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Coagulation, Floculation, Sédimentation & Filtration des eaux usées industrielles Par Emilie Fournier, McGill University & EPFL Mars 2008.

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1 Coagulation, Floculation, Sédimentation & Filtration des eaux usées industrielles
Par Emilie Fournier, McGill University & EPFL Mars 2008

2 Introduction Eaux usées industrielles: comprennent les eaux usées produites par l'industrie et l'artisanat, ainsi que les eaux usées similaires, comme celles provenant d'hôpitaux et de laboratoires. La Suisse en produit chaque année environ 500 millions de m3 d’eaux usées. Le Canada : secteurs manufacturier, minier et centrales thermiques d’énergie électrique produisent millions de m3 d’eaux usées Traitement des eaux usées industrielles permet l’élimination de: - Solides en suspension -Totalité des solids dissous -DBO & DCO -Nitrogène & Phosphore -Métaux lourds -etc.

3 Introduction Étapes principales utilisées dans le traitement des eaux usées industrielles : Prétraitements Traitements physico-chimiques (coagulation, floculation, sédimentation & filtration) Traitements biologiques (secondaires) Traitements tertiaires Traitement des boues

4 Coagulation-Floculation-Sédimentation & Filtration

5 Coagulation Coagulation : Traitement chimique pour déstabiliser les colloïdes. Altération de la surface de la charge négative du colloïde de façon à ce qu’ils approchent et adhèrent l’un à l’autre Colloïdes (particules de à 1 μm de diamètre) Particules trop petites pour sédimenter dans un temps raisonnable Surface chargée négativement; répulsion, prévention de collisions

6 Coagulation Coagulant: produit chimique ajouté de façon a obtenir la coagulation cation trivalent Non toxique Insoluble dans un pH relativement neutre Réactifs chimiques : Sulfate d’aluminium hydraté (Al3+ : Al2(SO4)3 ↔ Al(OH)3 précipite ) Chlorure ferrique (Fe3+: FeCl3 ↔ Fe(OH)3 précipite ) Sulfate ferrique (Fe2(SO4)3↔ Fe(OH)3 ) Chaux ou carbonate de calcium pour compenser l’acidification

7 Coagulation Mécanismes de la Coagulation :
Déstabilisation: Neutralisation de la surface de la charge des colloïdes par l’addition d’ions à charge positive, sels métalliques ou minéraux Théorie de la double couche: Colloïde chargé négativement, une couche fixe d’ions positifs l’entoure, en s’éloignant dans une couche diffuse, le potentiel décroit pour atteindre la neutralité dans la masse de la solution : potentiel zêta Potentiel Zêta : Caractéristique des forces répulsives entre particules. Se détermine par la mesure des vitesses de déplacement d’une particule soumis à un champ électrique (doit être annulé) Théorie Double Couche, GCH13201, Université Laval

8 Floculation Floculation: Ensemble des phénomènes physico- chimiques menant à l'agrégation de particules stabilisées pour former des flocons ou « flocs » Phénomène réversible, c'est à dire que l'on peut casser ces agrégats, par exemple en agitant fortement le liquide, pour retrouver la solution de colloïdes initiale Formation de flocs: agglomération des particules neutralisées par la coagulation qui décantera par la suite Lien entre particules : polymères sont très efficaces

9 Floculation Floculant: polymère de haut poids moléculaire à structures linéaires et solubles dans l’eau. Les floculants existent sous forme solide, en billes ou en solution Polymères non-ioniques, anioniques (-) ou cationiques (+) Les particules vont se retrouver piéger dans les mailles du floculant pour ainsi créer des flocs

10 Floculation Coagulation et floculation sont des processus souvent indissociables. En effet, la coagulation, en diminuant les forces de répulsion entre les particules, favorise les collisions et la formation d'agrégats ; et la floculation, en permettant la croissance des agrégats accélère la séparation des phases. Ils éliminent près de 80% des matières en suspension.

11 Caractéristiques des Réservoirs utilisés
Réservoir pour la coagulation : Objectif: disperser les produits chimiques de façon égale Vitesse rapide Fort débit à l’entrée Temps de résidence hydraulique court

12 Caractéristiques des Réservoirs utilisés
Basin de Floculation: Objectif: formation de flocs Mélange uniforme et doux Vitesse adéquate requise pour avoir des collisions entre particules Temps de résidence hydraulique long Particules ne doivent pas descendre au fond (basin de sédimentation)

13 Réservoirs utilisés, Floculation
CIVE 225, McGill University Constant speed and variable speed - heavy-duty drives available to match shaft mounted drive arrangement in a dry well or in a wet well chain drive Variable Horizontal design - speed paddle type flocculators furnished with fiberglass paddles -drive shafts available in solid shaft or torque tube configurations in either stainless or carbon steel

14 Réservoirs utilisés, Floculation
CIVE 225, McGill University create aeration zones separate anoxic zones from the rest of the tank create chlorine contact chambers designate mixing zones separate clarification areas from other parts of a tank capture surface scum and debris

15 Sédimentation Sédimentation ou Décantation:
procédé d’enlèvement des matières solides décantables en suspension dans l’eau Types de sédimentation

16 Sédimentation Les équipements de décantation:
Décanteurs circulaires ou rectangulaires avec dispositif de raclage pour enlever les boues Utilisent la gravité pour enlever les particules de l’eau tandis que les huiles et graisses restent en surface et seront enlever par flottation Temps de rétention assez long de façon à ce que les particules décantent avant d’être éliminées Extrait : 20-40% de DBO5 40-60% des particules en suspension

17 Bassin Type de sédimentation
4 zones principales du bassin Zone d’entrée: distribue uniformément l’eau et les particules en suspension à travers la zone de sédimentation série de conduits à l’entrée et oriente ensuite dans le réservoir écoulement uniforme dans la cuve Zone de sédimentation : écoulement laminaire et passif Rectangular Sed. Tank, CIVE 225, McGill University

18 Bassin Type de sédimentation
Zone de sortie : présence de barrages pour éviter toute turbulence et laisser quitter uniquement la couche supérieure d’eau à l’extérieur du réservoir Zone d’entreposage de la boue: hauteur d’environ 2m près de l’entrée et 0,3m près de la sortie grattoir pousse la vase dans des distributeurs Sludge Removal, Circular Tank, CIVE 225, McGill University

19 Filtration Filtration: Procédé pour séparer les impuretés suspendues ou colloïdales dans l’eau en faisant passer celle-ci dans un médium poreux, ex: sable Objectif: Enlever toutes particules fines suspendues n’ayant pas sédimenter de façon à obtenir une eau transparente Sand Filtration CIVE 225, McGill University Filtration par le sable est une des plus anciennes méthodes connues utilisées dans le traitement des eaux usées. Si désigné, construit et maintenu comme il se doit, le filtre produit un effluent de très grande qualité

20 Filtre de sable Le filtre de sable épure l’eau de trois manières :
Filtration : particules sont physiquement agitées par l’eau usée entrante Sorption chimique: contaminants collent à la surface du sable et aux substance biologique de la surface du sable Assimilation: microbes aérobiques absorbent les nutriments contenus dans l’eau usée Continuous Self-cleaning Sand filter Alibaba.com

21 Filtre de sable Simple Slow sand filter
Slow sand filters (2.9 to 7.6 m3/d.m2) • Low technical operational demands • Requires high surface area • Sand particles: 0.2 – 0.4 mm • Schmutzdecke layer develops on surface: effective at removing biological particles – • Cleaning: top layer of sand scraped off

22 Filtre de sable Rapid Gravity sand filter
Rapid sand filters (120 m3/d.m2) • Graded media in bed (mean particle sizes mm) • Grain size distribution is optimized to allow water flow but remove particulate matter • Dual or mixed media: coarse grains on top of fine grains • Support medium (gravel): to keep sand from leaving with filtered water

23 Variabilité dans les installations proposées sur le marché:
Quantité d’eau évacuée par jour: < 500 m3 Industries Agroalimentaires (élevages, abattoirs, laiteries, fromageries, beurreries) Transformation Lactosérum (Distilleries, embouteillage, confiseries, mielleries) Industries de Transformation (stations fruitières) > 500 m3 Tanneries, Papeteries, Savonneries, cosmétiques

24 Recherche continue Efforts de recherche et développement nécessaires pour répondre aux exigences de qualités très réglementées imposées par le renforcement des contraintes environnementales Les techniques membranaires se développent mais coagulation reste le procédé physico-chimique le moins cher par rapport à la quantité de particules éliminées La sédimentation est le procédé de séparation le plus économique en termes de consommation d’énergie, comparé aux technologies plus récentes qui exige un minimum de 1m/h

25 Recherche continue De nombreux laboratoires poursuivent des recherches d’optimisation et des modes d’application sur les phénomènes physico- chimique de la mise en œuvre des coagulants- floculants (sels d’aluminium, fer hydrolysables, polymères organiques) Recherche continue sur les nouveaux produits tels que les polymères plus facilement biodégradables

26 Bibliographie

27 MERCI !!!


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