateur
Zone de mélange
Eau pressurisée
Bassin de flottation
Pont racleur
Evacuation des boues
Départ eau traitée
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n La décantation
Ce procédé permet aux flocs de décanter par gravité selon un écoulement horizontal ou vertical.
Il existe différents types de décanteur :l Les décanteurs rectangulaires à écoulement horizontall Les décanteurs rectangulaires ou circulaires à écoulement verticall Les décanteurs lamellaires
Dans le cas de la décantation de boues chimiques, un décanteur à écoulement vertical est préférable car il permet unemeilleure surface de contact et donc une meilleure séparation des phases.
5
67
1
Entrée d'eau brute
4
1Sortie d'eau clarifiée2Floculation3
3
Canal de répartition d'eau floculée4Décantation lamellaire5Concentration des boues6
7 Extraction des boues
2 2
Décanteur lamellaire
L’EAU POTABLE
Arrivée effluent
Sortie gravitaireeau décantée
Décanteur à flux horizontal
26
n La filtration
Ce procédé est utilisé habituellement en complément de la sédimentation et de la flottation en fin de traitement del’eau. Dans le cadre de la floculation chimique, la phase de filtration est une phase à part entière de la séparation solide-liqui-de (filtration directe).
Il y a deux types de filtration : l La filtration par écoulement gravitaire
1
1
Sable
2 Plancher béton
3
3
Buselures
4 Entrée de l'effluent
5 Collecteur de soufflerie
6 Entrée eau de lavage et sortie eau filtrée
7 Goulottes d'évacuation des boues
2
4
5
6
7
Filtre à sable
LES PROCEDES DE TRAITEMENT DE L’EAU POTABLE
27
n Traitement des boues (déshydratation)
La réglementation, dans beaucoup de pays, impose le traitement des boues de décantation ou de lavage des filtres.La déshydratation des boues est généralement effectuée par centrifugation, par filtre à bandes ou par filtre presse.Souvent, les eaux sont neutralisées et réinjectées en tête de station. Dans de tels cas, des floculants approuvés eaupotable sont nécessaires.Pour les boues ayant évoluées en cours de stockage, il est nécessaire le plus souvent d’utiliser un polymère cationiqueou une combinaison coagulant/floculant anionique. La quantité de polymère utilisée est de l’ordre de 2 à 10 Kg partonne de matières sèches.
Remarque :La documentation “DÉSHYDRATATION DES BOUES” présente en détail les différents procédés utilisés.
Entrée d’eau brute
Sortie d’eau filtrée
Entrée d’air et d’eau de lavage (cellule 1)
Entrée d’air et d’eau de lavage (cellule 2)
Goulottes de collecte des eaux de lavage
1
1
2
3
4
5
Canal d’évacuation des eaux de lavage
Charbon actif
Plancher à buselures
Dispositif d’extraction du charbon
Dispositif de chargement du charbon
6
7
8
9
10
2
3 4
7 76
8 8
5 510 10
9 9
Filtre à charbon actif
E L’EAU POTABLE
PRODUITS DOSAGE AUTORISÉ(mg/l)
POLYAMINE (NF EN 1409)FLOQUAT FL 2550 SEPFLOQUAT FL 2650 SEPFLOQUAT FL 2850 SEPFLOQUAT FL 2949 SEPFLOQUAT FL 3050 SEPFLOQUAT FL 3150 SEP
POLYDADMAC (NF EN 1408)FLOQUAT FL 4420 SEPFLOQUAT FL 4440 SEPFLOQUAT FL 4520 SEPFLOQUAT FL 4540 SEPFLOQUAT FL 4620 SEPFLOQUAT FL 4820 SEPFLOBEADS DB 45 SEP
MÉLANGE POLYAMINE / PAC (NF EN 1409/NF EN 883)FLOQUAT FLB 1725 SEPFLOQUAT FLB 1740 SEPFLOQUAT FLB 1750 SEP
MÉLANGE POLYDADMAC / PAC (NF EN 1408/NF EN 883)FLOQUAT FLB 4525 SEPFLOQUAT FLB 4540 SEPFLOQUAT FLB 4550 SEP
POLYACRYLAMIDE NON-IONIQUE (NF EN 1407)FLOPAM AH 912 SEPFLOPAM FA 920 SEP
POLYACRYLAMIDE ANIONIQUE (NF EN 1407)FLOPAM AN 905 SEPFLOPAM AN 910 SEPFLOPAM AN 913 SEPFLOPAM AN 923 SEPFLOPAM AN 934 SEPFLOPAM AN 945 SEPFLOPAM AN 956 SEP
101010101010
2512,525
12,525255
905040
905040
0,50,5
0,50,50,50,50,50,50,5
28
PRODUITS AUTORISÉS EN FRANCEPOUR LE TRAITEMENT DE L’EAU POTABLE
Note : Ces informations sont données de bonne foi et dans la mesure de nos connaissances au 1er Septembre 2006Eau Potable FLOPAM™ et FLOQUAT™
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NOTES
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30
NOTES
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SNF SASZAC de Milieux
42163 Andrézieux Cedex - FRANCETel : + 33 (0)4 77 36 86 00Fax : + 33 (0)4 77 36 86 96
L’information présentée dans cette brochure est donnée de bonne foi. En l’état de nos connaissances actuelles, elle reflète la vérité.Il est de la responsabilité de l’utilisateur de faire un bon usage des produits mentionnés à l’intérieur de cette brochure.
10-
2005
