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Coagulation et Floculation


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:
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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
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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.
Dispositif de test de coagulant dit Jar testUn 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 Al2(SO4)3,14H2O
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 (Al2O3).
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 (SO3/AL2O3).
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:
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Temp (°C)   Solubilité (g/100g d'eau)
---------   -------------------------
  0                   68
 20                   83
 50                  140
100                  400
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