212734634-Traitement-de-l-Eau-1.pdf

Tr ai t ement des eau eaux dest i nées à l’ali men entt at atii on hu humai ne

Plan du cours

Généralités Cycle de l’eau L’un des grands secrets de la vie sur terre, dont l’existence remonte à plus de quatre milliards d’années, réside dans la présence de l’eau et du jeu des innombrables cycles naturels. Ces Ces cy cycl cles es perm permet ette tent nt de reno renouv uvele elerr sans sans cesse cesse les les rich riches esses ses de la plan planèt ète e et s’ils s’ils n’exi n’exista staie ient nt pas pas tout tout ce que que la natu nature re prod produit uit (feu (feuill illes es,, verre verres, s, insec insecte tes, s, oisea oiseaux, ux, animaux,... ) se transformerait en détritus. L’un ’un des des plus plus im impo port rtan ants ts de ces ces cy cycl cles es est est celu celuii de l’ea l’eau. u. Il doit doit rest rester er inta intact ct afin afin d’assurer la continuité de la vie sur terre. Par ailleurs, le cycle de l’eau n’est qu’un sous ensemble d’un système incluant le climat et la biomasse. Toute intervention sur ce cycle (par prélèvement ou rejets liés à la co conso nsomm mmat ation ion par par l’hom l’homme) me) im impli pliqu que e des des rupt ruptur ures es d’éq d’équi uilib libre re à co consé nséqu quen ence cess néfastes aussi bien pour la vie sur terre que pour le milieu aquatique.

1. L'évaporation : chauffée par le soleil, l'eau des océans, des rivières et des lacs s' évapore et monte dans l'atmosphère. 2. La condensation : au contact des couches d'air froid de l'atmosphère, la vapeur d'eau se condense en minuscules gouttelettes qui, poussées par les vents, se rassemblent et forment des nuages. 3. Les précipitations : les nuages déversent leur contenu sur la terre, sous forme de pluie, neige ou grêle. 4. Le ruissellement : la plus grande partie de l'eau tombe directement dans les océans. Le reste s'infiltre dans le sol (pour former des nappes souterraines qui donnent naissance à des sources) ou ruisselle pour aller grossir les rivières qui à leur tour, tou r, vont alimenter les océans. Et le cycle recommence…

Sources d’approvisionnement de l’eau

Eaux de pluie

Eaux de surface

Eaux souterraines

Eau des rivières Eau des lacs Eau des retenues

Eaux de mer

1- Eau Eaux x de plu pluie ie

- bon bonne ne qual qualité, ité, - saturées saturées en oxygène oxygène et et d’azote, d’azote, - dépo dépourvu urvuee des sels dissous, donc donc très douce, - dans des régions régions industrialisées : contamination par les poussières atmosphériques (H2S, CO, CO2, SO2, …)

2- Eaux de surface

2-1- Eaux rivières rivières (partie (partie amont) amont) : - turbid turbidité ité élevée élevée,, - contamination contamination bactérien bactérienne ne faible, faible, - température froide : proviennent proviennent soit des sources sources soit de fonte des neiges, - indice de couleur couleur faible.

2-2- Eaux rivières rivières (partie (partie aval) aval) : - contamination contamination bactérien bactérienne ne élevée, élevée, - contamination contamination organiqu organiquee et inorganiq inorganique ue élevée, - indice de de couleur couleur peut être être élevée.

2-3- Eaux des lacs, lacs, eaux des retenue retenuess : - considéré considéré comme comme bassin naturel de décantation, décantation, - variation de la température en fonction de la profondeur profondeur et de la saison, saison, - exposées exposées aux phén phénomèn omènes es d’eutrophisation d’eutrophisation,,

3- Eaux souterraines

- turbid turbidité ité faible faible,, - contamination contamination bactérien bactérienne ne faible, faible, - température température constante, constante, - indice de couleur couleur faible, - déb débit it const constant ant,, - dureté dureté souvent souvent élevée élevée (Mg (Mg2+, Ca2+, etc.) - présence présence de fer et de manganèse manganèse (souven (souvent) t)

4- Eaux de mer

Les eaux de mer sont une source d’eau brute qu’on utilise lorsqu’il n’ya pas moyens de s’approvisionner s’approvisionner en eau douce. Les eaux de mer sont caractérisées par une concentration en sels dissous dissous élevée (33 à 37 g/l),

Eau Eau saumâtre saum âtre : 1300 1300 mil lio ns Km3 Eau douce : 4,2 4,2 millio ns K m3, soit 0,3 % de la totalité d’eau d’eau s ur t erre

3% Océans Continents

Seul 0,014% des 3% est est accessib accessib le aux êtres êtres humains ! !!! !

97%

Pourquoi traiter l’eau ? Est stim imaati tion onss de l’ l’OM OMSS (1 (19981 – 199 9900) 80% 80 % de dess mala maladi dies es d’or d’orig igin inee hy hydr driq ique ue (con (conso somm mmat atio ionn de l’ea l’eauu po poll llué uée) e) ; - 40 4000 mill millio ions ns de pe pers rson onne ness atte attein inte tess de ga gast stro ro-e -ent ntér érit itee (inf (infla lamm mmat atio ionn aigu aiguëë ou ch chro roni niqu quee de la muq uque ueuuse de l’es l’esto tom mac) ac) - 20 2000 milli million onss de schi schisto stoso soma mase se (bilh (bilhar arzio ziose se), ), - 16 1600 mill millio ions ns de pa palu ludi dism smee (mal (malar aria ia), ), - 30 3000 milli million onss d’on d’onch choc ocer erco cose se (par (paras asito itose se fréq fréque uent ntee en Afriq Afrique ue). ). 50% de cas de mortalité infantile ;

Nécessité de traitement

Caractéristiques de l’eau brute

?

Choix de procédé

Procédés de traitement

Atteindre les Atteindre objectifs de qualité (Respect des normes)

? Eau traitée

Normes de qualité de l’eau

L’eau devra être agréable au goût, dépourvue d’odeur désagréable, limpide et dépourvue également de toutes substances chimique, physique et bactériologique qui peuvent porter préjudice préjudice à la santé de consommateur. consommateur.

NORME MAROCAINE NM 03.7.001 Cette norme annule et remplace remplace la norme 03.7.001 03.7.001 version 1991. 1991.

Elaborée par le comité technique de normalisation des eaux d’alimentation humaine Editée et diffusée par le Service de Normalisation Industrielle Marocaine (SNIMA)

PARAMETRES A EFFET SANITAIRE A : Paramètres bactériologiques PARAMETRES Escherichia coli Entérocoques intestinaux

VMA 0/100 mL 0/100 mL

COMMENTAIRES Les teneurs en chlore résiduel doivent être compri comprises ses entre entre : 0,1 et 1 mg/l à la distribution 0,5 à 1,0 mg/l à la production

B - Substances minérales

PARAMETRES

EXPRESSION DES

VMA

COMMENTAIRES Somme des rapports : (NO3)/50 + (NO2)/3 ne doit pas dépasser 1. 0,1mg/l de NO2 doit être respectée au départ des installations de traitement

RESULTATS Nitrites

NO2:mg/l

0,5

Nitrates

NO3:mg/l

50

Arsenic Baryum Cadmium Cyanures Chrome Manganèse

As : µg/1 Ba : mg/1 Cd : µg/1 CN : µg/1 Cr : µg/1 Mn : mg/l mg/l

10 0,7 3 70 50 0,5

Plaintes du consommateur à partir de 0 .1 mg/l

Cuivre

Cu : mg/1

2

Plaintes du consommateur à partir de 1 mg/l

Fluorures Mercure Plomb

F : mg/1 Hg : µg/1 Pb : µg /1

1,5 1 10

Sélénium Bore Nickel

Se : µg/1 B : mg/1 Ni : µg/1

10 0,3 20

La VMA de 50 µ gPb/l gPb/l sera sera appl appliq iqué uéee jusq jusqu’ u’àà 2010, 2010, à partir de cette date, la VMA de 25 µgPb/ Pb/l est impos posable jusq usqu’à u’à 2015. 15. Au delà de 2015 c’est la VMA VMA de10 µgPb/l gPb/l qui sera sera respec respectée tée..

C - Substances Substances organiques organiques PARAMETRES

Pesticides 1-par substance individualisée A l'exception des substances suivantes : - Aldrine, Aldrine, dieldrine, dieldrine, l'heptachlore l'heptachlore et l'heptachlorépoxde 2- et pour le total des substances mesurées mesurées

Hydrocarbures polycycliques Aromatiques (HPA)

total de substances suivantes: 1. Benzo(b) o(b) fl fluor uorranthèn hène, 2. Benzo(k o(k) fluo fluorrranthèn hène, 3. Benzo(ghi)pérylène 4. Indé Indéno nol( l(1. 1.2. 2.33-cd cd)p )pyyrène rène Benzo(a) pyrène Benzène Trihalométhanes (THM) Chloroforme Bromoforme Dibromochlorométhane Bromodichlorométhane

EXP RESSION DES RESULTATS

VMA

µg/l µg/l µg/l

0.1 0.03 0.5

µg/l µg/l µg/l

0.1 0.01 1

µg/l µg/l µg/l µg/l

200 100 100 60

COMMENTAIRES

Par «pesticid «pesticides» es» on entend: entend: -les insecticides insecticides organiques organiques -les herbicides herbicides organiques organiques -les fongicides fongicides organiques organiques -les nématocides nématocides organiques organiques -les acaricides acaricides organiques organiques -les algicides algicides organiques organiques -les rodenticides rodenticides organiques organiques -les produits antimoisiss antimoisissures ures organiques organiques -les -les produit produitss appare apparenté ntéss (notamm (notamment ent les régula régulateu teurs rs de croiss croissanc ances) es) et leurs urs métabol bolites, pro produi duits de dégradat dations ons et de réaction pertinents.

Il est recommandé de plus que la somme des rapports de la conc concen entr trat atio ionn de chac chacun unee de ces ces subs substa tanc nces es à sa VMA VMA resp respec ecti tive ve ne dépa dépass ssee pas pas 1.

D : Constituants radioactifs de l’eau PARAMETRES

EXPRESSION DES

VMA

COMMENTAIRES

Si la VMA est dépassée il faut procéder à une analyse plus détaillée des radi radion onuc uclé léïd ïdes es.. Des Des vale valeur urss plus plus élev élevée éess ne sign signif ifie ient nt pas pas néce nécess ssai aire reme ment nt qu quee l’ea l’eauu est est improp impropre re à la con consom sommat mation ion..

RESULTATS

Activité alpha globale

Bq/l

0,1

Activité bêta globale

Bq/l

1

Bq/l : Becquerel par litre

PARAMÈTRES BACTÉRIOLOGIQUES INDICATEURS DU FONCTIONNEMENT DES INSTALLATIONS INSTALLATIONS ET DE L’EFFICACITÉ L’EFFICACITÉ DE TRAITEMENT TR AITEMENT E – paramètres bactériologiques bactériologiques 0/1 0/100 mL Coliformes

Spores de microorganismes anaérobies sulfitoréducteurs (clostridia)

0/10 0/1000 mL

Micro-organismes 20/ mL à 37°C revivifiables à 22 100/ mL à 22°C °C et 37 °C

- Pas Pas de col colif ifoorme rmes da dans 95% des éc échantil ntillo lonns prélevés sur une une période de 12 mois - Pas de résultats résultats positifs dans deux deux échantillons consécutifs Ce para paramè mètr tree doi doitt être tre mesu mesuré ré lors lorsqu quee l’ea l’eauu est est d’origine superficielle ou influencée par une eau d’origine superficielle.

Variation dans un rapport de 10 par rapport à la valeur habituelle

SUBSTANCES INDÉSIRABLES ET/OU POUVANT DONNER LIEU À DES PLAINTES F : paramètres physico-chimiques

EXPRESSION DES RESULTATS

VMA

Odeur

Seuil de perception à 25°C

3

Saveur

Seuil de perception à 25°C

3

Couleur réelle

Unité Pt mg/1

20

Turbidité

Unité de turbidité néphélomètrique (NTU)

5

Température

°C

Acceptable

Potentiel hydrogène Conductivité

Unités Unités pH

6,5
µS/cm S/cm à 20°C 20°C

Chlorures Sulfates

Cl:mg/l SO4:mg/l

750 400

Oxygène dissous

O 2:mg :mg O2/l

5 ≤O2 ≤8

Aluminium

Al : mg/1

0,2

Ammonium

NH4: mg/l

0,5

Oxydabil Oxydabilité ité au KMNO KMNO 4

O2: m g O2/l

5

PARAMETRES

Fer Zinc

Fe:mg/l Zn: mg/l

Turbidité médiane ≤ 1 NTU et Turbidité de l’échantillon ≤ 5NTU.

Pour que la désinfection de l’eau par le chlore soit efficace, le pH doi t êt re re de préférence<8 préférence<8

2700

Non détectable organoleptique ment

Hydrogène Hydrogène sulfuré

COMMENTAIRES

0,3 3

La vale aleurde 2 mgO 2/l do doit it être être respec respectéeau téeau départdes départdes instal installat lation ionss de traite traiteme ment nt

Tr aitem ent de l ’eau

Critères de choix d’une filière fili ère de traitement La filière de traitement dépend de la qualité de l’eau. Cependant, on peut citer quelques points particuliers qui peuvent tracer une ligne de traiteme nt et qui sont comme suit :

Dessablage : Le dessablage est recommandé lorsque l’eau brute présente des teneurs importantes en sable. Le sable a une action néfaste sur les roues et le corps des pompes d’eau brute. Débourbage : La teneur de l’eau en MES conditionne le choix des ouvrages dans une station de traitement. Ainsi, si les décanteurs sont raclées, il faut prévoir le débourbage à partir d’une teneur de l’ordre de 5 g/l en MES ; si non, le débourbage est à prévoir à partir de 2 g/l.

Tr aitem ent de l ’eau

Critères de choix d’une filière fili ère de traitement Préchloration : lorsque la teneur de la matière organique est importante dans l’eau brute, il y a lieu de prévoir une préchloration. Déferrisat Déferri sation ion - dém démang angani anisat sation ion : Le fer et le manganèse sont en principe éliminés par la préchloration et la clarification. Au cas où la nécessité se présente, un oxydant fort fort est à prévoir pour oxyder ces éléments. Utilisation du charbon actif : un traitement complémentaire au charbon actif est parfois nécessaire pour éliminer les mauvais goûts. trait ement en vue de Désinfection : une désinfection est nécessaire en fin de traitement pallier le risque d’une pollution bactérienne,.

Un débourbeur est prévu en amont de décanteurs non raclé quand MES >2g/l et d’environ 5 g/l en amont de décanteur raclé. Rendement : -50 a 65% sans adjonction de réactif -75 a 98 % avec réactifs (de l'ordre du tiers de celle déterminée par le Jar-Test) - Pour une MES de 2 à 10 g/l, le temps de rétention et 1 à 2 heures et à une vitesse ascensionnelle ne dépassant pas 1,5 m/h - Po Pour ur une une MES de 10 et 50 g/l , le temps de rétention sera au minimum de 2 heures et la vitesse ascensionnelle ne doit pas dépasser 1 m/h.

Différentes étapes d’une filière de traitement conventionnel Polyelectrolyte FeCl3 Alginate

Prise d’eau brute

MES> 2g 2 g/L

Degrillage Coagulationn : Coagulatio temps de rétention de l’ordre de 2 minutes - vitesse de transfert ne doit pas dépasser 0,3 m/s. Floculatio Flocu lationn : Sans floculant Tf= Tf= de 30 min ; Avec floculant Tf est habituellement réduit de moitié

1 NUT et même moins peut être obten ue à la sortie d'un bon décanteur, de même qu'une couleur inférieure à 5 Unité Pt mg/l -la vitesse et le temps de séjour varient en fonction fonction de type de décanteurs 0,5 ≤ V ≤ 7 m/h 1h ≤ Tr ≤ 2h La Vitesse de filtration doit être ≤ 7m/h et celle durant le lavage d’un filtre ne doit pas dépasser 9, 50 m/h. - L’eau filtrée filtrée présentera une turbidité ≤ 0,5 NTU

Dessablage

MES< 2g/L

Coagulation/ Floculation Décantation 1-5 NTU

Filtration

Débourbage Boue

156NTU

0,1 g/l MES

Traitement de s rejets

0,5 NTU

Désinfection

Eau traitée

Prétraitement

Il existe une limite supérieure de la teneur en matières en suspension, généralement de 2g/l, au-delà de laquelle il est indispensable de prévoir en amont de l'étape de clarification, débourbage ou de dessablage (suivant la taille des particules à éliminer et variable suiv ivaant le modè dèlle de décanteur urss).

Charge eau brute MES

prétraitement

Débit

MES< 2 g/l

By-pass

Plein débit

2 g/l
O ui

Plein débit

20g/l
o ui

Mi débit

MES> 50g/l

Arrêt de la station

Dégrillage Le dégrilleur est l’un des premiers éléments qu’on rencontre à l’entrée d’une station de traitement, situé e général à l’amont des pompes et a pour rôle :  Protéger les pompes contre les éléments volumineux;  Arrêter et éliminer les matières encombrantes et abrasives;  Améliorer l’efficacité des traitements ultérieurs.

Dans la majorité des cas, le dégrillage est précédé par une gril ille le gro ross ssiè ièrre in inssta tall llée ée da danns la structure de la prise d’eau pour protéger la conduite d’adduction.. d’adduction

Dégrillage 



Le type de dégrillage est définit définit en fonction de l’écartement l’écartement entre les barreaux de grille : Type de dégrillage

Ecartement

Dégrillage fin

inférieur à 10 mm

Dégrillage grossier

supérieur à 40 mm

Dégrillage moyen

de 10 à 40 mm

Le dégrillage est assuré soit par une grille à nettoyage manuel (largement dimensionnée pour réduire la fréquence des opérations de collecte des résidus), soit, de préférence, par une grille à nettoyage nettoyage automatique (obligatoire pour les gros débits ou pour des eaux très chargées).

Dégrillage 



Les déch cheets recueill eilliis sont placés acés dan anss un réceptacle de capaci acité calcu lculée en fonctio tion de la fréq fréque uenc ncee accep acceptab table le de dess inter interve vent ntio ions ns d’év d’évacu acuati ation on.. Les espacements reten tenus pour une eau de surface varien varientt gén général éraleme ement nt de 4 à 10 mm, ce qui constitue un dégrillage fin. Dans ce cas, il est fortement recommandé de prévoir un nettoyage automatique des grilles. Pour des installations de petite taille avec des eau eaux de surface ace faib aibleme ement chargées, es, des grilles à netto ttoyag agee man anuuel peu euvvent être tre utilisées. Dans ce cas, les espacements sont beaucoup plus grands, de l’ordre de 50 mm. La vite traver erss la gril grille le doit oit êtr être suffi uffisa sant ntee pour obten btenir ir l’ap l’appplica licati tion on vitess ssee de pass passag agee à trav des matiè tières sur la grille, le, sans provoquer une perte de charge imp importan ante te,, ni entraîner un co colm lmat atag agee en prof profon onddeu eurr des barr arreaux eaux ou un dép épar artt de dess mati matièr ères es av avec ec le flot flot..

Dégrillage Grilles à netto yage manuel 

Dans des stations de petite taille,, une grille à taille nettoyage manuel peut s’avérer une solution économique.

La grille à nettoyage manuel, composée de barreaux droits, ronds ou rectangulaires, est généralement inclinée de 60º à 80º sur l’horizontale pour faciliter le raclage. Elle est munie de grillages formant des sections d’environ 50 mm par 50 mm ou moins.

Dégrillage G r i l l e s m o b i le l e s à n e t t oy o y a g e a u t om om a t i q u e 

 

Dans des stations de taille moyenne (20 000 m 3 /j), les grilles mobiles à nettoyage automatique peuvent être utilisées pour éliminer le nettoyage quotidien. Elle Elless son ontt co com mpo posé sées es d’u d’une série érie de tam tamis recta ectang nguulair laires es av avec ec un mou ouve vem men entt circ circul ulai aire re asce ascend ndan ant. t. Ch Chaq aque ue tami tamiss est est ne nett ttoy oyéé pa parr de dess jets jets d’ea d’eau. u. L’espacement entre les mailles se situe entre 4 et 10 mm pour ce genre de système.

G r i l l e s f i x e s à n e t to t o y a g e au au t o m a t i q u e 

Pour des stations qui traitent des eaux de surfaces où la quantité de débris est importante, ce sont fréquemment des grilles fixes à nettoyage auto au tom matiq atiquue qui son ontt rete retennue uess. Ces gril grille less sont sont plus lus solid olides es pou ourr rési résist ster er au auxx débris importants et elles sont plus efficaces pour remonter des débris de dif différe férent ntes es tail taille less à la surf surfac ace. e.

Dégrillage

Dégrillage Conditions d’installation Les vitesses de passage entre barreaux généralement admises sont de l’ordre de 0,60 à 1,0 m/s au débit maximal avec ∆h de 0,1 à 0,4 m. Avec le rapport : [Ecartement des barres/(écartement des barres + épaisseur des barres)] voisin de 1.

Dimensionnement La surface minimale nécessaire de la grille est donnée par :

S = Qmax / V.a.c V.a.c - Qmax : débit max à l’horizon de l’étude -V : vitesse d’écoulement du flot - a : espace libre entre barreaux / largeur largeur totale de la grille - c : coefficient coefficient de colmatage colmatage (grille manuelle 0,1 à 0,3; grille automatique 0,4 à 0,5)

Dégrillage Déchets de dégrillage Ils dépendent de : -Débit traité, -Nature des MES, -Finesse du dégrillage La fréquence de nettoyage est imposée par p ar la perte de charge :

∆h = β.(I/b)4/3 . Hv.sinθ - I : largeur apparent apparentee des barres face au courant - b : espace espace entre entre les barres barres - Hv : V2/2g : énergie cinétique en amont des barres - θ : angle d’inclinaison - β : coefficient de forme

Dessablage

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Le dessablage a pour but d'extraire des eaux brutes les graviers, sable et particules minérales plus ou moins fines (granulométrie supérieure à 200 microns), de façon a éviter les dépôts dans les canaux e conduites, a protéger les pompes et autres appareils contre l'abrasion, et éviter de surcharger les équipements de traitement subséquents. En générale, une prise d'eau doit être conçue de façon a éviter au maximum l'entraînement de sable. Si les conditions ne le permet pas, il faut prévoir un dessableur, Particulièrement, si l'installation doit comporter des débourbeurs, on pourra alors éliminer les particules de dimension supérieures a 0,3 mm de diamètre dans un dessableur Si l'installation comporte un tamisage ( a maille de 1 a 2 mm, par exemple) le dessablage doit se faire auparavant pour éviter les problèmes de bouchage des tamis

Dessablage

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La con onccep epti tion on de l'l'ou ouvr vrag agee de de dess ssaabl bleement se sera ra ba basé séee su surr le less cri ritè tère ress su suiv ivan ants ts : d’al alim imeent ntat atio ionn du de dess ssab able leur ur : V = 0 , 4 m/ m/ss ma maxim ximum; um; Vitesse Vi tesse horizo horizontale ntale d’ Rappor Rapp ortt de la largeur/Hauteur du de dessableur : l/H= 4 Less de Le deux ux pa para ramè mètre tress pr préc écit ités és dé défi finis nisse sent nt la sec dessab sableu leurr. section tion tra transve nsversal rsalee du des La longueur du dessableur sera déterm rmiinée en fonction des estim imaations concernant le taux de réte ré tent ntio ionn ( % d’ d’él élim imin inaati tion on ) de dess di difffé fére rent ntes es pa part rtic icul ulees de sa sabl blee ( se selo lonn le leur ur gr graanu nulo lom mét étri riee ) et de dess caract car actéri éristiq stiques ues con concep ceptue tuelle lless du des dessab sableu leurr.

Dessablage Principaux types de dessablage - Dessableur couloir simple:  la vitesse d’écoulement varie avec le débit,  petites stations,  extraction manuelle de sable tous les 4 à 5 jours. - Dessableur couloir :  vitesse constante (0,3 m/s),  un ou deux canaux à section parabolique ou avec déversoir proportionnel,  extraction mécanique des sables,  temps de séjour de 1 à 2 mn. - Dessableur circulaire:  alimentation tangentielle,  vitesse constante quelque soit le débit,  stockage de sable dans une trémie centrale,  extraction de sable par aspiration,  essorage gravitaire, Temps de séjour de 2 à 3 min.

Dessablage Principaux types de dessablage - Dessableur rectangulaire aéré:  insufflation d’air dans le sens transversal  rotation du liquide,  vitesse de balayage du liquide constante et perpendiculaire à la vitesse de transit,  l’air permet la séparation des matières organiques du sable,  extraction automatique des sables (raclage sans fin, pompe suceuse)  rendement moyen de 80%,  Temps de séjour de 3 à 5 min.

Dessableur rectangulaire

Dessablage Dimensionnement Le do dom mai aine ne us usue uell du de dess ssab abla lage ge po port rtee su surr le less pa part rtic icul ules es de gr gran anul ulom omét étri riee su supé péri rieu eure re à 20 2000 µ m,

Section parabolique : Dans un bassin quelconque :

Q = S.V

V maintenu constante  section varie avec le débit, S varie en fonction de h (largeur constante)

dS = I.I. ∫h.dh ent entre re 0 et H

S = I.H3/2

Dessablage Dimensionnement Déversoir proportionnel :

La sortie du canal est munie d’un déversoir :

Q p = 2.b.(a.g)1/2.(h+(2/3).a) X = b.(1-2/п arctg(y/a)1/2)

Dessablage Dimensionnement

Dessableur rectangulaire

Eléments de calcul : En pratique : dessableur à canal. La vitesse de chute des particules dont Ф ≥ 0,2 mm, Vo = 50 à 70 m/h La particule est arrêtée si Vo/V ≥ h/L V : vitesse de flot, H : hauteur d’eau dans le canal, L : longueur du canal soit encore: Vo.l. o.l.hh / Q ≥ h/L L étant la largeur du canal et Q le débit en m 3/h

Lh ≥ Q/Vo

S ≥ Qmax /50

Pour ne pas mettre les sables en suspension, il y a lieu de vérifier que l/h est compris entre 10 et 15

Tamisage Le tamisage est pratiqué lorsque les MES sont de petites tailles :  Filtration sur toile,  Quelques micromètres à 3 mm

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Après une éventuelle étape de dégrillage, l'eau traverse un tamis constitué de mailles fines, qui permettent d'arrêter les petits déchets. C'est une filtration sur support supp ort mince, Lorsque les tamis sont bouchés, ils sont nettoyés à l'eau sous-pression (manuellement ou automatiquement). Puis les déchets (refus) sont envoyés en décharge, Il existe plusieurs types de tamis, notamment :  

Le tamis rotatif, Le tamis statique.

Tamisage Tamis rotatif

Principe Principe de fonctionneme fonctionnement nt : 1. Après Après avoir avoir traver traversé sé le caiss caisson on de répar répartit tition, ion, le liqui liquide de arrive arrive sur sur un déver déversoi soirr sur le quart quart supérie supérieur ur du tam tambour bour.. L'eau L'eau traver traverse se la grille grille alors alors que les solide solidess se dépo déposen sentt sur la gril grille le puis puis dans un réserv réservoir oir externe, externe, par par l'intermédi l'intermédiaire aire d'un grattoir grattoir.. 2. Le liquide liquide filtré traverse traverse le tambour tambour à contre-cour contre-courant ant et assure assure le nettoy nettoyage age du filtre. filtre. 3. Le défle déflecte cteur ur intern internee permet permet d'é d'évit viter er la projec projectio tionn du liquide liquide sur les parti parties es solides solides..

Tamisage Tamis rotatif

tamis rotatif à alim alim enta tion

extérieure et nettoyage mécanique 1-Arrivée d'eau brute. 2 -Boite d'alimentation. 3 -Tamis. 4 -Refus. 5-Lame de raclage. 6 - Sortie Sortie d'eau d'eau tamisé tamisée. e.

Tamisage Tamis statique

Principe Principe de fonctionnemen fonctionnementt : 1-

Une racl Une raclet ette te de régl réglag agee perm permet et d'or d'orie ient nter er le produit produit au dév dévers ersem ement ent sur la grille grille..

2-

Une filtra filtratio tionn gravit gravitair airee s'effe s'effectu ctuee et une une sépara séparatio tionn du produit produit solide solide et du produit produit liqu liquide ide est est alor alorss réal réalis isée ée..

Débourbage 



Le débourbage est une opération qui précède la coagulation-floculation, lorsque la ress re ssou ourc rcee est tr trèès fo fort rtem emen entt cha harrgé géee en M. M.E. E.S S et/ t/ou ou mat atiè ière ress dé déccan anta tabl blees, te tels ls qu quee bo boue uess et/o et /ouu sa sabl bles es pa parr ex exem empl ple, e, Le tr trai aite tem men entt d’ d’un unee ea eauu ch char argé géee né néce cess ssit itee gé géné néra rale leme ment nt un unee do doub uble le cl clar arif ific icat atio ion, n, do dont nt la première consiste en un débourbage de l’eau brute après addition du coagulant appr ap propr oprié ié.. La de deuxi uxièm èmee cl clar arifi ifica cati tion on co cons nsist istee en une coa coagul gulat atio ionn-flo flocu cula lati tionon-dé déca cant ntat ation ion et fil filtra tratio tion. n.

D ébourbeur circulaire

D ébourbeur lamella amellair ir e

Débourbage 

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

Suivant la qualité de l’eau à traiter, il sera fait recours à ce stade d’un coagulant et/ou d’un floc fl ocul ulan ant( t( su sulf lfat atee d' d'aalu lum mine ne,, po poly lyeele lecctr trol olyt ytes es)) . Dans ce cas as,, en doit doit pr préévo voiir un mél élan ange geur ur ra rapi pide de avan av antt le dé débo bour urbe beur ur et ce en vu vuee d’ d’un unee pr prem emiè ière re co coag agul ulat atio ion. n. Sui uiva vant nt la ch chaarge de ME MES S et le leur ur na natu ture re,, un dé débo bour urbe beur ur do doit it êtr tree di dim mens nsiion onné né co com mme un dé déca cant nteeur ou com omm me un épaississeur de dess boue uess, lor orssque la cha harrge de l’eau bru rute te dé dépa passse 20 à 30 g/l. la vitesse ascensionn nneelle vari riee ent ntre re 0, 0,55 m/h et 2 m/h et le temps de cont ntaact est com omppris entre 2 et 5 heur urees. Lorsque les débourbeurs travaillent en décanteurs, leurs vitesse ascensionnelle varie entre 2 et 6 m/h suivant la teneur en MES désirée a la sortie, la nature des matières a retenir et suivant que l'on utilise ou non des réactifs Le temps de contact est fonction de la charge en MES, de leurs caractéristiques de tassement et de la concentration finale recherchée a l'extraction. l'extraction. Il varie généralement entre 1 h et 2h Le rendement d'un débourbeur varie de 50 a 65% sans adjonction de réactif réactif et peu atteindre 75 a 98 % avec une dose adéquate d'agent coagulant ( de l'ordre du tiers de celle déterminée par le JarTest) La réglementation réglementation limite souvent l'usage des polyelectrolytes polyelectrolytes comme adjuvant de floculation a des concentrations inférieures a 1mg/l.

Débourbage Conception 



Pour des teneurs en MES de 2 à 10 g/l, en se limitera à un temps de rétention rétention de 1 à 2 heures et à une vitesse ascensionnelle ne dépassant pas 1,5 m/h. Pour les eaux ayant des teneurs en MES comprises entre 10 et 50 g/l, le temps de rétention sera au minimum de 2 heures et la vitesse ascensionnelle ne doit pas dépasser 1 m/h. Pour cette plage de taux en MES, les débourbeurs lamellaires ne seront pas acceptés.



Comme les décanteurs, les débourbeurs sont de forme rectangulaire ou circulaire.



Il est recommandé que le débourbeur soit implanté à l’amont d’un pompage.





Aussi, les débourbeurs n’étant pas utilisés sur toute l’année, en doit prévoir un by-pass de ces ouvrages. Le seuil de concentration de MES dans l’eau brute, à partir duquel le débourbage devient nécessaire, est fonction du type de décanteur utilisé en deuxième clarification. Ce seuil est d’environ 2 g/l en amont de décanteurs non raclés et d’environ 5 g/l en amont d’appareils raclés.

Débourbage Dimensionnement

Pour les débourbeurs rectangulaires : Soie Soient nt :

Q le débit d’eau à traiter V la vitesse ascensionnelle moyenne

S débourbeur = Q/V

Pour les débourbeurs circulaires : R = √ (S/R) Il y a lieu de vérifier la double inégalité de Schmidt-Bregars qui est comme comme suit : 1/8 < H/R < 1/6 Avec vec

H : hauteur mouillée R : rayon du débourbeur

Si la longueur de la lame de déversement est L, alors le nombre de déversoirs est :

N = 2 R/L

Et le débit par déversoir est déterminé par la formule suivante :

H = (Q/1,42)2/5

Préoxydation L'utilisation de l'oxygène de l'air comme oxydant est effectuée depuis très longtemps pour éliminer l'hydrogène sulfureux, ( goûts et odeurs de l'eau), ou encore pour éliminer le CO 2 , ce qui peut réduire la demande en réactif lors d'un traitement de correction (agressivité / adoucissement). L'aération est encore utilisée pour éliminer les matières organiques volatiles qui sont à l'état de traces dans l'eau, pour oxyder le fer ou le manganèse.:

4 Fe (HCO3)2 + O2 + 2H2O bicarbonate de fer II

====> 4 Fe( e(O OH)3 + 8 CO2 hydroxyde de fer III

2Mn (HCO)2 + O2 ====> bicarbonate de manganèse

2MnO2 + 4CO2 + 2H2O oxyde manganèse

Préoxydation insi si,, le pr proc oces essu suss d' d'aé aéra rati tion on pe peut ut-ê -êtr tree dé défi fini ni com omm me ét étan antt un pr proc océédé d' d'ox oxyyda dati tion on ph phys ysic icoo• Ain chi him mique car il met en jeu de dess phénomène ness ph phyysiqu quees de tr traansfe ferrt d' d'ooxygène dans l'eau, et de dess réacti réa ctions ons chi chimi mique quess d'ox d'oxyda ydatio tion. n. anss un unee un unit itéé de tr traait item emen ent, t, le less te tech chni niqu quees d' d'aé aéra rati tion on pe peuv uven entt êtr tree si sim mpl plees (a (aér érat atio ionn da dans ns un • Dan bassin) ou plus complexes (tour de dégazage ou stripping). A é r a t i o n p a r p u lv é r i s a t i o n

L'effi L'ef fica caci cité té de ce ty type pe d' d'aé aéra rate teur ur dé dépe pend nd de la qu qual alit itéé de dess bu buse sess ut util ilis isée ées. s. La dim imeension des gouttes peuvent varier de brouillard fin a grosse goutte et dépend du type de buse et de la pression utilisée On utilise généralement des buses d'un diamètre variant de 2,5 a 4 cm a des débits de 18 a 36 m3/h avec un unee pr preession de 170 KPa L'espace entre les buses doit permettre une surface d'aération comprise entre 0,03 et 0,09 m2/m3.h

Préoxydation A é r a t i o n p a r p u lv é r i s a t i o n

1-Eau à aérer 2-tuyères de pulvérisation 3-collecteur ramifié 4-persiennes de ventilation 5-eau aérée

Préoxydation A é r a t i o n p a r c a s c a d e

Ce procède consiste a reproduire en milieu contrôlé l'effet naturel d'aération provoquée par une cascade ou une chute d'eau en rivière. On obtient cette turbulence en faisant couler l'eau sur un plan incliné muni de chicane ou d'obstacles. La diffusion d'air dans l'eau est moins grande que les procédés mentionnés ci-dessus. Ce procédé permet un taux d'enlèvement inférieur a 50%

Aérateur en cascades d’une station de traitement

Préoxydation D é g a za z a g e o u s t r i p pi pi n g

Les Les tour tourss de stri stripp ppin ingg sont sont de dess tour tourss co cont nten enaant un ga garn rnis issa sage ge qu quii va fac facilit iliteer le tran transf sfeert d'ox d'oxyg ygèn ènee Dans Da ns l'ea l'eauu et accé accélé lére rerr les les ph phén énom omèn ènes es d'év d'évac acua uati tion on de dess ga gazz diss dissou ous. s. Ces Ces ga garn rnis issa sage gess sont sont disp dispon onib ible less en gran grande de va vari riét étéé de matiè atière ress plas plasti tiqu ques es,, céra céram mique iquess ou en acie acierr inox inox..

En pratique, deux types d'aérateurs sont utilisés 



Exposition de l'eau a l'aire sous forme de gouttelettes ou de minces lames Barbotage d'air sous forme de fines bulles dans l'eau. Le premier premier type comprend donc les aérateurs par pulvérisation, par ruissellement et en cascades et le second type les aérateurs par diffusion d'aire

Préoxydation A é r a t i o n p a r d i f f u s i o n d ’ai r 









Ce système est compose d'un bassin dans lequel on insuffle de fines bulles d'aire sous faible pression, généralement a l'aide de plaques poreuses ou de tuyaux perforés recouverts d'une d 'une membrane de caoutchouc également perforée. La durée de contacte air/eau est plus élevée que dans le cas des pulvérisateurs et donc plus efficace

Le temps de contacte air/eau dans le bassin est en moyenne de 15 minutes et peuvent varier entre 8 et 30min, Les diffuseurs diffuseurs sont placés placés entre 3 et 4 m de profondeur , Il faut diffuser entre 0,4 et 1,2 d'air par m3 d'eau traitée.

Préchloration La pré préch chlo lora rati tion on s'ef s'effe fect ctue ue no norm rmal alem emeent sur sur l'e l'eau brut brute, e, répo répond nd à de no nom mbre breux ob obje ject ctif ifss et prés présen ente te de no nom mbreu breuxx av avan anta tage gess no nota tamm mmen entt :    

Une oxydation du Fer et du Mang ngaanè nèsse , Unee déco Un décolo lora rati tion on de l'ea l'eau, u, Unee amél Un amélior iorat atio ionn de la déca décant ntat atio ion, n, Empêche la prolifération des algues et des micelles leur leur élimin éliminati ation on par coagul coagulati ation-f on-floc locula ulatio tion…. n…...

sur la partie des bassins et perme rmet

Cepe Cependa ndant nt,, cett cettee tech techni nique que prése présent ntee aussi aussi cert certai ainn désa désava vant ntag age, e, les les princ princip ipau auxx sont sont :  

Les Les do dosa sage gess élev élevés és util utilis isés és au augm gmen ente te les les co coût ûtss du trai traite teme ment nt , La réaction du chlore avec certains produits présente dans l'eau (MO) provoque la form format atiion de comp omposé osés compl ompleexes appelés Trih rihalomé ométhanes (THM). M). Ces Ces pro produ duiits ne sont pa pass enlevé véss pa parr la fil filière ière conve venntionne nellle coagulation - floc flocul ulaatio tion - décan cantation fil filtra tration - dé déssinfec fection - ces comp omposé osés son ontt cancérig rigène ness et ne devra vraient pa pass se tro trouve ver r dans une eaux de consommation avec des concentrations supérieures à (60 à 200 μg/l) selo selonn le type type de la subst substan ance ce (Bro (Bromo modic dichl hloro oromé méth than ane, e, brom bromofo oform rme, e, chlo chlorof roform orme, e, …)

Préchloration 





L’utilisation du chlore gazeux n’est, en principe, envisageable que pour les stations qui traitent des débits d’eau brute supérieurs ou égaux à 5 l/s et ce afin d’éviter un approvisionnement fréquent et fastidieux des solutions d’hypochlorite, Pour des débits inférieurs, en propose l’utilisation de l’hypochlorite de sodium ou l’hypochlorite de calcium présentant une teneur de 650 g de chlore actif par Kg de produit commercial. Ce dernier réactif sera injecté sous forme d’une solution qui présentera au maximum 40 g/l de produit commercial, Aussi, en doit veiller au problème induit par la la préparation de cette cette solution ( formation progressive de précipités calcaire en raison de la réaction des bicarbonates de l'eau aérée. A cet effet , en en doit proposer un système adéquat pour la préparation de cette solution afin que son aspiration par les pompes doseuses se fasse sans problèmes.

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Préchloration 

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

L’utilisation des bouteilles de chlore gazeux de capacité unitaire égale à 50 kg est recommandée pour des débits de production variant de 5 à 10 l/s, Les tanks de capacité unitaire unitaire de 500 kg sont recommandés recommandés pour des débits de production variant de 10 à 150 l/s. Le débit de soutirage de chlore à partir d’un tel tank ne doit pas dépasser 7 kg/h, Au delà d’un débit d’eau brute de 150 l/s, il faut prévoir des tanks de capacité unitaire de 1000 kg. Le débit de soutirage de chlore à partir d’un tel tank ne doit pas dépasser 14 kg/h, L’emploi de la phase liquide du d u tank, qui sollicite l’installation d’un évaporateur, est recommandée pour des débits de soutirage dépassant les 40 g/h, L’injection de l’eau chlorée ou de la solution d’hypochlorite se fera à l’aide d’une canne d’injection qui sera immergée immergée dans une bâche d’eau brute, munie de chicanes chicanes ou au sein de la conduite d’eau brute, Le temps de contact ( eau brute avec la solution chlorée ) souhaité doit être de l’ordre de 30 minutes avant que l’eau préchlorée atteigne l’ouvrage de coagulation.

Tr aitem ent de l ’eau Coagulation Coagu lation - flocu floculation lation

La turbidité et la couleur d’une eau sont principalement causées par des particules de faible dimensions, appelées particules colloïdales. Ces particules qui peuvent rester en suspension dans l’eau durant de très longues périodes, peuvent même traverser un filtre très fin. Pour éliminer ces particules, on a recours aux procédés de coagulation et de floculation.

La coagulation a pour but de déstabiliser les particules en suspension c’est-à-dire faciliter leur agglomération. En pratique elle est caractérisée par l’injection et la dispersion rapide de produits chimiques. La floculation a pour objectif de favoriser, à l’aide d’un mélange lent, les contacts entre les particules déstabilisées. Ces particules s’agglutinent pour former un floc qu’on peut facilement éliminer par les procédés de décantation et de filtration.

Coagulation Coagu lation - flocu floculation lation Taille des particules en suspension

d e matières organiques ou inorganiques se déposent facilement, f acilement,  Ф > 1 μm : particules de  Ф < 1 μm : particules colloïdales se déposent très lentement.

Type de particule Gravier Sable grossier Sable fin Glaise Bactérie Colloïdales Colloïdales Colloïdales

Diamètre (mm) 10 1,0 0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001 0,000001

Densité de 2,65 0,013 s 1,26 1,2666 s 126,66 s 3,52 h 14,65 j 4,12 ans 412,2 ans 41 222,7 ans

Temps de chute Densité de 2 0,02 s 2,09 s 3,48 min 5,80 h 24,19 j 6,66 ans 665,9 ans 66 590 ans

Densité de 1,1 0,20 s 20,90 s 34,83 min 58,0 h 241,9 j 66,59 ans 6 659 ans 665 905 ans

Coagulation Coagu lation - flocu floculation lation Charges électriques et double couche

Dans une eau de surface, les particules colloïdales possèdent habituellement une charge électrique négative située à leur surface. Ces charges dites primaires, attirent les ions positifs en solution dans l’eau, lesquels adhèrent fortement à la particule et attirent à leur tour des ions négatifs accompagnés d’une faible quantité d’ions positifs

I l e s t é v i d e n t qu q u e la la s t r a t é g i e d’élimi d’élimi nation des colloïdes colloïdes pas p as s e p a r l’an l’a n n u la t i o n d u po p o t e n t i e l z ê t a ( ξ ) . E n e f f e t , la ξ n e u t r a li li s a ti t i o n d es es c h a r g e s pr p r i m ai r e s p e r m e t d ’an n u le r l e s f o r c e s d e r é p u ls ls i o n .

Coagulation Coagu lation - flocu floculation lation

Principe 







Les su Les subs bsta tanc nces es in indé dési sira rabl bles es le less pl plus us di diff ffic icil iles es à él élim imin iner er da dans ns le less ea eaux ux na natu ture rell lles es so sont nt ce cell lles es qu quii possèdent une très petite taille (particules colloïdales causant la turbidité) et celles qui sont dissoutes (matières organiques causant la coloration de l'eau et la formation des trihalomét trihal ométhanes hanes (THM) (THM))) Ces substances portent habituellement une charge électrique négative qui empêche les particules de s'agglomérer les unes aux autres pour former des particules plus volumineuses (floc (fl ocs) s) et fa faci cili lite terr le leur ur en enlè lève veme ment nt pa parr sé sédi dime ment ntat atio ionn et fil filtr trat ation ion,, Le bu butt de la coagu gullati tioon est don oncc de ne neut utrral aliise serr le less charges de ces subs bsttanc ncees afi finn de favor oriise ser r la fo form rmaati tioon d' d'uun aggl glom omééra ratt. Pour ce fa fair iree, on int ntrrod oduuit habituellem emeent dans l'eau un prod odui uitt chi him miq ique ue ch char argé gé po posi siti tive vem ment no nomm mméé « coa oagu gula lant nt » (s (sel elss d' d'aalu lum mini nium um ou de fe ferr, po pollym ymèr èrees ou l’équivalent) L’inje jecction d’un coagul ulaant do doiit se fa faiire à un endro roiit où l'agi gittation est tr trèès vi viol oleente afi finn qu’ u’iil se disperse rapidement dans l'eau brute. La réaction du coagulant se fait en moins de 1 à 10 s en eau cha haud udee, mai aiss pe peut ut êt être re pa pass ssaabl blem emeent ra rale lent ntie ie en eau fr froi oide de (< 4° 4°C) C)..

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Mécanisme 





La ne neut utra rali lisa sati tion on de dess ch chaarge gess con ondu duit it à l'l'ag aggl glom omér érat atio ionn de dess pa part rtic icul ules es co colllo loïïda dale less en entr tree elles. Pour les substances organiques dissoutes, elle provoque la formation d'un sel nom omm mé hum umaate d' d'aalum umiini nium um ou de fe ferr, selon le coagu gullant em empl ploy oyéé. Il s'agi gitt, dans ce cas, d'un d' un mé méca cani nism smee de co coag agul ulat atio ionn as asso soci ciéé à un unee re rela lati tion on st stœc œchi hiom omét étri riqu quee en entr tree le co coag agul ulan antt et le less su subs bsttan ancces à él élim imin iner er.. Ce méc écan anis ism me de coa oagu gullat atio ionn ne se re renc ncon ontr tree qu qu'à 'à pH ac acid idee (< 5, 5,5) 5) où le less es espè pèce cess do dom min inan ante tess du co coag agul ulan antt so sont nt ch char argé gées es po posi siti tive veme ment nt , Le piégeage et l'ads dsoorpt ptiion sur des fl floocs am amor orph phees d' d'aalum umiinium ou de fe ferr (coagu gula lati tion on par entraînement) Dans ce cas de coagulation par entraînement, les particules colloïdales ains nsii qu quee la matière organique dis isssout utee s'ads dsoorbe berront en surfa facce. Il s' s'aagi gitt d'un proc océédé très efficace pour l'enlèvement de la turbidité, mais beaucoup moins pour la matière orga or gani niqu quee di diss ssou oute te.. Pa Parc rcee qu qu'i'ill fa fait it in inte terv rven enir ir de dess fl floc ocss am amor orph phes es de co coag agul ulaant nt,, le pH de coag co agula ulati tion on es estt moin oinss im impor porta tant nt Le pH de coagulation, et le dosage de coagulant dans une moindre proportion, est donc très important dans le choix du mécanism smee de coagulation. L'ajout d'agent alcalin ou acid ac idee de devr vraa so souv uven entt êt être re en envi visa sagé gé po pour ur ce fa fair ire. e.


Stratégies théoriques possibles pour annuler le potentiel zêta  Ajustement du pH pour atteindre le point isoélectrique des groupements fonctionnels

portés par les colloïdes,  augmentation de la salinité pour obtenir une compression de la couche diffuse,  neutralisation chimique de la charge primaire par des cations polyvalents ou polymères,  piégeage dans des précipités de type (Al(OH)3 ou Fe(OH)3,  adsorption et pontage par des polymères chargés à longue chaine.

Au niveau industriel, les deux premières possibilités ne sont pas applicables.


Réactifs utilisés L’efficacité des coagulants est directement liée à la valence des cations utilisés. Les ions monovalents sont moins efficaces que les bi ou trivalents. La mise en solution d’un coagulant se déroule en deux étapes. Le cas du sulfate d’alumine est très significatif. Les réactions peuvent être représentés de la façon suivante : Al2(SO4)3 ==========> Al x(OH)y(SO4)z étape 1

intermédiaires polychargés

==========> étape 2

Al(OH) 3 précipité

L’étape 1 est une phase d’hydrolyse. Des intermédiaires polychargés positifs se forment. Cette étape dépend de la température et nécessite un pH compatible avec l’existence de de d e ces intermédiaires polychargés. Le temps de formation de ces composés est de l’ordre de 0,1 s. L’étape 2 permet 2 permet la formation du précipité. Cette réaction dépend de l’agitation du milieu.


Optimisation des réactifs : La coagulation et la floculation sont des phénomènes complexes, influencés par de nombreux paramètres : qualité des eaux (caractéristiques (caractéristiques physico-chimiques des eaux eaux brutes) nature et structure des colloïdes, nature et mise en œuvre des produits utilisés, aussi la méthode la plus sûre et la plus rationnelle, pour déterminer dans chaque cas la nature et quantité de réactif à utiliser, s'appuiera sur l'expérimentation. 







La méthode qui reproduit à petite échelle l'ensemble du processus de coagulation-floculation est celle dite du JAR-TEST, utilisé en laboratoire. Dans l’objectif d’une optimisation de réactif (qui doit également également tenir compte compte des considérations économiques), l'expérience au laboratoire doit être secondée par l'essai de floculation (JAR-TEST), et éventuellement par la mise en œuvre d'un pilote de traitement qui sont des auxiliaires précieux.


Choix du coagulant Un certain nombre de paramètres doivent être pris en compte: 

Température de l'eau,



Caractéristiques des eaux brutes (dont l'équilibre calco-carbonique),



Paramètres physico-chimiques à inclure ou éliminer prioritairement (turbidité et/ou Matières Organiques, par exemple),



Gestion de l'exploitation (stocks, automatisme, etc...),



Coût du produit,



Choix imposé ou "considération esthétique".


Conditions d’application 

La coa oagu gula lati tion on est est touj toujou ours rs effe effect ctué uéee à la prem premiè ière re étape tape du trai traite tem ment, nt, préc précéd édan antt ains ainsii la flocula floculatio tion/d n/déca écanta ntatio tion/fi n/filtr ltrati ation on ou la filtrat filtration ion directe directe,,



Des dosages de coagulant (supérieurs à 15 mg/l) sont difficilement applicables en filtration directe et nécessitent habituellement l'utilisation d'une décantation préalablement à la filtration pour éviter les colmatages rapides et excessifs des filtres.


Technologie Il faut associer dans un temps assez court, deux phases distinctes et incompatibles. En effet, les conditions de mise en œuvre de la coagulation sont différentes de celles de la floculation. On distingue les deux phases suivantes : 1ière phase : mélange rapide et vigoureux, 2ième phase : mélange lent Un mélange rapide est nécessaire pour disperser les aditifs dans la totalité du volume d’eau à traiter. traiter. La phase lente favorise f avorise les contacts entre les particules p articules de flocs sans les léser. léser.


Critères de conception 

La coagulation se fait soit dans un bassin de coagulation ou directement dans la conduite d'eau brute avec un mélangeur statique,



D'autres aménagements sont également possibles, mais beaucoup moins populaires.



Le bassin de coagulation, aussi appelé bassin de mélange rapide, est habituellement de forme cubique ou cylindrique.


Bassin de coagulation 





Le volume de cet ouvrage doit assurer un temps de rétention de l’ordre de 2 minutes minutes (temps de séjour de l’eau brute dans l’ouvrage) La vitesse de transfert des eaux floculées vers les ouvrages de décantation ne doit pas dépasser 0,3 m/s, Lors de la conception, les éléments suivants doivent notamment être considérés : L'entrée d'eau brute ne doit pas être dirigée directement sur l'arbre ou l'hélice de l'agitateur ; Le ratio diamètre/profondeur d'eau doit être optimisé ; L'entrée et la sortie doivent être disposées de manière à éviter les court-circuits court-circuits hydrauliques.   



L'addition de produits chimiques autres que ceux servant à la coagulation (chaux, soude caustique, acide, etc.) doit être réalisée à une un e distance raisonnable avant le point d'ajout de coagulant. Cette distance doit être validée par un jar test ,



Une conduite de vidange du bassin doit être prévue,



Une correction préalable du pH et de l'alcalinité de l'eau peut être requise.


Mélangeur statique 





Le mélangeur statique peut être utilisé lorsque le mode de coagulation principal se fait par neutralisation des charges (le temps de réaction du coagulant est court, soit de l’ordre de 0,5 à 1,0 s) et lorsque le débit d'eau brute ne varie pas (l'énergie de mélange varie avec le débit). Le nombre d'éléments de mélange intérieur doit être choisi en fonction du débit et des produits chimiques injectés. Ces éléments doivent être amovibles pour des raisons d'entretien. L'injection du coagulant doit se faire de préférence directement dans le mélangeur statique.

Chambre de mélange avec agitateur rapide. 1- Entrée Entrée d’eau. d’eau. 2- Sortie Sortie d’eau. d’eau. 3- Réacti Réactif. f. 4- Vidange idange


Dimensionnement L’ouvrage de coagulation sera dimensionné d imensionné suivant le temps de d e mélange adopté.

Si : t1 est le temps de contact Q est et le débit 

le volume volume requis est : V = Q.t1

Chaque coagulateur est équipé d’un agitateur rapide à hélice qui devra assurer un gradient de vitesse compris entre 400 et 1000 s-1 en vue d’assurer le mélange eau-réactifs. La puissance puissance d’agitation d’agitation dissipée dissipée est donné par : G = K√P/V Avec P : puissance d’agitation dissipée en watt



K : coefficie coefficient nt fonction fonction du liquide liquide (eau à 20 °C, k = 31,5) V : volume en en m3 occupé par par le fluide fluide


Exemple d’installation de coagulation

Bassin de mélange rapide


Floculation Après avoir été déstabilisées par le coagulant, les particules colloïdales s’agglomèrent lorsqu’elles entrent en contact. C’est la floculation. Le floc ainsi formé, peut décanter, flotter ou filtrer, suivant le procédé de rétention le plus adapté choisi. 

principe :



La floculation est habituellement l’étape de traitement qui suit la coagulation,



Elle vise à favoriser la formation et la croissance de flocs par une agitation lente et prolongée de l'eau,





provenant des bassins de coagulation, Elle implique habituellement l'ajout d'un floculant.


Floculation 

Conditions d'application 

La floculation est nécessaire avant toute étape de clarification et peut être aussi utilisée avant une filtration directe dans le cas où le dosage requis est faible.

1 - Arrivée d'eau d'eau à décanter décanter

6 - Modules lamellaires

2 - Injection des réactifs

7 - Tubes de reprise reprise d'eau décantée décantée

3 - Zone de mélange mélange rapide rapide

8 - Sortie d'eau décantée

4 - Zone de coagulation/flocula coagulation/floculation tion

9 - Système de reprise reprise des boues

5 - Admission en décantation décantation

10- Évacuation des des boues


Floculation Critères de conception 





Dans certains procédés de décantation brevetés (tels que la décantation à lit de boues pulsé, la décantation à recirculation interne de boues, la décantation lamellaire à recirculation externe de boues et à épaississement intégré, la décantation lamellaire à floc lesté, etc.), la floculation est intégrée à même le procédé de décantation. d écantation. Dans d'autres cas, elle est faite séparément. En tout temps, le bassin, le système d'agitation là où requis et les équipements connexes doivent être conçus pour :  

 

Assurer une bonne distribution de l'eau ; Éviter le bris du floc (vitesse d'extrémité de pale inférieure à 0,6 et à 1,2 m/s respectivement pour un floc fragile et un floc fort) ; Prévenir le court-circuitage ; Assurer le temps nécessaire pour la floculation (de 6 à 30 min au débit de conception (habituellement le débit journalier maximum)) ;


Floculation Critères de conception 









Éviter la déposition du floc dans le bassin (G > 10 s-1), La profondeur du bassin ne devrait pas excéder cinq mètres en raison des courants instables parfois induits dans le bassin au-delà de cette profondeur, Des déflecteurs peuvent être utilisés pour améliorer l'efficacité du mélange. Le cas échéant, ils pénétreront de 1/8 à 1/12 la largeur du bassin, Le temps de rétention varie selon la technologie et le conditionnement utilisés. Lorsqu' aucun floculant n'est utilisé, le temps de floculation doit être de 30 min ; lorsqu'un floculant est utilisé, le temps de floculation est habituellement réduit de moitié ; et lorsqu'un floculant et un microsable sont utilisés, le temps temps de floculation peut être abaissé abaissé jusqu'à 6 min, min, Une floculation trop longue conduit à la destruction progressive du floc.


Floculation Paramètres influençant la floculation •

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Il existe un pH de floculation optimum pour un type d'eau et un floculant donné : Il peut être nécessaire, pour obtenir une floculation correcte, d'ajuster le pH de l'eau en y ajoutant soit un acide, soit une base (soude, chaux, carbonate de sodium). 

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pH

La nature de la couleur et de la turbidité et leur proportion relative dans l'eau brute

Les particules de grande taille et de nature généralement minérale (argiles) constituent la turbidité, Les petites particules et certains composés solubles de nature généralement organique sont responsables de la couleur, La floculation des acides humiques exige des doses élevées de coagulant approximativement proportionnelles à leur concentration dans l'eau, Au contraire, les colloïdes minéraux sont facilement floculés par de faibles doses de coagulant, sans rapport avec l'intensité de la turbidité.


Floculation Paramètres influençant la floculation

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La température : Comme toute réaction chimique, la floculation est accélérée par l'élévation de température. La floculation des eaux froides est donc plus lente et moins complète que celle des eaux chaudes, D'autre part, la rapide augmentation de la viscosité de l'eau lorsque la température s'abaisse (la valeur de la viscosité passe de 1 à 2 entre 25 et Le temps de séjour de l'eau dans les bassins de floculation dépend de sa température. Plus celle-ci sera élevée, moins le temps de floculation sera long. Le gradient de vitesse est l'un des paramètres agissant sur la probabilité de rencontre des particules dans le processus de floculation. Il dépend de la viscosité dynamique de l'eau et donc de sa température.


Floculation Critères de conception

Si : t2 est le temps de contact requis par la floculation Q est le débit Alors Alors le volum volumee du flocula floculateu teurr est : V = Q.t2  

Pour favoriser l’agglomération des flocs crées par la coagulation, les ouvrages de floculation sont équipés des agitateurs lents où est injecté l’adjuvant de floculation (polyélectrolyte, alginate,etc…)  

Le gradient de vitesse à garantir est compris entre 25 et 50s -1. La puissance puissance d’agitation d’agitation dissipée dissipée est donnée par : G = K √ P/V

Avec P : puissance d’agitation dissipée en watt K : coefficient coefficient fonction fonction du liquide liquide (eau à 20 °C, k = 31,5) V : volum volumee en m3 occupé par le fluide

Tr aitem ent de l ’eau Décantation

C’est le procédé qui permet la séparation physique des particules en suspension susceptibles de décanter par gravité.

Tr aitem ent de l ’eau Décantation 

Principe

La décantat décantation ion a pour but but de : déposer le floc décantable, réduire au minimum la concentration de matières en suspension qu'il faudra enlever par filtration. L’eau qui entre dans un décanteur continu ne le traverse pas p as en écoulement homogène mais plutôt irrégulier ;  

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L'état d'un bassin en écoulement continu est donc très différent d'un d 'un bac de sédimentation calme; l'objectif est de réaliser des conditions telles, que l'écoulement soit aussi uniforme que possible pendant une période assez longue pour permettre le dépôt de la plus grande quantité de matières solides décantables, avant que l'eau ne parvienne à l'orifice de sort so rtie ie ;

On distingue deux types de matières décantables Les particules grenues (granulaire) qui se sédimentent indépendamment les unes des autres, avec une vitesse de chute constante, Les particules plus ou moins floculées qui résultent d'une agglomération naturelle ou provoquée des matières colloïdales en suspension. 

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Tr aitem ent de l ’eau Décantation 

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Il est important de signaler que, la vitesse de décantation d'une particule discrète ou diffuse, est fonction des forces de traînée, qui s'opposent aux forces de gravité. Elles dépendent de la viscosité de l'eau et donc de sa température. Suivant la loi de Stokes la vitesse de décantation d'une particule p articule est inversement proportionnelle à la viscosité dynamique :

Les variations de la température de l'eau entre les différentes zones d'un ouvrage peuvent entraîner des courants de densité qui dirigent l'eau vers la surface (T↑ d↓) ou vers le fond (T↓ d↑). Il en résulte des temps de séjour réels dans les bassins éminemment variables. Le rendement de la décantation dépend du type de l'écoulement dans les ouvrages.

Tr aitem ent de l ’eau Décantation

Critères de conception

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La décantation et les étapes de traitement qui la précèdent sont toujours dimensionnées sur la base du débit nominal de conception pour répondre au débit journalier maximum d'eau potable de l'année de conception retenue. Il faut donc considérer les pertes d'eau reliées aux lavages des filtres ainsi qu’aux purges de boues des décanteurs et les inclure dans le débit nominal de conception. À l’exception des très petites installations, au moins deux unités de décantation sont requises pour assurer un fonctionnement continu sans interruption de service. Il faut également concevoir le décanteur en pensant à un agrandissement futur des installations de traitement.

Décantation

Les décanteurs Les décanteurs statiques sans raclage Décanteurs cylindro-coniques ordinaires Ce décanteur, à flux vertical, est utilisé pour les installations de petit débit, jusqu'à 20 m3/h, La pente de la partie conique de l'appareil sera comprise entre 45 et 65°, suivant la nature des eaux traitées et le traitement appliqué. La vitesse ascensionnelle moyenne sera de 0,5 à 1 m/h dans le cas de la clarification des eaux de consommation. 

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1 - E au a u b r ut u t e. e. 2 - E au t r ai t é e 3 - V i d an g e . F i g u r e . D é cca a n t eu eu r c y li li n d r o - c o n i q u e. e.

Les décanteurs Décanteurs a circulation de boues 

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Ces décanteurs comportent une zone centrale de réaction entourée d'une zone de décantation. Ces deux zones communiquent par le haut et par le bas. Une turbine située à la partie supérieure de la zone de réaction fait circuler l'eau vers la zone de décantation. Les boues qui se déposent dans cette dernière reviennent par circulation induite dans la zone centrale. L'enrichissement en boue qui en résulte permet une un e floculation rapide et la formation d'un précipité dense. Éventuellement, un agitateur de fond assure un mélange rapide de l'eau brute avec la boue et les réactifs. Il évite en outre l'accumulation des dépôts lourds susceptibles de boucher l'appareil. Une ou plusieurs fosses à boues permettent d'extraire les boues en excès, sous une forme aussi concentrée que possible. Certains appareils peuvent comporter un racleur à la partie inférieure de l'appareil. Ce racleur permet un épaississement des boues qui sont dirigées vers les fosses à boues, situées au niveau du radier d'où elles seront extraites.

Arrivée de l'eau brute 1 - Arrivée

mélange secondaire secondaire 6 - Zone de mélange

2 - Départ de l'eau l'eau décantée

7 - Eau clarifi clarifiée ée

d'entraînement nt 3 - Groupe d'entraîneme

Recirculation ion des boues 8 - Recirculat

4 - Turbine Turbine

9 - Concentrateu Concentrateurs rs de boues

mélange primaire primaire 5 - Zone de mélange

excès évacuées évacuées 10 - Boues en excès

Décanteurs a lits de boues pulses Le procédé le plus économique pour effectuer cette opération opération consiste consiste à : 

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introduire l'eau brute dans une cloche (6) à l'intérieur de laquelle on aspire l'air à l'aide d'une machine aspiratrice (7) déplaçant un débit d'air sensiblement égal à la moitié du débit maximal d'eau à traiter. Cette cloche est mise en communication avec le collecteur inférieur du décanteur. décanteur. Dans ces conditions, le niveau de l'eau brute monte progressivement dans la cloche. Lorsqu'il a atteint une valeur comprise entre 0,60 m et 1,00 m au-dessus du niveau de l'eau dans le décanteur, un relais électrique commande l'ouverture brusque d'une vanne (8) de mise en communication de la cloche avec l'atmosphère. La pression atmosphérique s'applique donc immédiatement immédiatement sur l'eau stockée s tockée dans la cloche, qui q ui pénètre dans le décanteur avec une grande vitesse. Le lit de boue est donc soumis à des mouvements alternatifs, vers le bas pendant la chasse et vers le haut pendant le remplissage, ce qui favorise sa cohésion.

Décanteurs lamellaire Dans tous les types de décantation, des améliorations ont été recherchées et ont porté : sur la réduction de la surface au sol des ouvrages, sur les améliorations améliorations d'ordre technologique permettant de se rapprocher rapprocher de la vitesse théorique théorique . Les paramètres les plus importants pour le dimensionnement d’un décanteur lamellaire sont : – angle d'inclinaison (A) des plaques pour assurer l'écoulement des boues sous l'effet de la gravité, – vitesse vitesse de Hazen Hazen réelle réelle (Q/Sp), – écartement (e) des plaques ou diamètre des tubes pour favoriser l'établissement d'un régime laminaire. – longueur (L) des plaques, – vitesse dans la zone d'alimentation en flocs, – Les lamelles sont constituées de plaques (souvent en PVC à profil trapézoïdal). 

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(Sp (Sp : surface projeté de la lamelle)

Décanteurs lamellaire – L'écartement et la longueur des plaques est définie de manière à optimiser la rétention des flocs. – L'équirépartition de l'eau s'effectue s'effectue par prélèvement prélèvement de l'eau décantée décantée dans des tubes munis d'orifices calibrés. Ceci permet permet une bonne équirépartition du flux hydraulique sur la totalité de la section du d u décanteur. Les boues captées par les lamelles glissent vers le bas et sont recueillis à la base de l'ouvrage et extraites périodiquement dans des trémies ou par un racleur. – Cet appareil conserve les avantages de simplicité du décanteur couloir. II comporte très peu p eu d'appareillage électromécanique ce qui en fait un appareil idéal pour les petites installations ou les usines situées dans les pays peu industrialisés. 

Le décanteur lamellaire présente les avantages suivants : la compacité par rapports aux décanteurs statiques conventionnels qui conduits à des économies importantes de place et de coût, l'efficacité qui résulte de l'accroissement de la surface de décantation, la fiabilité qui est induite ind uite par la simplicité du décanteur, simplicité de réalisation et d'exploitation puisqu'il ne comporte aucun équipement mobile immergé. 

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Décanteurs lamellaire MULTIFLO® ® (brevet OTV) Schéma Schéma de principe principe : MULTIFLO

Arrivée d'eau à décanter décanter 1 - Arrivée Injection des des réactifs réactifs 2 - Injection de mélange mélange rapide rapide 3 - Zone de

Modules lamellai lamellaires res 6 - Modules Tubes de reprise d'eau d'eau décantée décantée 7 - Tubes décantée 8 - Sortie d'eau décantée

4 - Zone de coagulation/fl coagulation/floculat oculation ion

Système de reprise reprise des boues boues 9 - Système

Admission en décantation décantation 5 - Admission

Évacuation des boues boues 10- Évacuation

Décanteurs lamellaires a lits de boues pulses. 

Dérivé du décanteur Pulsator Degremont Degremont , mais avec des possibilités

accrues, l'alimentation en eau brute de l'appareil s'effectue pratiquement de manière identique (avec injection des réactifs coagulants et des adjuvants de floculation).

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L'eau floculée, floculée, équirépart équirépartie ie par le réseau de distribution, pénètre ensuite dans le réseau de plaques parallèles inclinées sur l'horizontale et perpendiculaires au concentrateur. concentrateur. La face inférieure de chaque plaque est équipés de déflecteurs qui servent à la fois de supports et d'organes créateurs de mouvements tourbillonnaires. Comme Comme dans le Pulsator Pulsator le niveau supérieur du lit de boues est limité par son déversement dans la zone du concentrateur où ne s'exerce aucune poussée due à la vitesse ascensionnelle et la reprise d'eau décantée est réalisée par un réseau de collecteurs. collecteurs.

Décanteurs lamellaires a lits de boues pulses. PULSATUB

Le Puls ulsator® réalise les les étapes de coagulation et de flo flocula ulation tion dans un même ême ou ouvr vrag age. e. Optimisé avec des modules lamellaires dans la partie supérieure et ou des plaques dans le lit de boues dans les versions Pulsatube® et Ultrapulsator®, il peut jusqu’à doubler ses vitesses de fonctionnement et s’adapter à dess eaux de eaux très très froi froide des. s. Grâce à son lit de boues, il optimise le contact du charbon actif en poudre pour éliminer plus efficacement les pesticides et les matières matières organiques. organiques.

Équipements pour décanteur lamellaire :

L'équipement du décanteur lamellaire est constitué : 

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d'éléments tubulaires thermoformés à partir de plaques de polystyrène ou d'ABS assemblées par rivets plastiques ; des renforts intégrés à la structure évitent les problèmes classiques d'écrasement des lamelles lors des vidanges, d'un supportage constitué d'un ensemble ensemble de profilés et de crémaillères inférieures maintenant l'écartement des tubes, d'un module de lavage, des goulottes de récupération profilées.

Caractéristiques techniques :    

gamme de débit de 20 à 10 000 m3/h, dimensions maximales : 20 m de diamètre ou 19 x 24 m, réduction d'emprise d'un facteur 10 par rapport à un décanteur classique, lavage des lamelles sans vidange du décanteur.

Exemple d’installation de décanteur lamellaire :

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Décanteur laméllaire : Station de traitement traitement d’El Hoceima Hoceima Débit :440 l/s Type : Multiflo Multiflo lamellaire lamellaire ; Longueur : 12,5 m ; Largue Largueur ur : 8,50 m ; Capaci Capacité: té: 800 m3/h m3/h ; Vitesse de décantation : 0, 0,80 m/h ;

Tr aitem ent de l ’eau Filtration 

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La chaîne de traitement se termine donc dans la grande majorité des cas par un filtre, ou plus exactement par une batterie de plusieurs filtres, Le but de la filtration est d'opérer la séparation la plus complète possible entre l'eau et différentes sortes de particules en suspension. Les filières de traitement incorporant une filtration peuvent être de type : Filtration physico-chimique : Les filtres de type physico-chimique sont, encore de nos jours, les plus utilisés en traitement de l’eau potable. Par définition, ils doivent être précédés d’une coagulation. La filière de traitement conventionnelle, qui inclut une coagulation, une floculation, une décantation et une filtration est la filière la plus populaire en raison du vaste éventail de qualité d’eau brute qu’elle peut p eut traiter. traiter. Filtration physique : Les filtres de ce type font intervenir des processus de traitement purement physiques tels que le tamisage et l’adsorption des particules en suspension dans l’eau, sans nécessiter de pré-traitement chimique. Pour cette raison, la qualité de l’eau brute doit être excellente. Plus spécifiquement, il s’agit de la filtration sur précouche.

Filtration

Filtration Filtration biologique biologique : 

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Les filtres biologiques font intervenir l’activité microbienne comme processus de traitement principal. Le milieu filtrant sert alors de support pour le développement de cette biomasse. Cette dernière sécrète des diastases favorisant l’action coagulante sur l’eau. La qualité physique de l’eau appliquée sur ces filtres (turbidité et couleur vraie) doit être relativement bonne pour que leur rendement soit acceptable. La filtration biologique permet cependant de gérer des contaminants que les autres filtres ne peuvent enlever (carbone organique assimilable (COA) et autres composés biodégradables). Dans ce cas, la masse filtrante ne limite pas son rôle à celui d'un tamis vis-à-vis des matières en suspension, mais se comporte comme un support permettant l'accrochage et le développement de biomasse active. C'est grâce à cette propriété des filtres que sont possibles des traitements tels que : 

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déferrisati déferrisation on et la démanganisa démanganisation tion biologiques biologiques nitrification de l'azote ammoniacal, dénitrification, l'assimilation de carbone organique biodégradable.

Filtration

Filtration par adsorption : 

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Ce type de filtration utilise le processus d’adsorption et s’adresse principalement aux substances dissoutes. Le filtre à charbon actif granulaire est le seul procédé de cette catégorie. Il s’agit d’un traitement de polissage qui peut parfois être intégré à une filière physico-chimique (remplacement de l’anthracite d’un filtre bicouche par du charbon actif granulaire). Pour le traitement d'eau de surface, seuls les filtres gravitaires (ouverts) sont acceptés. En complément de sa fonction principale de séparation, ou clarification, la filtration permet également de réaliser des traitements de nature biologique.

Type de de système de filtration 1-Filtration conventionnelle. La filtration dite conventionnelle est l'étape finale d'un traitement élaboré de clarification comprenant: une coagulation, une floculation et une étape de séparation de flocs f locs (décantation, flottation, préfiltration)

2-Filtration Filtration directe directe : On parle de filtration directe lorsque le traitement réalisé en amont de la filtration ne comprend pas d'étape de séparation de flocs.

3-Filtration en ligne ("in line filtration" ou "contact filtration"). Dans le cas de la filtration en ligne, le prétraitement se résume à une coagulation, la floculation se déroulant directement dans le filtre ou dans un ouvrage de contact intermédiaire.

Type de filtration Il y a différents types de filtres, en fonction des performances qu'ils peuvent réaliser c'est-à-dire, précisément : de la vitesse de filtration, exprimé par le quotient du débit (Q) sur la surface de la masse filtrante (Sf), soit V(m/h) = Q(m3/h) / Sf(m²), des pertes de charge charge (perte d'energie potentielle se traduisant par une différence de niveau niveau d'eau) qu'ils occasionnent, du cycle de filtration (durée de fonctionnement entre deux opérations de lavage). 

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1-Filtres ouverts : 

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Un filtre de ce type est constitué cons titué le plus généralement d'un bassin rectangulaire en béton armé divisé en deux compartiments horizontaux par un faux-plancher situé à quelques décimètres audessus du radier. radier. Un matériau filtrant (le plus souvent du sable) est déposé sur ce faux-plancher et constitue un lit dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 m, (de 0,80, à 1,20m). L'eau décantée est admise au-dessus du lit filtrant, traverse celui-ci de haut en bas, traverse également le faux-plancher qui comporte les dispositifs nécessaires à cet effet, et pénètre dans le faux fond (entre faux-plancher et radier) d'où, filtrée et débarrassée de ses impuretés les plus fines, elle est évacuée à l'extérieur.

Type de filtration

Filtre ouvert

Aquazur V

Type de filtration

Aquazur V Gamme de performance - Vitesse de filtration entre 6 et 8 m/h - vitesse d’eau d’eau de lavage lavage de 14m3/m2/h

Type de filtration Filtre ouvert à granulométrie uniforme

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L'utilisation de ces filtres, qui semblent s'apparenter de prime abord aux filtres à sable conventionnels, mais mais qui en diffèrent diffèrent sur plusieurs points, exige comme comme pré-traitement une décantation dynamique Ces filtres se caractérisent par : Une hauteur de média filtrant (sable) comprise entre 900 et 1200 mm ; Une taille effective du matériau filtrant (sable) entre 0,7 et 0,9 mm avec un coefficient uniformité inférieur à 1,5 ; Un taux de filtration permis de 7,5 m³/m²/h de surface filtrante ; Une tête d'eau au-dessus du matériau filtrant de 1 m ou plus ; Un lavage à contre-courant air et eau simultanément, qui est obligatoire compte tenu de la dimension grossière et de la densité du média filtrant. 

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Type de filtration Filtres bicouches 

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Ces filtres plus compacts compacts que les précédents précédents (taux de filtration supérieur) tout en demeurant efficaces. En raison de sa forte granulométrie, l’anthracite confère à ce type de filtre une bonne capacité de stockage pour les substances enlevées (réduit le taux d’augmentation de la perte de charge par rapport au filtre à sable conventionnel), tandis que le sable (de plus faible granulométrie) permet de maintenir une bonne qualité de filtrat. Ils se caractérisent par : Un matériau filtrant composé de deux couches de matériaux différents : le sable et l’anthracite ; Une hauteur de média filtrant composée de 150 à 300 mm de sable au-dessus duquel se trouve de 450 à 600 mm d'anthracite, l'épaisseur totale du média filtrant ne devant pas être inférieure à 750 mm ; Une taille effective de : o 0,4 à 0,6 mm pour le sable, avec un coefficient d'uniformité inférieur à 1,5 ; o 0,9 à 1,1 mm pour l'anthracite, avec un coefficient d'uniformité inférieur à 1,5. Un taux de filtration permis de 10 m³/m²/h de surface filtrante ; Une tête d'eau au-dessus du lit filtrant de 1 m ou plus ; Un lavage à contre-courant à l'air seul, puis ensuite à l'eau seule, ou bien un lavage à contre courant à l’eau avec un u n lavage de surface. 

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Type de filtration Filtres multicouches 

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Ces filtres sont caractérisés par une couche d’ilménite, dont la granulométrie est plus fine que celle du sable, permet d’augmenter plus facilement la qualité du filtrat que pour les filtres bicouches. Ils se caractérisent par : Un matériau filtrant composé de trois couches de matériaux différents tels que grenat (ou ilménite), sable et anthracite. La densité de ces matériaux est décroissante afin d’assurer un reclassement automatique des médias lors des lavage à contre-courant ; Une hauteur de média filtrant composée de : au moins 100 mm de grenat (ou d'ilmenite) ; au moins 230 mm de sable ; au moins 450 mm d'anthracite. Une taille effective des matériaux filtrants de : grenat : 0,2 à 0,32 mm ; ilménite : 0,15 mm ; sable : 0,45 mm, avec coefficient d'uniformité inférieur à 1,5 ; anthracite : 0,9 mm, Un taux de filtration permis de 10 m³/m²/h de surface filtrante ; Une tête d'eau au-dessus du lit filtrant de 1 m ou plus ; Un lavage à contre-courant à l'air seul, puis ensuite à l'eau seule, ou bien à contre-courant de l’eau et avec un lavage de surface. surf ace. 

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Type de filtration Filtres sous pression Les filtres de ce type sont en cuves fermées, cylindres, horizontaux ou verticaux, suivant les surfaces de filtration désirées, et fonctionnant sous pression. Dans ces filtres fermés, les dispositifs de régulation sont adaptés à leur mode de fonctionnement, et les planchers filtrants souvent remplacés par des raquettes perforées, munies elles-mêmes de buselures ou simplement noyées dans du gravier. gravier.

Filtration

Critères Critèr es de conception conception des filtres filtres : 

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La filtration filtration sera monocouche, monocouche, et sur sable homogène, dont la granulométrie sera choisie dans l’in l’inte terv rval alle le : 0,5 0,5 - 1,5 1,5 mm . Le coefficient d’uniformité du sable ne doit pas dépasser la valeur de 1,6. La couche couche de sable aura une épaisseur épaisseur comprise comprise entre 0,8 et 1,2m. 1,2m. Le niveau normal du sable doit être repéré en quatre endroits du filtre par des repères en acier inoxydable, scellés et peints. la perte annuelle de sable ne dépasse pas 2%. Les filtres doivent être tous identiques et alignés sur une seule file. Ils seront du type extérieur , sans couverture, avec des passerelles de service , et garde-corps amovibles en acier galvanisé. La filtration sera à courant descendant, descendant, à équi-réparation de débit en amont, amont, et à niveau constant. L’alimentation des filtres sera assurée par un canal collectant les eaux décantées émanant de tous les décanteurs. La mise en service d’un filtre doit être indépendante de la file de décanteurs ( ou du décanteur ) qui est en exploitation. La Vitesse Vitesse de filtration doit être ≤ 7m/h et celle durant le lavage d’un filtre ne doit pas dépasser 9, 50 m/h.

Filtration

Critères Critèr es de conception conception des filtres filtres :  

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

La durée maximum maximum d’un cycle de filtration filtration ne dépassera pas 24 heures. Dans le cas de l'utilisation de buselures, celles-ci doivent être composées d'un matériau inerte et être installées uniformément dans le faux-plancher à raison d'environ 55 buselures/m² de façon à s'assurer d'une bonne répartition. En tout temps, temps, les fentes des têtes têtes des buselures doivent être plus petites que la taille des grains du matériau filtrant et cumuler au moins 0,3% de la superficie totale du filtre. Dans le cas de l'utilisation de fonds f onds en gravier, encore utilisés dans certaines usines usin es existantes mais rarement dans des neuves, la section totale des latéraux doit être égale à deux fois celle des passoires. La section du collecteur principal doit être de 1,5 à 2,0 fois celle des latéraux.

Filtration

Lavage des filtres (décolmatage) L’opération de lavage des filtres devra être enclenchée enclenchée selon selon les deux options suivantes suivantes : Manuelle, où toutes les séquences seront déma démaré rées es manu manuel elle leme ment nt ( par des des boutons poussoirs ); semi-automatique, où le cycle de lavage ( différentes séquences ) se déroulera d éroulera selon un un programme programme pré-réglé pré-réglé et ajustable (automate programmable pouvant être commun à l’ensemble des filtres). L’eau filtrée présentera une turbidité ≤ 0,5 NTU. Le lavage des filtres est toujours assuré en flux ascendant à l'aide d'un fluide à la fois ou de deux fluides simultanément. 

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Figure. Filtre AQUAZUR. AQUAZUR. Phase de lavage air et eau.

Filtration

Lavage des filtres (décolmatage) Les différentes procédures habituelles d'un lavage peuvent être :  1ère phase : détassage,

Injection d'air à contre courant, dans le but de détasser le lit de matériau matériau qui s'est progressivement compacté au cours du cycle de filtration.

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2ème phase : lavage, Lavage à contre-courants simultanés d'air et d'eau filtrée. Pendant cette phase, les forces de cisaillement exercées sur les dépôts, conjuguées aux frottements des grains entre eux, permettent de décoller les particules ayant adhéré aux grains au cours du cycle de filtration. 3ème phase : rinçage, Injection d'eau seule, à une vitesse supérieure s upérieure à celle de la phase de lavage. Cette phase de rinçage a pour objet d'entraîner hors de la masse filtrante les matières en suspension décrochées lors de la phase de lavage air + eau. Le lavage d'un filtre à sable selon cette technique (air + eau) nécessite au total un volume d'eau de lavage d'environ 4 m3/m2 de surface filtrante. Dans ces conditions, à raison d'un lavage par filtre et par 24 heures, la perte en eau due au lavage s'élèvera à environ 3 % de la production.

Filtration

Équipements requis sur chaque filtre 

Les équipements suivants sont exigés pour chaque filtre : Un débitmètre (débitmètre magnétique suggéré) mesurant le débit d'eau filtrée et dont les mesures sont transmises à un système de contrôle ; Une jauge de pertes de charge ; Un système de contrôle de débit à la sortie de chaque filtre maintenant le débit désiré quel que soit le niveau d'encrassement du filtre (p. ex., un vanne papillon modulante pouvant s'ajuster automatiquement au débit présélectionné ou au débit préprogrammé correspondant à un niveau d'eau du réservoir) ; Une prise d’échantillonnage d’eau filtrée (avant l'ajout possible d'autres produits chimiques en fin de traitement afin de permettre une mesure adéquate de la turbidité de l'eau filtrée avant tout ajout) ; La tuyauterie nécessaire pour la pré-filtration à l’égout domestique ; Chaque filtre incluant son système de lavage devrait être en mesure d’opérer de façon indépendante. Le volume d'eau de lavage utilisé doit pouvoir être mesuré ; Un turbidimètre avec alarme (un enregistrement de la turbidité avec une valeur enregistrée aux 4 heures est un minimum exigé, mais l’idéal demeure d’enregistrer la turbidité en continu et d’en extraire une valeur à toutes les 4 heures) ; Il faut également éviter, en tout temps, les sur-débits sur l'un des filtres. f iltres. 

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Filtration

Dimensionnement des filtres 

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surface de filtration Pour une vitesse V de filtration adoptée et un débit Q, la surface de filtration requise est : Pompes Pompes de de lavage lavage : Soit V1 la vitesse de lavage Débit Débit de lavag lavagee :

Sf = Q/V q1 = V1 x Sf

Si V2 est la vitesse lors du soufflage d’air Alors le débit débit devient devient : q2 = V2 x Sf 

Surpre Surp resse sseur urss d’ai d’airr : Soit V3 la vitesse de l’air adoptée Alors le le débit d’air d’air requis requis est est :

q3 = V3 x Sf

Tr aitem ent de l ’eau Désinfection

La désinfection est un traitement qui permet de détruire ou d’éliminer les micro-organismes pathogènes, bactéries, virus et parasites ainsi que la majorité des germes banals moins résistants. C’est le moyen de garantir une eau bactériologiquement potable, tout en y maintenant un pouvoir désinfectant suffisamment élevé pour éviter les reviviscences bactériennes dans les réseaux de distribution. La désinfection est assurée par des produits chimiques dotés des propriétés germicides. Les plus utilisés sont :  le chlore,  le dioxyde de chlore,  l’ozone,  les UV,  etc.

Fonctions de le désinfection

Un traitement immédiat effets bactéricide, virulicide ou biocide: capacité de traiter en une étape donnée

Une bonne désinfection doit assurer Une rémanence Effet bactériostatique contre les reviviscences; Effet bactéricide pour les pollutions éventuelles; Prévention contre les colonisations (biofilms)

Modes de désinfection

Désinfection chimique

Désinfection physique

•

Produits Prod uits chlor chlorés; és;

•

Produi Pro duits ts hal halogé ogénés nés (Br (Brome ome); );

•

Ozone...

•

Température;

•

UV;

•

Ultrafiltration

Désinfection par les composés chlorés

L ’action désinfectante de HClO est 40 à 80 fois plus efficace que celle de ClO Elle est fonction du pH de l’eau.

Courbe d’absorption du chlore

En contact avec l’eau, le chlore entre en réaction avec les composés suivants : substan tances ces réd réduct uctric rices es  les subs inorgan inor ganiqu iques es (Fe (Fe,, Mn… Mn…); );  les subs substan tances ces org organi anique ques; s;  le less sub subst stan ance cess az azot otée éess pou pour r

form for mer le less ch chlo lora rami mine ness

Courbe d’absorption du chlore Formation d’un sous produit (monochloramine) qui inte in terf rfèr èree av avec ec le ch chllor oree ré rési sidu duel el lib ibre re au cont contact act de l’o l’orth rthoto otolid lidine ine.. Phase

A:

NH4+ + HOCl

NH2Cl + H2O + H+ monochloramine

Phase B : Destruction de la

monochloramine formée. 2 NH2Cl + HOCl

N2 + 3HCl + H2O azote

Courbe d’absorption du chlore

Seul le chlore résiduel libre réagit réa git ave avecc l ’or ’orthot thotoli olidin dine. e. Phase C :

Phase D : Accroissement

du chlore

résiduel libre en fonction des doses injec inj ecté tées es de chl chlore ore..

Désinfection des ouvrages d’eau potable potable

La désinfection d’un ouvrage consiste à détruire les souillures incrustées ou à la surface du matériau de l’ouvrage et susceptible d’altérer la qualité bactériologique de l ’eau.

Désinfection des ouvrages d’eau d’eau potable Les captages

Le volume d’eau dans un puits ou forage est calculé par :

D : diamètre (m) H : hauteur d’eau (m)

V en m3 = π.(D/2)2. H La dose de chlore à injecter dépond dépo nd des temps de contact conventionnels suivants :

Désinfection des ouvrages d’eau d’eau potable Les captages

Si en utilise l’eau de javel : La quantité nécessaire est calculée par :

Qej (en l) = Tt.V/(d° colorimétrique x 3.17) V : volume total d’eau à désinfecter en m3 Tt : dose de chlore utilisée en g/m3 d°colorimétrique : degré colorimétrique ou titre de la solution d’eau de javel en g/m3 1 d°colorimétrique = 3,17 g/l de chlore

La même approche sera appliquée pour les réservoirs et les conduites d’eau potable

Désinfection par les UV Les UV sont produits par des lampes à vapeur de mercure

Ils attaquent la matière organique des composés essentiels essentiels à la vie de la cellule : nucléoprotéines. Néanmoins, ses points faibles sont : Faible débit, Pas de rémanence. rémanence.

• •

R é ac ac t i f s d e t r a i t e m e n t Pré-oxydants :      

Eau de javel, hypochlorite de calcium, chlore, ozone, permanganate de potassium, air.

Coagulants :    

Sulfate d'aluminium, wac (ou similaire), similaire), chlorure ferrique, chlorosulfate chlorosulfate ferrique.

Autres coagulant :  

Sulfate de cuivre, aluminate de sodium.

Important Tous ces types de produits ne sont pas utilisés dans tous les cas. Leur utilisation dépend de la nature et de la difficulté du traitement.

Correcteurs de pH :       

Chaux, carbonate de sodium, soude, acide sulfurique, acide chlorhydrique, bicarbonate de sodium, carbonate de calcium.

Adjuvants de floculation :    

Alginate de sodium, sodium, silice activée, polyélectrolytes, amidon, CAP.

Désinfectants :     

Eau de Javel, chlore ou dérivé, dioxyde de chlore, ultra violet ozone

Coagulants plus utilisés Sulfate d'aluminium :

Formule générale

Gamme de pH

Formes (solide est différente selon les fabricants), •

Al2(SO4)3, n H2O

5,7 à 7,2 (Optimum 6)

• • •

concassé, morceaux de 10 cm de large et de 1 cm d'épaisseur environ, "noisette", granulométrie comprise entre 2 et 12 mm ou 3 et 35 mm, poudre, granulométrie courante de 0,1 à 3 mm sous forme de solution aqueuse à 8,2% d'Al2O3 (oxyde d'aluminium ou Alumine)

Chlorure ferrique :

Formule générale FeCl3.

Gamme de pH 5,5 à 8,5 (Optimum 8).

Formes stocké en bonbonnes, en containers ou citernes. utilisé uniquement sous forme de solution aqueuse d'environ 592 g/l (41 % en FeCl3, en poids).

Bâtiment des réactifs : Ce bâtiment abrite les postes de préparation et d’injection des réactifs, qui seront dimensionnés en fonction des données ci-après : Sulfate d’alumine ou chlorure ferrique :    

  

Concentration: Pour ces deux produits, les concentrations dans les bacs à réactifs seront de 150 à 250 g/l au maximum. Points Points d’injectio d’injection n: L’injection se fait, d’une part , dans chacun des mélangeurs rapides en tête des floculateurs flocula teurs et à l’entrée des débourbeurs si ceux-ci existent. Les bacs au nombre de 2 ( dont un de secours ) seront équipés d’un revêtement anti-acide, d’un agitateur électromécanique, de tuyauteries de vidange, de trop-plein et d’un collecteur pour l’alimentation des pompes doseuses. Une sécurité doit être prévue pour protéger les pompes en cas de niveau bas. Charbon actif :

    

Concent Concentratio ration n: La concentration dans les bacs à réactifs sera de 50 g/l au maximum. Points Points d’injectio d’injection n: L’injection se fait dans les mélangeurs rapides avant les floculateurs. Le local de stockage et de préparation du charbon actif sera séparé du bâtiment d’autres réactifs pour des raisons de sécurité,



 

  



 

 

Polymère ou alginate : Concentration: Les concentrations en solution dans les bacs à réactifs seront au maximum de 0.5 g/l pour le polyéletrolyte et de 1.5 g/l pour l’alginate. Points d’injection : dans chaque bassin de floculation et à l’entrée l’entrée des débourbeurs si ces derniers sont prévus. Il faut prévoir pour ce poste, une unité de préparation de la solution en continu et automatique capable de doser aussi bien l’alginate que le polyélectrolyte. Chaux: Concentration: La concentration dans les bacs à réactifs sera au maximum de 50 g/l (exprimée en produit commercial à 90 % de pureté ). Points d’injection: dans le mélangeur rapide. Permanganate de Potassium:

   

Concentr Concentration ation : La concentration dans les bacs à réactifs sera de 5 à 20 g/l au maximum. Points Points d’injectio d’injection n: L’injection se fait dans chacun des mélangeurs rapides en tête des floculateurs.

R é g l a g e d e s p om om p e s d o s e u s e s

Le débit de la pompe doseuse est calculé par la formule suivante :

Qp = Qeau.C/Co Qeau : Débit d’eau à traiter (m3/h) Q p : Débit pompe doseuse (m3/h) Co : Concentration initiale de réactif (g/l) C : Concentration à injecter en réactif (g/l)

Déferrisat Déferr isation ion - déman démangani ganisati sation on Pourquoi traiter le fer et le manganèse ? La présence d’une certaine certaine quantité de fer et Manganèse dans l’eau peut entraîner certains inconvé inc onvénie nients nts : Donner à l’eau un goût métallique désagréable, ✔ Tacher les tissus lors de la lessive , ✔ Tacher les équipements sanitaires, ✔ Réduction du rendement des échangeurs de chaleur, ✔ Neutralisation d’une partie des désinfectants due à l’oxydation du Fe et Mn, ✔ Formation d’ un précipité dans les conduites, ce qui favorise f avorise la croissance des bactéries ferrugineuses. ✔

A cause des inconvénients liés à la présence de Fer et Mn dans les eaux, l’Organisation Mon ondi diaale de la San antté (OMS), et l’En Envi viro ronm nmeent ntaal Prot oteect ctiion Agency (EPA) recom omm man anddent dess co de conc ncen entr trat atio ions ns max axim imal ales es da dans ns l’ l’ea eauu po pota tabl blee :



✔

0,33 mg/ 0, g/ll de Fer,

✔

0,05 0, 05 mg/ g/ll de man anga ganè nèse se

Pour la norme marocaine NM 03.7.001, ces valeurs sont : ✔

0,3 mg/l de Fer,

✔

0,55 mg/ 0, g/ll de man anga ganè nèse se.. Plai Plaint ntees du co cons nsom omm mateu ateurr à pa part rtir ir de 0.1 0.1 mg/l g/l

Rappel sur la chimie du fer et du manganèse





PROCEDES DEFERRISA DEFERRISATION-DEMAN TION-DEMANGANISA GANISATION TION

Différents procédés sont utilisées : 

Procédés d’oxydation d’oxydation,,



Précipitation sous forme de carbonates,



Filtration sur des matériaux spécifiques,



Procédés biologiques.

Le fer et le manganèse peuvent être oxydés par différents produits chimiques. Le fer bivalent (Fe2+) est alors transformé en fer trivalent (Fe 3+), tandis que le manganèse passe de la forme Mn2+ à la forme Mn4+. Ces métaux ont alors fortement tendance à se combiner à d’autres substances et à précipiter. précipiter.

Oxydants : O2, le Chlore, KMnO4 , Cl2O2 et O3.

Les principales réactions qui ont lieu lors de l’oxydation du fer et du manganèse manga nèse par l’oxygène l’oxygène sont sont les suiva suivantes ntes :

Les principales réactions qui ont lieu lors de l’oxydation du fer et du manganèse man ganèse par le chlore chlore sont les suivantes suivantes :

Les principales réactions qui ont lieu lors de l’oxydation du fer et du manganèse par le permanganate de potassium sont les suivantes :

Oxydation du fer et du manganèse par le dioxyde de chlore :

Oxydation Oxyda tion du fer et du manganèse manganèse par l’ozone l’ozone :

Précipitation du fer et du manganèse sous forme de carbonates carbonates :

Exemple d’un schéma schéma type de déferrisation-démanganisation déferrisation-démanganisation physico-chimique La filière de traitement permet d’assurer :  l’oxydation du fer et du manganèse dissous par : - contact de l’eau avec de l’air dans des tours remplies des roches de pouzzolane (déferrisation) - injection du permanganate de potassium (démanganisation)  filtration des précipités insolubles par : - injection injection du chlorure ferrique (coagulatio (coagulation) n) - filtration filtration sur sable, sable,  désinfection, assurée par injection de l’eau chlorée à l’eau traité.

Description d’une filière filière de déferrisation - démanganisation

L’eau brute est pompée à l’aide d’un groupe électropompe vers la ligne de traitement composée de la tour d’oxydation et des filtre : En amont de la ligne de traitement, il est injecté de l’air dans l’eau. La diffusion et le mélange de l’air dans toute la veine liquide est assurée par un mélangeur à chicanes. L’eau ainsi aérée est admise à la partie inférieure inf érieure d’une tour d’oxydation et traverse de bas en haut une masse de contact d’origine volcanique (Pouzzolane). L’excédent d’air est évacué au sommet de la tour par un un purgeur automatique. À la sortie de la tour d’oxydation, il est injecté dans l’eau du permanganate de potassium en solution ainsi que le chlorure ferrique, via des pompes doseuses. Les solutions de ces réactifs sont préparées dans des bacs à cet usage. Les précipités du fer et du manganèse sont séparés de l’eau dans une batterie de filtres à sable fonctionnant sous pression.

Description d’une filière filière de déferrisation - démanganisation

Les filtres à sable sont lavés périodiquement par retour d’eau et d’air. Pour l’eau de lavage, il est utilisé de l’eau traitée reprise dans le réservoir réserv oir d’eau traitée. L’air L’air de lavage est assuré par des surpresseurs. Les eaux filtrées sont désinfectées par injection d’une solution chlorée. D’après la stœchiométrie de la réaction cité ci-dessus ci-dess us : Il faut 0,14 mg d’oxygène pour oxyder 1 mg de fer ferreux et par conséquent la production de 1,92 mg de Fe(OH)3 par mg de fer oxydé. Il faut 1,92 mg de permanganate de potassium potas sium pour oxyder 1 mg de manganèse.

Elimination biologique du fer et du manganèse

Micro-organismes autotrophes

Oxydation du fer et du manganèse

Conditions favorables favorables (pH, température, potentiel redox, O2 etc.),

Elimination rapides et totale

L’oxydation L’oxy dation biologique du fer

Certaines bactéries spécifiques (ferrobactéries), tirent leur énergie de l’oxydation du fer pour leur développement. Pour cela toutes les conditions doivent être réunies : teneur en oxygène, pH, température de l’eau, potentiel redox… Ces bactéries sont autotrophes, c’est à dire que leur source de carbone est minérale (HCO3-, CO2). Cette déferrisation est réalisée dans des filtres à sable, sable, dont le média média est colonisé par les les souches bactériennes spécifiques du fer. Un apport d’oxygène, plus ou moins important en fonction du pH, est réalisé en amont du filtre, afin de favoriser le développement des bactéries, et en aval, pour revenir à un taux d’oxygène normal dans l’eau après consommation par les bactéries.

Modes d'action des bactéries du fer. La déferrisation biologique, dans son principe, ne diffère pas fondamentalement des procédés d'oxydation (à l'air) et de filtration. Il s'agit d'un phénomène de nature n ature catalytique, qui induit une oxydation du fer permettant de combiner combiner les phases d'oxydation et de filtration dans un seul appareil, même même si le pH est inférieur à 7. Ainsi, de nombreuses bactéries permettent, en milieu aérobie une oxydation o xydation biologique du fer. Pour certaines bactéries, l'oxydation de ce métal métal est indirecte : elle est due à l'augmentation du pH liée à la croissance de ces bactéries. Cette augmentation du pH au voisinage de la bactérie permet permet l'oxydation du fer par l'oxygène l'oxygène à une vitesse variable. On notera que pour les métaux complexés complexés aux matières organiques, organiques, diverses bactéries hétérotrophes utiliseraient la fraction organique des complexes fer/matière organiques, ce qui libérerait le fer et per mettrait sa précipitation par voie catalytique au voisinage de leurs capsules. Ce retour des métaux à l'état minéral pourrait permettre à des bactéries autotrophes de prendre le relais pour leur oxydation et leur précipitation.

Limites pratiques du procédé . Dans les conditions standards (décrites plus loin), on peut traiter des eaux ne présentant pas d'autres nuisances que le fer et dont les teneurs de certains éléments ne peuvent généralement pas dépasser des valeurs limites données ici :

Avantages de la déferrisation déferrisation biolog biologique ique.  Oxydation rapide : la tour d'oxydation est es t inutile (une injection d'air sous pression en ligne suffit), su ffit),  Réactifs souvent inutiles (pour la correction de pH ou la floculation),  Capacité de rétention du fer importante.

Le fer est retenu sous forme très compacte. Il en résulte une capacité de rétention du fer (entre 2 lavages) très élevée. Comme pour la déferrisation par voie physico-chimique, cette cette capacité est fonction de la teneur initiale en fer de l'eau brute, mais est plus importante importante que dans le cas de la déferrisation physico-chimique. Il en résulte une économie appréciable sur la dépense en eau de lavage.

L’oxydation L’oxy dation biologique du manganèse

La présence de manganèse dans l’eau, associée à des conditions favorables à leur développement (teneur en oxygène, pH, température de l’eau, potentiel redox…), permet le développement de bactéries spécifiques tirant leur énergie de la réaction d’oxydation du manganèse, ci-dessous. Les principales bactéries utilisant le manganèse sont hétérotrophes, c'est-à-dire que leur source de carbone est organique. Afin d’obtenir des conditions idéales au développement bactérien, on injecte de l’air (50 à 90% de la saturation) en amont du filtre à sable, le média servant de support au développement bactérien. Ces microorganismes consommant de l’oxygène, il est donc nécessaire de réinjecter de l’air en aval du filtre.

Conditions de croissance bactérienne : Nota : les conditions aérobies sont plus impératives que dans les cas de la déferrisation.  Teneur en oxygène dissous de l'ordre de 50 à 90 % de la saturation;  Potentiel d'oxydo-réduction supérieur à 300 mV environ;  rH supérieur supérieur à une valeur de l'ordre l'ordre de 25;  pH supérieur à 7,5.

Si l'on compare ces dernières dernières valeurs à celles qui caractérisaient le champ d'action des ferrobactéries, on voit que les deux domaines se juxtaposent, en se recouvrant recouvrant très peu : la conception de base d'une installation de démanganisation démanganisation biologique sera donc peu différente de celle d'une déferrisation biologique, et l'on pourra difficilement obtenir l'élimination l'élimination simultanée des deux éléments dans le même filtre biologique.

Avantages de la démanganisation biologique. Les constatations faisant ressortir l'intérêt du procédé sont sensiblement les mêmes que celles qui ont o nt été énoncées à propos de la déferrisation déferrisation biologique biologique, en y ajoutant le fait que la démanganisation démanganisation physico-chimique requiert impérativement un oxydant fort, lequel est évidemment supprimé en mode biologique. Les principaux principaux points forts forts sont donc les suivants :  Simplification des lignes de traitement : pas de tour d'oxydation, d 'oxydation, pas de bassin de contact entre aération et

filtration,  Pas de réactifs coûteux (KMnO4, ClO2, O3, coagulant, floculant...), le seul réactif en fonctionnement normal étant

l'oxygène apporté par l'aération ; à noter toutefois toutefo is qu'il peut être utile de pratiquer une distribution de KMnO4 pendant la période de démarrage démarrage (quelques semaines à quelques mois), mais le traitement se déroule ensuite sans aucun oxydant complémentaire (lequel serait au contraire nocif pour les bactéries).

Avantages de la déman démanganisat ganisation ion biologi biologique. que. Les seuls réactifs à prévoir sont : o éventuellement, un produit alcalin (chaux, soude, Na 2CO3) si l'eau brute est agressive : il sera alors avantageux (contrairement à la déferrisation biologique, où cet ajustement ne se fait que sur l'eau traitée) traitée) de régler le pH d'équilibre en amont de la démanganisation, du fait des exigences de pH (supérieur à 7,5), o le chlore de désinfection finale avant refoulement dans le réseau, comme pour toute distribution d'eau de consommation.  Grande vitesse de filtration : 10 à 50 m/h, suivant la teneur en Mn 2+ de l'eau brute (10 à 30 m/h dans les cas les plus

courants). Malgré la vitesse élevée, la perte de charge reste modérée grâce à la possibilité d'adopter une taille effective du sable plus élevée : celle-ci est généralement comprise entre 0.95 mm et 1.4 mm (à comparer avec la démanganisation physico-chimique physico-chimique en filtration sur matériaux fins : de TE = 0,55 à 1 mm, et de préférence en milieu bicouche). suppression des tours  Compacité des stations : comme pour la déferrisation biologique, cette propriété résulte de la suppression d'oxydation, d'oxydation, de la possibilité de pratiquer des grandes vitesses de filtration, etc.*  Grande capacité de rétention du manganèse éliminé : de 1 à 5 kg/m2 de matériau entre 2 lavages, soit 5 à 10 fois plus qu'en démanganisation physico-chimique.  Bonne qualité d'eau traitée. Pas de risque d'eau colorée en rosé, comme cela se produit en traitement physico-chimique en cas de surdosage de KMnO4 ou d'ozone.  Economie d'eau de lavage : conséquence de l'alinéa précédent, le pourcentage d'eau dépensée pour le lavage est 5 à 10 fois plus faible qu'en traitement physico-chimique. physico-chimique. En outre, il est parfois possible de laver les filtres à l'eau brute. En revanche, il est recommandé de ne pas laver les filtres f iltres à l'eau traitée après chloration, ce qui nuirait à la population des bactéries du manganèse. Traitabilité des boues : en cas de besoin, les boues boues issues de ces traitements présentent une excellente excellente aptitude à  Traitabilité l'épaississement gravitaire gravitaire (concentration finale de 30 à 80 g/1 après conditionnement avec polymère) et à la déshydratation.

Exemple Exemp le d’un schéma type de déferrisation-d déferrisation-démanganisa émanganisation tion biologi biologique que

Equilibres Equilibr es calco-carbonique Toutes les eaux contiennent en quantités plus ou moins importante de l’acide carbonique, des ions monohydrogénocarbonates et carbonates. Toutes ces espèces chimiques sont interdépendantes. Il s’agit de l’équilibre caco-carbonique. Le comportement d’une eau dépond du fait qu’elle soit ou non équilibrée. Lors de son parcours dans les canalisations elle fera tout to ut pour le retrouver. Les eaux agressives ou corrosives attaquent la couche calcaire des tuyaux. Celles qui sont entartrantes ou incrustantes, provoquent le colmatage par dépôts calcaires. Le traitement de neutralisation ou de reminéralisation, en sortie de la filière de traitement, permettent d’éviter ces inconvénients.

U n p e u t d e le le x i q u e ! Dés i g n at i o n

Déf i n i t i o n

Eau agressive

Une eau agressive est une eau qui dissout les dépôts calcaires. L’agressivité est liée principalement à la quantité des différents composés du gaz carbonique présents dans l’eau. Une eau totalement adoucie a tendance à dissoudre un dépôt calcaire. L’agressivité de l’eau n’est pas liée à la corrosivité de l’eau.

Eau Eau corrosiv e

Eau qui a tendance à corroder les métaux, le béton, etc.

Eau Eau incru stante ou entartrante

L’eau entartrante est une eau avec avec un TH TH non équilibré équilibré qui a tendance tendance à déposer déposer du tartre tartre car elle possède une une forte concentration en ions calcium et en ions magnésium.

Le pH (potentiel hydrogène)

L'échelle du pH est graduée de 2 à 12 et mesure l'acidité ou la basicité de l’eau. Plus le pH est élevé et plus l'on dit qu'il est basique.

Le TH (Titre Hydrotimétrique)

Le THest la teneu teneurr en ions calcium et magnés magnésium ium de l’eau exprim exprimée ée sur une échelle échelle de 0° à 45° . Il Il est plus connu connu sous le nom nom de « dureté ». A 0° l'eau l'eau est est douce, à 45° l'eau l'eau est est calcaire. Si le TH est est supérieur à 25°F 25°F,, l'eau l'eau est considérée comme entartrante

Le TAC (Titr (Titr e Alcal Al cal imétr im étr iq ue Comp Co mplet let )

Le TAC est est la teneu teneurr en ions bicarbonate et carbonate carbonate de l’eau l’eau exprimée exprimée sur sur une échelle de 0° (eau douce) douce) à 30° (eau alcaline). Il est plus connu sous le nom « d'alcalinité ». Le degré de TAC indique le pouvoir tampon de l'eau, c'est-àdire sa capacité à absorber les variation variation du pH). La valeur idéale du TAC TAC est supérieure à 10° F.

Eau équilibrée

Elle doit être équilibrée tant en terme de pH (potentiel Hydrogène), de TH (Titre Hydrotimétrique) et de TAC (Titre Alc Alca alim limétriq triqu ue Complet) let)..

Equilibre prédominant :

CaCO3 + CO2 + H2O

1

Ca(HCO3)2

2 Le calcaire ou carbonate de calcium est insoluble alors que le dihydrogènocarbonate d ihydrogènocarbonate de calcium est soluble. L’équilibre L’équilibre entre les deux d eux espèces est fonction de la teneur en CO2 dans l’eau définie comme concentration en CO2 équilibrant :

1. Si [CO2] libre > [CO2] équilibrant, le sens 1 est prédominant. Le CO2 excédentaire attaque

la couche calcaire présente dans les canalisations, l’eau est donc agressive ; 2. dans le cas contraire, le manque de CO2 favorise le sens 2, une partie de Ca(HCO3)2 se dépose en calcaire et augmente la teneur en CO2 libre. L’eau L’eau est entartrante ou incrustante.

Répartition des formes de CO2 dans l’eau

CO2 total

CO2 libre

CO2 combiné

- CO2 équilibrant - CO2 agressive

- HCO3- CO32-

154

Traitement des eaux agressives Traitement réservé aux eaux dont le CO2 libre est en excès

Ce traitement se situe en fin de filière pour mettre l’eau à l’équilibre ou au niveau du floculateur pour atteindre le pH optimum de floculation. Il faut consommer le C0 2 agressif et augmenter le TAC. P r o c éd é d é s d e t r a i t em em e n t  Aération : réalisée soit par pulvérisation de l’eau à l’air libre, soit par injection d’air

dans l’eau ;  Neutralisation chimique par addition de la chaux vive ou par filtration lente sur

calcaire.

- Ca Calc lcair aire: e: CaCO3 + CO2

+ H2O

Ca(HCO3)2

- Chaux haux::

CaO + 2CO2

+ H 2O

Ca(HCO3)2

- Soud Soude: e:

NaOH + CO2

+ H2O

Na(HCO3)

Un tel traitement augmente le pH et l’alcalinité . Tout excès de chaux entraine une réaction d’adoucissement et par conséquence directe, un dépôt de calcaire. calcaire .

Traitement des eaux incrustantes - Réduc Réduction tion de l’alcal l’alcalinit initéé Les eaux de cette catégorie présentent un TAC élevé et un déficit en CO2 libre. Il est nécessaire d’ajouter du dioxyde de carbone ou de consommer de d e l’alcalinité.  Injection de CO2 : le gaz carbonique nécessaire

pour que l’eau atteigne son équilibre. équilibre. Seul le pH est modifié, l’alcalinité reste constante;  Injection d’acide sulfurique (est aussi possible)

- Adoucissement par décarbonatatio décarbonatationn Il s’agit d’eaux à fort titre hydrotimétrique hydro timétrique accompagné d’un TAC TAC élevé. L’adoucissement sur résines cationiques est une solution, mais la décarbonatation à l’aide de chaux est réservée aux forts débits. Les réactions issues de l’adition de la chaux sont les suivantes :

- CaO + 2CO2

+ H2O

Ca(HCO3)2

- CaO + Ca(HCO3)2

2CaCO3 + H2O

- CaO + Mg(HCO3)2

CaCO3 + MgCO3

+ H2O

L’élimination de la dureté bicarbonatée, L’élimination bicarb onatée, calcique ou magnésienne s’effectue s’e ffectue par la formation de précipités de carbonate carbo nate de calcium et de magnésium.

212734634-Traitement-de-l-Eau-1.pdf

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