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C OAGULATION, F LOCULATION, S ÉDIMENTATION & F ILTRATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES Par Emilie Fournier, McGill University & EPFL Mars 2008.

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1 C OAGULATION, F LOCULATION, S ÉDIMENTATION & F ILTRATION DES EAUX USÉES INDUSTRIELLES Par Emilie Fournier, McGill University & EPFL Mars 2008

2 I NTRODUCTION 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 m 3 deaux usées. Le Canada : secteurs manufacturier, minier et centrales thermiques dénergie électrique produisent millions de m 3 deaux usées Traitement des eaux usées industrielles permet lélimination de: - Solides en suspension -Totalité des solids dissous -DBO & DCO -Nitrogène & Phosphore -Métaux lourds -etc.

3 I NTRODUCTION Étapes principales utilisées dans le traitement des eaux usées industrielles : 1. Prétraitements 2. Traitements physico-chimiques (coagulation, floculation, sédimentation & filtration) 3. Traitements biologiques (secondaires) 4. Traitements tertiaires 5. Traitement des boues

4 C OAGULATION -F LOCULATION -S ÉDIMENTATION & F ILTRATION

5 C OAGULATION Coagulation : Traitement chimique pour déstabiliser les colloïdes. Altération de la surface de la charge négative du colloïde de façon à ce quils approchent et adhèrent lun à lautre 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 C OAGULATION Coagulant : produit chimique ajouté de façon a obtenir la coagulation cation trivalent Non toxique Insoluble dans un pH relativement neutre Réactifs chimiques : Sulfate daluminium hydraté ( Al3+ : Al 2 (SO 4 ) 3 Al(OH) 3 précipite ) Chlorure ferrique ( Fe3 + : FeCl 3 Fe(OH) 3 précipite ) Sulfate ferrique ( Fe 2 (SO 4 ) 3 Fe(OH) 3 ) Chaux ou carbonate de calcium pour compenser lacidification

7 C OAGULATION Mécanismes de la Coagulation : Déstabilisation : Neutralisation de la surface de la charge des colloïdes par laddition dions à charge positive, sels métalliques ou minéraux Théorie de la double couche : Colloïde chargé négativement, une couche fixe dions positifs lentoure, en séloignant 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 dune particule soumis à un champ électrique (doit être annulé) Théorie Double Couche, GCH13201, Université Laval

8 F LOCULATION 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 F LOCULATION Floculant : polymère de haut poids moléculaire à structures linéaires et solubles dans leau. 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 F LOCULATION 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 C ARACTÉRISTIQUES DES R ÉSERVOIRS UTILISÉS Réservoir pour la coagulation : Objectif: disperser les produits chimiques de façon égale Vitesse rapide Fort débit à lentrée Temps de résidence hydraulique court

12 C ARACTÉRISTIQUES DES R ÉSERVOIRS 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 R ÉSERVOIRS UTILISÉS, F LOCULATION 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 CIVE 225, McGill University

14 R ÉSERVOIRS UTILISÉS, F LOCULATION 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 CIVE 225, McGill University

15 S ÉDIMENTATION Sédimentation ou Décantation : procédé denlèvement des matières solides décantables en suspension dans leau Types de sédimentation

16 S ÉDIMENTATION Les équipements de décantation : Décanteurs circulaires ou rectangulaires avec dispositif de raclage pour enlever les boues Utilisent la gravité pour enlever les particules de leau 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 dêtre éliminées Extrait : 20-40% de DBO % des particules en suspension

17 B ASSIN T YPE DE SÉDIMENTATION 4 zones principales du bassin Zone dentrée: distribue uniformément leau et les particules en suspension à travers la zone de sédimentation série de conduits à lentrée 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 B ASSIN T YPE DE SÉDIMENTATION Zone de sortie : présence de barrages pour éviter toute turbulence et laisser quitter uniquement la couche supérieure deau à lextérieur du réservoir Zone dentreposage de la boue: hauteur denviron 2m près de lentrée et 0,3m près de la sortie grattoir pousse la vase dans des distributeurs Sludge Removal, Circular Tank, CIVE 225, McGill University

19 F ILTRATION Filtration : Procédé pour séparer les impuretés suspendues ou colloïdales dans leau en faisant passer celle-ci dans un médium poreux, ex: sable Objectif : Enlever toutes particules fines suspendues nayant pas sédimenter de façon à obtenir une eau transparente 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 Sand Filtration CIVE 225, McGill University

20 F ILTRE DE SABLE Le filtre de sable épure leau de trois manières : Filtration : particules sont physiquement agitées par leau 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 leau usée Continuous Self-cleaning Sand filter Alibaba.com

21 F ILTRE 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 F ILTRE 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 V ARIABILITÉ DANS LES INSTALLATIONS PROPOSÉES SUR LE MARCHÉ : Quantité deau évacuée par jour: < 500 m 3 Industries Agroalimentaires (élevages, abattoirs, laiteries, fromageries, beurreries) Transformation Lactosérum (Distilleries, embouteillage, confiseries, mielleries) Industries de Transformation (stations fruitières) > 500 m 3 Tanneries, Papeteries, Savonneries, cosmétiques

24 R ECHERCHE 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 dénergie, comparé aux technologies plus récentes qui exige un minimum de 1m/h

25 R ECHERCHE CONTINUE De nombreux laboratoires poursuivent des recherches doptimisation et des modes dapplication sur les phénomènes physico- chimique de la mise en œuvre des coagulants- floculants (sels daluminium, fer hydrolysables, polymères organiques) Recherche continue sur les nouveaux produits tels que les polymères plus facilement biodégradables

26 B IBLIOGRAPHIE

27 MERCI !!!


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