LES ENJEUX DE LA RÉUTILISATION DES EAUX

Croissance démographique, stress hydrique, répartition inégale des ressources en eau sont autant de facteurs qui conduisent de nombreux pays à utiliser de nouvelles sources d’approvisionnement pour satisfaire leur demande en eau.Dans ce contexte, les eaux usées peuvent voir leur usage prolongé ou servir à reconstituer les ressources. Plutôt que d’être rejetées dans le milieu naturel, elles sont traitées et dépolluées pour être réutilisées (re-use).

Î Prolonger les usages de l’eau

Dans les régions où les quantités d’eau prélevées sont règlementées, alors que les besoins agricoles, urbains ou industriels sont importants, la réutilisation soulagera les ressources traditionnelles en favorisant la réduction des prélèvements d’eau dans les ressources naturelles.

Î Reconstituer la ressource naturelle

Dans les régions où les ressources naturelles se tarissent, la régénération des eaux usées peut accélérer le cycle naturel et servir à réalimenter les nappes ou à reconstituer des réserves d’eau.

Î Préserver l’environnement

Dans les régions où le tourisme est l’activité économique principale, la réutilisation contribuera à préserver le cadre naturel des sites touristiques par l’absence de rejet.

De nombreux pays, et notamment ceux qui connaissant les plus grands stress hydriques, ont mis en place des normes ou des règlementations pour développer la réutilisation des eaux usées dépolluées.

PRINCIPES PHYSIQUES DE LA FILTRATION

La filtration consiste à séparer une phase liquide d’une phase solide au moyen d’une barrière mécanique. Cette barrière, appelée filtre, possède des mailles suffisamment petites pour retenir les solides et laisser passer le liquide.Trois mécanismes principaux interviennent successivement : capture, fixation et détachement. Leur importance dépend des caractéristiques des particules à retenir et du matériau filtrant mis en œuvre.Les particules solides contenues dans un liquide et les particules colloïdales plus ou moins floculées ne possède pas les mêmes caractéristiques et ne réagissent pas dans la même proportion à ces divers mécanismes.

Î Mécanisme de capture

Il se présente essentiellement sous deux aspects :• tamisage mécanique : il s’agit de la rétention des particules

plus grosses que la maille du filtre ou que celle des éléments déjà déposés formant eux-mêmes un matériau filtrant. Ce phénomène est d’autant plus important que la maille du matériau filtrant est plus fine : il est de peu d’importance pour un lit filtrant composé de matériau relativement grossier. En revanche il est prépondérant dans une filtration sur support mince : tamis, manchon filtrant…

• dépôt sur le matériau filtrant : la particule en suspension suit dans le liquide une ligne de courant ; sa taille, comparée à celle des pores, pourrait lui permettre de traverser le matériau filtrant sans être arrêtée et pourtant, lors de sa trajectoire tortueuse dans le lit, des contacts particule/matériau vont permettre sa capture. C’est un mécanisme très important dans la filtration en profondeur.

Î Mécanisme de fixation

La fixation des particules à la surface du matériau filtrant est favorisée par une faible vitesse d’écoulement. Elle est due à des forces d’origine physique (coincement, cohésion…) et à des forces d’adsorption, principalement les forces de Van der Waals.

Culturellement, Degrémont est très attaché au partage de la passion de ses collaborateurs pour les métiers de l’eau.En complément du Mémento Technique

de l’eau, Degrémont propose “Les Feuillets Mémento” pour mieux connaître les différentes

techniques disponibles et pour découvrir les nouveautés et les grandes évolutions technologiques.

Les Feuillets Mémento Technique de l’Eau Degrémont

CompakblueTM

Eaux résiduaires Clarification tertiaire Filtration mécanique

Re-use

CultiverArroser Nettoyer Fabriquer Irriguer Réapprovisionner

Î Mécanisme de détachement

Sous l’action des deux mécanismes précédents (capture et fixation), il se produit une diminution de l’espace entre les parois du matériau recouvertes de particules déjà déposées. Il y a alors augmentation de la vitesse d’écoulement intergranulaire, entraînant plus avant dans le matériau filtrant (progression du « front de filtration ») ou même dans le filtrat (« crevaison ») les dépôts déjà retenus qui peuvent se détacher partiellement.

COLMATAGE ET LAVAGE DU MATÉRIAU FILTRANT

On appelle colmatage l’obstruction progressive des interstices du matériau filtrant. Le colmatage provoque une augmentation de la perte de charge et si la pression d’alimentation reste constante, le débit du filtrat baisse (filtre à débit décroissant, « declining rate »).

Pour fonctionner à débit constant, il faut donc :

• soit augmenter la pression appliquée au lit filtrant au fur et à mesure du colmatage (ex. : filtre « à encrassement ») ;

• soit maintenir cette pression constante et placer à la sortie du filtre un système de régulation qui exerce une perte de charge complémentaire, laquelle décroît au fur et à mesure que le lit se colmate. Ces filtres dits « à compensation du colmatage » sont les plus utilisés en traitement des eaux.

La vitesse de colmatage dépend :

• des matières à retenir : elle est d’autant plus grande que le liquide est plus chargé en matières en suspension (MES), que ces matières ont une plus grande cohésion et qu’elles sont susceptibles, elles-mêmes, de prolifération (algues, bactéries) ;

• de la vitesse de filtration ;

• des caractéristiques de l’élément filtrant : dimension des pores, homogénéité, rugosité, forme du matériau.

Le filtre est colmaté lorsqu’il a atteint la perte de charge maximale prévue par le fabricant. Il importe alors de le ramener à son état initial par un lavage efficace dont le mode est lié au type de filtre et à la nature des éléments retenus. Le temps de fonctionnement écoulé entre deux lavages successifs s’appelle un cycle de filtration.

CHOIX DU MODE DE FILTRATION

Le choix entre les divers types de filtration sur support ou sur lit granulaire dépend de plusieurs critères :

• caractéristiques du liquide à filtrer, de ses impuretés et de leur évolution dans le temps ;

• qualité du filtrat à obtenir et tolérances admises ;

• conditions d’installation ;

• possibilités et moyens disponibles pour le lavage.

La possibilité d’un lavage aisé, efficace et économique est aussi importante dans le choix du filtre que l’obtention de la meilleure qualité de filtration. Cette dernière ne se conserve dans le temps que si le lavage permet de retrouver en début de chaque cycle les caractéristiques d’un filtre propre.

Î Présentation du procédé

Le procédé Degrémont CompakblueTM est un filtre à disques immergés préconisé pour l’abattement des MES et des polluants associés en filtration tertiaire des eaux résiduaires urbaines, en alternative à la filtration sur média granulaire. Ce procédé est particulièrement adapté au re-use ou au rejet en zones sensibles.

Principe des disques filtrants

Le CompakblueTM est un filtre mécanique à encrassement.

La filtration est réalisée par des matériaux filtrants montés sur des supports plastiques.Lors du cycle de filtration, l’eau traverse le matériau filtrant des disques qui retient les MES dès qu’elles présentent une taille supérieure à 8 μm. Selon l’application, il est possible de choisir un type de filtre et de toile ayant un seuil de coupure supérieur. Le filtrat rejoint ensuite le canal de sortie de l’ouvrage via le tube support des disques.C’est un filtre gravitaire à encrassement sans régulation de niveau.Lors du fonctionnement du CompakblueTM, sans arrêt de la filtration, une partie du matériau filtrant est automatiquement lavé à intervalles réguliers par aspiration ou par jet d’eau, selon la version installée, sans réactifs chimiques. Au cours de la filtration, le niveau d’eau filtrée en aval est constant alors que le niveau d’eau à filtrer en amont monte au fur et à mesure de l’encrassement. Le lavage se déclenche au dépassement du niveau de consigne d’eau amont ou sur horloge.

La spécificité du CompakblueTM réside dans la standardisation de sa fabrication et sa compacité. Il se décline en deux versions : une version avec filtration par micro-tamis, développée par Nordic Water, et une version par filtration sur toile, développée par la société Mecana.

• Filtration par micro-tamis (Nordic Water)

L’eau à filtrer entre dans le cylindre central, puis dans les disques et traverse le média filtrant apposé sur les faces des disques. La filtration est de type In/Out : elle se fait de l’intérieur vers l’extérieur de chaque disque. L’ensemble est partiellement immergé dans une cuve en béton (version standard) ou en acier (pour les plus petites stations).

CompakblueTM

Les Feuillets Mémento Technique de l’Eau Degrémont

La filtration se fait en continu, il n’y a pas d’arrêt pendant le lavage.L’eau chargée issue du lavage est recueillie dans une goulotte à l’intérieur du cylindre central.

Cette version est adaptée pour des installations de 40 à 9 000m3.h-1

• Filtration sur toile (Mecana Umwelttechnik AG)

Chaque disque filtrant de 2,1 m de diamètre est recouvert d’une toile spécifique. La filtration est de type Out/In, de l’extérieur vers l’intérieur des disques. L’eau filtrée est récupérée dans un collecteur solidaire des disques.Chaque filtre peut être équipé de 2 à 15 disques.Totalement immergé dans un bassin, le procédé évite le développement biologique sur les toiles.

Le lavage des disques est très court et fréquent. Il s’effectue disque par disque. Au cours de la procédure de lavage, les fibres sont brièvement redressées dans le dispositif d’aspiration, de sorte que les matières solides retenues sont évacuées aisément.La filtration se fait en continu, il n’y a pas d’arrêt pendant le lavage.

Cette version est adaptée pour des installations de 70 à 9 000 m3.h-1

Î Mise en œuvre• Le CompakblueTM dans la filière

Dans une filière de traitement, le CompakblueTM se place après un traitement biologique et un clarificateur secondaire.

• La compacité

L’atout principal de cette technologie est la compacité autorisée par la mise en œuvre du média filtrant. Elle offre des performances similaires à la filtration classique sur média granulaire pour une emprise au sol 4 fois inférieure.

• Implantation et montage

La faible perte de charge du CompakblueTM facilite son implantation dans une filière de traitement. Le relevage de l’effluent à filtrer n’est généralement pas nécessaire pour l’alimentation du filtre.Le CompakblueTM est livré assemblé, il s’installe facilement dans l’ouvrage.

• Exploitation simplifiée

La conception des filtres étant simple, l’exploitation ne demande pas d’attention particulière.

Le système de lavage est asservi à la variation de niveau dans le bassin. L’exploitation au quotidien est donc réduite.

Î PerformancesLa qualité d’eau produite permet la réutilisation ou le rejet en zones sensibles.Les eaux dépolluées par le CompakblueTM ont une teneur en œufs d’helminthe inférieure à 0,1 par litre, conforme aux préconisations de l’OMS.

Objectif de traitement Abattement des MES et de la pollution particulaire

Sortie clarificateur secondaire

MES < 35 mg.L-1

Eau traitée après CompakblueTM

• Mecana : entre <3mg.L-1 de MES en moyenne (<6 en 95%ile) et <5mg.L-1 de MES (<10 en 95%ile)

• Nordic Water : <5 mg.L-1 de MES en moyenne (<10 en 95%ile)

Î Développement durableLa solution CompakblueTM est économe en énergie. Elle n’utilise ni pompe pour son alimentation, ni bâche, ni surpresseur d’air, ni pompe de réactifs pour le nettoyage des disques.Le procédé ne requiert pas de chloration et ne nécessite aucun réactif chimique pour son nettoyage.

Les Feuillets Mémento Technique de l’Eau Degrémont

QUELQUES RÉFÉRENCES Degrémont

Î Filtration sur micro-tamis• Focus sur la Station d’épuration de Lagoinha (Portugal) 30 000 EH qui sera mise en service en 2012

Rejet en zone sensible

- Filière de traitement = bassin de boue activée « type chenal » - clarificateur secondaire - filtre CompakblueTM -- désinfection UV Ozonia

- 2 filtres de 8 disques de filtration sur micro-tamis - Diamètre des disques = 2,40 m - Surface filtrante totale = 89 m² - Débit traité = 700 m3.h-1

• Caleppio di Settala (Italie) (capacité 2 000 m3.h-1)• Auxi-Le-Château (France) (capacité 60 m3.h-1)• Le Moule (Guadeloupe-France) (capacité 250 m3.h-1)

Contact : CompakblueTM : innovation.mailin@degremont.com

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DEGRÉMONT S.A. WWW.DEGREMONT.COM

• Palmela Terciaro (Portugal) (capacité 900 m3.h-1)• Pavia (Italie) (capacité 3 200 m3.h-1)• Sacy-le-Grand (France) (capacité 40 m3.h-1)

Î Filtration sur toile• Focus sur la Station d’épuration d’Auneuil (France) 4 400 EH mise en service début 2010

- Filière de traitement = bassin de boue activée – clarificateur secondaire – filtre CompakblueTM

- 1 filtre de 2 disques de filtration sur toile - Diamètre des disques = 2,20 m - Surface filtrante totale = 10 m² - Débit traité = 100 m3.h-1