La coagulation et la floculation sont deux techniques souvent
appliquées conjointement, et destinées à accélérer la
décantation
gravitaire de particules en suspension dans l'eau.
Les particules en suspension dans l'eau peuvent être empêchées dans
leur décantation naturelle par deux phénomènes:
-
leur charge électrostatique (souvent négative) apportée par les ions en
solution qui provoque une répulsion et contrarie leur rapprochement
-
leur petite taille, qui selon la loi de Stoke induit une vitesse de
chute d'autant plus faible que leur taille est petite.
La coagulation est un traitement visant à neutraliser les charges
électrostatiques en surface des particules.
La
floculation est un traitement produisant des agglomérats (flocs) de
fines particules décantant beaucoup plus rapidement que les particules
individuelles.
Coagulants
Les coagulants peuvent être minéraux ou organiques.
Les coagulants minéraux les plus courants sont:
Coagulant |
Présentation |
Sulfate d'alumine |
solide ou en solution à 50% |
Chlorure d'aluminium |
solution aqueuse à 27% |
Sulfate ferrique |
|
Chlorure ferrique |
solution aqueuse |
Aluminate de soude |
|
Silicate de soude |
solution aqueuse |
Les
sels d'alumine ou de Fer s'hydrolysent dans l'eau, formant un précipité
qui piège les particules. Ils agissent également comme floculant.
Le sulfate d'alumine doit être appliqué à un pH de 6 à 7.
Le chlorure ferrique peut être appliqué à un pH compris entre 5 et 11.
L'aluminate de soude tend à élever le pH de l'eau traitée.
Les coagulants organiques sont des composés polymères possédant de
nombreux sites chargés positivement.
Floculants
Hors les coagulants minéraux agissant également comme floculants, les
principaux floculants sont des polyacrylamide.
Application
Les paramètres importants sont:
- la turbidité de l'eau à traiter
- la teneur en matière organique
- l'alcalinité en bicarbonates
Une
turbidité élevée conduira à une quantité importante de boues à évacuer,
tandis qu'une faible turbidité conduira à des flocs trop peu nombreux
et trop peu volumineux.
Une teneur en matière organique élevée, stabilisera les colloids et
nécessitera un surdosage en coagulant.
Le traitement de coagulation et de floculation est mené en deux étapes:
1- le coagulant est d'abord ajouté à l'eau à traiter dans un
système muni d'une agitation vigoureuse
2-
le floculant est ensuite ajouté à l'eau dans un système muni d'une
agitation lente pour favoriser la formation de flocs volumineux et
rassembler toutes les particules présentes.
Si l'additif est
utilisé à la fois comme coagulant et floculant, l'eau doit néanmoins
subir d'abord une agitation violente et ensuite une agitation lente.
L'eau
ainsi traitée passe enfin au travers d'un décanteur duquel les boues
sont retirées par le fond. L'eau traitée est recueilli en surverse.
Les dosages adaptés en coagulant et floculant et des conditions
d'agitation résulte d'une démarche empirique et expérimentale.
Un appareil de test normalisé
appelé
Jar test
est couramment utilisé pour cela. Il s'agit d'un montage constitué d'un
récipient de 1/2 litre à un litre équipé d'un agitateur à vitesse
variable. Plusieurs de ces montages sont couramment utilisés en
parallèle afin de mener des essais simultanés et pouvant être
facilement comparés.
Sont ainsi déterminés:
- le dosage en additif
- les vitesses d'agitation pour respectivement la coagulation
et la floculation
- les temps pour chacune des deux étapes
La
qualité d'eau d'alimentation pouvant varier rapidement d'un jour à
l'autre, les tests doivent être répétés aussi souvent que nécessaire.
Les
paramètres opératoires de l'installation industrielle doivent également
être corrigés en fonction des résultats des tests en laboratoire.
L'opération
industrielle étant continue, les temps d'agitation sont converti en
temps de séjour dans les différents compartiments.
Doivent ainsi être fréquemment ajustés:
- les vitesses d'agitation
- le débit de soutirage des boues
- le débit d'alimentation en additif
- le pH
Sulfate
d'alumine
Le sulfate d'alumine est un solide blanc cristallisant avec environ 14
molécules d'eau. Sa formule chimique est donc Al
2(SO
4)3,14H
2O
Il peut également être commercialisé sous forme de solution aqueuse
contenant environ 50% de sulfate d'alumine.
La pureté du sulfate d'alumine ou la concentration de la solution
aqueuse s'exprime en teneur en alumine (Al
2O
3).
Le sulfate d'alumine solide titre 17% d'alumine.
La solution aqueuse commerciale titre environ 50% d'alumine.
Une
autre caractéristique à considérer est sa basicité, qui s'exprime par
le rapport molaire du sulfate sur l'alumine contenue (SO
3/AL
2O
3).
Ce rapport est de 3 pour le sulfate d'alumine pur. Si il est inférieur,
le sulfate d'alumine est dit basique.
La solubilité du sulfate d'alumine dans l'eau dépend de la température:
solubilité du sulfate d'alumine dans l'eau
Temp (°C) |
Solubilité (g/100g d'eau) |
0 |
68 |
20 |
83 |
50 |
140 |
100 |
400 |