Transcript COAGULATION, FLOCULATION, SÉDIMENTATION & FILTRATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES Par Emilie Fournier, McGill University & EPFL Mars 2008

COAGULATION, FLOCULATION,
SÉDIMENTATION & FILTRATION DES
EAUX
USÉES INDUSTRIELLES
Par Emilie Fournier, McGill University & EPFL
Mars 2008
INTRODUCTION
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

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)
Traitements tertiaires
Traitement des boues
4.
5.
COAGULATION-FLOCULATION-SÉDIMENTATION
& FILTRATION
COAGULATION
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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 Temps de décantation pour 1
colloïde (μm) m d'eau à 20°C (années)
0.1
0.01
0.001
2
20
200
COAGULATION

Coagulant: produit chimique ajouté de façon a
obtenir la coagulation
cation trivalent
• Non toxique
• Insoluble dans un pH relativement neutre
•
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Réactifs chimiques :

Sulfate d’aluminium hydraté (Al3+ : Al2(SO4)3 ↔ Al(OH)3
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

précipite )
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 physicochimiques 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
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

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
FLOCULATION
Type d'industrie
Floculants
Mines et Carrières
anionique
Teintureries
résines dicyandiamide +
polychlorure d'aluminium +
floculant anionique
Papeteries
polyamine ou
polydadmac + floculent
anionique
Effluents chargés d'huile
polyamines 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
CIVE 225, McGill University
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
RÉSERVOIRS UTILISÉS, FLOCULATION
CIVE 225, McGill University






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
SÉDIMENTATION


Sédimentation ou Décantation:
procédé d’enlèvement des matières solides décantables
en suspension dans l’eau
Types de sédimentation
Caractéristiques de la décantation
Types
Particules
Milieu
Mode de décantation
Vitesse
I
non flocculantes
dilué
particules indépendantes les
unes des autres
constante
II
flocculantes
dilué
flocs de plus en plus gros
augmente avec
la taille
III
flocculantes
concentré
flocs décantent en bloc
lente
IV
structure
très concentré
particules forment une
structure qui se modifiera
par
compression
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
Sand Filtration
CIVE 225, McGill University
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
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 filter
Alibaba.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 on
surface: effective at removing biological
particles –
• Cleaning: top layer of sand scraped off
FILTRE DE SABLE
Rapid sand filters (120 m3/d.m2)
• Graded media in bed (mean particle
sizes
0.2 - 1 mm)
• Grain size distribution is optimized to
allow
water flow but remove particulate matter
Rapid Gravity sand filter
• 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 physicochimique de la mise en œuvre des coagulantsfloculants (sels d’aluminium, fer hydrolysables,
polymères organiques)
Recherche continue sur les nouveaux produits
tels que les polymères plus facilement
biodégradables
BIBLIOGRAPHIE
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http://www.bafu.admin.ch/gewaesserschutz/01295/index.html?lang=fr
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http://www.hydranet.net/eaux-usees.php#industrielles
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http://fr.wikipedia.org/wiki/Demande_biologique_en_oxyg%C3%A8ne
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http://www.gedo.fr/ficheconseil/traiteau/traitphysico.htm
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http://ec.europa.eu/comm/competition/mergers/cases/decisions/m1631_fr.pdf
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http://www.gch.ulaval.ca/
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http://www.mcgill.ca/
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http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=185902
MERCI !!!