Décantation
La décantation : Après avoir rassemblé les différentes petites particules en de beaucoup plus grosses, il faut maintenant décanter tout ceci. Dans un corps d'eau immobile, les particules en suspension plus lourdes que l'eau sont soumises à leur poids. Elles chutent lentement pour s'accumuler sur le fond : c'est la décantation. Une des techniques les plus simples concernant la décantation est la décantation statique par exemple avec un décanteur vertical. L'alimentation se fait par le bas, les particules sédimentent et peuvent être récupérées au fond du cône, tandis que l'eau traitée est évacuée par le haut, par débordement. La vitesse de sédimentation est malheureusement généralement faible. Il faut donc faire appel à la décantation dynamique grâce à laquelle on peut agir sur la trajectoire pour séparer en continu des particules de taille et de masse volumique différentes. Ce type de décanteur est aussi appelé « décanteur à lamelles ». Il améliore considérablement la vitesse de décantation. Les décanteurs actuellement utilisés sont, dans de petites installations, des décanteurs horizontaux à lamelles ; pour de très grosses installations, on lui préférera des décanteurs fonctionnant grâce à ce principe mais avec un fonctionnement encore un peu plus optimisé. Après cette étape très importante de la décantation, il reste encore à éliminer les particules plus petites encore grâce à une filtration. Types d'ouvrages de décantation : Décanteur à flux horizontaux Dans ces bassins, la condition pour qu'une particule soit retenue est qu'elle ait le temps d'atteindre le fond avant le débordement ou la sortie de l'ouvrage. Un décanteur horizontal est caractérisé par : le débit (Q) sa surface (S) sa hauteur entre le plan d'eau libre et le radier (h) Le temps de rétention dans l'ouvrage sera (t = S x h / Q) Une particule en suspension arrivant en surface à l'entrée du décanteur décante avec une vitesse constante V0. La décantation est terminée lorsque la particule s'est déposée sur le radier, la durée de chute est égale à h / V. La possibilité pour les particules d'atteindre le fond de l'ouvrage est évidemment envisageable seulement si t > h / V, ou encore V0 > Q / S. Le terme Q / S est appelée vitesse de Hazen ou vitesse de décantation, il s'exprime souvent en mètre cube heure par mètre carré (m3/h/m2) ou mètre par heure (m/h). Théoriquement, l'efficacité d'un décanteur horizontal ne dépend que de sa vitesse de Hazen et non de sa hauteur ou de son temps de rétention (soit de 0.5 à 1.5 m/h). Cependant, les particules contenues dans l'eau floculée entrant dans le décanteur présentent toute une gamme de dimensions. Pendant leur parcours dans l'ouvrage les plus petites peuvent s'agglutiner entre elle, c'est le phénomène decoalescence. Leur taille, et donc la vitesse de sédimentation augmente avec le temps. L'efficacité de la décantation dépend donc aussi du temps de rétention. Pour optimiser le rendement du décanteur on le fait souvent précéder d'un compartiment de tranqulliisation dans lequel une sensible diminution de la vitesse de transfert permet la décantation des particules les plus grosses et la coalescence du floc le plus fin. Les décanteurs horizontaux à plusieurs étages (appelés quelquefois "couloirs") comportent un certains nombre d'aménagements indispensables à l'obtention du meilleur rendement possible. Ils visent au respect des conditions suivantes : répartir uniformément l'eau à l'entrée et la sortie du décanteur éviter les zones mortes supprimer les éléments perturbateurs Décanteur à flux verticaux Dans ce type d'ouvrage l'eau suit un trajet vertical. La vitesse de chute des particules est contrariée par une force résultante de la composition de la force de frottement et de la vitesse ascensionnelle de l'eau. Tous les décanteurs verticaux font appel au voile de boue du fait de cet équilibre des vitesses et ce, quelle que soit la technique utilisée avec ou sans floculateur ou recirculation des boues. Le rôle du voile de boue est essentiel, il joue également le rôle de filtre pour les flocons de faible dimensions. En son sein sa produit le phénomène de coalescence. Ce sont des ouvrages de forme conique ou pyramidale pour permettre un contrôle plus aisé du voile de boues. Décanteur à circulation de boues 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 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 râcleur à la partie inférieure de l'appareil. Ce râcleur permet un épaississement des boues qui sont dirigées vers les fosses à boues, situées au niveau du radier d'où elles seront extraites. Décanteur à lamelles L'amélioration des décanteurs horizontaux passe par une évacuation du dépôt de boues plus rapide. Pour cela il suffit que la surface sur laquelle le floc se dépose soit inclinée pour que ce dernier puisse glisser vers le bas au fur et à mesure. D'où la réalisation de modules lamellaires inséré dans un décanteur, dont la surface de chaque lamelle devient une surface de décantation, l'angle d'inclinaison étant un des éléments importants de ce système. Système à contre-courant (les plus utilisés) : Ce type d'ouvrage s'insère, dans une filière de traitement d'eau potable, à l'aval d'un floculateur qui assure la formation et la maturation du floc. L'eau floculée alimente par le bas un faisceau de plaques ou de tubes parallèles inclinés. L'eau et le floc circulent en sens inverse d'où le terme "contre- courant". L'espace constitué entre chaque lamelle représente un décanteur modulaire. Les lamelles sont constituées de plaques (souvent en PVC à profil trapézoïdal). L'écartement et la longueur des plaques est définie de manière à optimiser la rétention des flocs. 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 d'appareillage électromécanique ce qui en fait un appareil idéal pour les petites installations ou les usines situées dans les pays peu industrialisés. Décanteur à lit de boues pulsé (Pulsator) Dans ces ouvrages, on fait appel uniquement à un brassage hydraulique, l'eau étant envoyée dans le fond du décanteur par à-coups ou pulsations (d'où le nom de l'appareil). L'admission de l'eau brute additionnée du floculant se fait dans une cloche centrale qui se vide automatiquement à intervalles réguliers et réglables. Le système de remplissage et de vidange est commandé par une mise sous vide de la cloche suivie d'une remise à l'atmosphère. 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. On profite du mouvement ascensionnel. du lit de boues pour en éliminer une partie par surverse dans des pièges disposés à la périphérie. Lorsque ces pièges sont pleins, ils sont purgés automatiquement. L'eau est uniformément répartie à la base de l'ouvrage par un réseau de tubes perforés. L'eau décantée est également récupérée à la surface par des raquettes semblables. Cette répartition du flux, qui évite au maximum les courts-circuits, est probablement la raison principale des performances de ce type de décanteur. Décanteur lamellaire à lit de boues pulsé (Superpulsator, Ultrapulsator) Le Superpulsator, dérivé du décanteur Pulsator, 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). L'eau floculée, équirépartie par le réseau de distribution, pénètre ensuite dans le réseau de plaques parallèles inclinées sur l'horizontale et perpendiculaires au 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 dans le 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. Lamelles Ultrapulsator Décanteur à flocs lestés (Cyclofloc, Actiflo) Le principe est d'alourdir le floc en le fixant sur des grains de microsable (granulométrie comprise entre 10 et 100 µm) ajoutés à l'eau brute dans une proportion importante. Des essais de laboratoire montrent que la présence de cette charge granuleuse modifie complètement le processus de coagulation. Au lieu d'assister à la formation de flocs qui grossissent en 15 à 20 mn pour attendre une taille de 1 à 2 mm et se déposer très lentement, on voit la masse de microsable traverser rapidement l'eau en entraînant au passage toutes les matières en suspension et les matières colloïdales. Quelques minutes suffisent pour obtenir un dépôt de microsable auquel s'est aggloméré l'hydroxyde de fer ou d'aluminium (selon le coagulant utilisé) lui-même lié aux matières en suspension à éliminer. Le microsable apporte un double effet : Il joue un rôle d'amorce ou d'initiateur pour la coagulation ; les matières coagulées s'agglutinant autour de chaque grain de sable, il offre une surface développée très importante qui augmente la probabilité de rencontre entre les particules et facilite leur agglomération, il joue un rôle de lest des matières coagulées accélérant considérablement la décantation. Le Cyclofloc, est un décanteur cylindrocônique à flocs lestés. Il se présente sous forme d'une cuve tronconique en béton avec un radier de faible pente. Ce système de décantation présentait les avantages suivants par rapport aux décanteurs à lits de boues : la création d'une suspension de flocs lestés autorise des charges superficielles très élevées, ce qui induit la mise en oeuvre d'une étape physico-chimique compacte, la forte concentration qui résulte de l'addition du microsable rend l'appareil peu sensible aux variations de qualités des eaux brutes. La qualité de l'eau traitée est régulière et sa turbidité très basse, la mise en régime est très rapide, indépendamment de la durée et de la fréquence des opérations antérieures. La vitesse apparente (miroir) de décantation se situe dans une plage comprise entre 7 et 12 m/h. L'Actiflo assure également, dans un ensemble compact, la séparation par coagulation - floculation - décantation, de l'essentiel des matières en suspension présentes dans les eaux de surface. Il combine le technique du floc lesté et de la décantation lamellaire. Les matières en suspension et colloïdes préalablement déstabilisées par injection dans l'eau brute d'un coagulant sont fixées sur un support granulaire de sable. Le floc ainsi formé est ensuite séparé de l'eau par décantation lamellaire à contre-courant. Ce procédé présente donc, les avantages suivants : le temps total de mélange et de floculation est réduit à 8 minutes au débit maximal la vitesse apparente de décantation peut atteindre 40 à 60 m/h la présence du microsable confère au procédé une grande stabilité de ses performances, même en présence de variations importantes des caractéristiques physiques des eaux brutes (crues). une extrême compacité de l'ouvrage liée au faible temps de floculation et aux vitesses de décantation très importantes une qualité d'eau décantée caractérisé par une excellente stabilité même dans les cas traditionnellement défavorables d'eaux très chargées ou très peu chargées (élimination des MES > 90%), Cyclofloc Actiflo Décanteur par flottation à air dissous (Aquadaf) La flottation à air dissous (DAF) est une excellente solution pour clarifier les eaux ayant un taux élevé en algues et autres solides de faible densité qui ne peuvent être éliminés efficacement avec les technologies de sédimentation. Le principe, derrière le procédé de flottation, est la formation d’un lit dense de micro-bulles, à l’intérieur de la zone de flottation. Les particules floculées s’agglomèreront aux micro-bulles lors de leur remontée en surface, clarifiant ainsi l’eau. Les solides flottés s’accumulent en surface produisant une épaisse couche de boue. Deux méthodes d’extraction permettent l’élimination du lit de boues flottées : Méthode hydraulique, par laquelle un déversoir d’effluent s’ouvre automatiquement avec une fréquence prédéfinie. Conséquemment, le niveau d’eau dans la zone de flottation augmente et la boue est déversée dans la goulotte d’évacuation des boues. Méthode mécanique, par laquelle un racleur mécanique s’avancera en poussant la couche de solides flottés vers la goulotte d’évacuation des boues. L'eau clarifiée est recueillie uniformément à travers un plancher de collecte perforé. Aquadaf
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