Brevet FR2591215A1 — publié le 19870612

La présente invention a trait au traitement physico-chimique de l'eau, faisant intervenir la floculation mécanique puis la décantation en bassins. Elle concerne tout spécialement la réalisation d'installations de traitement de l'eau, qu'il s'agisse d'eaux usées industrielles ou d'eaux à potabiliser, dans lesquelles on combine en un seul ouvrage les opérations de floculation et décantation. Dans les installations conventionnelles de traitement de l'eau on introduit dans celle-ci des agents de coagulation des particules col- loidales, par mélange sous agitation rapide, puis l'eau est amenée dans des floculateurs équipés d'agitateurs lents et conduite ensuite dans des décanteurs à compartiments. Souvent, les bassins de décantation sont dis- posés en étages pour multiplier, notamment, les surfaces de décantation. Dans les dispositions de ce type, il apparait souvent des difficultés dues au fait que les flocs, obtenus dans le floculateur par agglutination des particules colloidales de l'eau au moyen des agents coagulants, ne sont pas conservés intégralement lors du passage ultérieur dans le décanteur du fait, en particulier du changement de vitesse de cheminement de l'eau; par exemple, lors du transfert dans les deux ouvrages successifs, les gros flocs formés dans le floculateur deviennentbeaucoup plus fins si la vitesse de transfert dans le décanteur augmente. Certes, on a déjà préconisé dans les années 60 la possibilité de regrouper les deux phases de floculation et décantation dans un seul bassin à compartiments cloisonnés appelé décanteur accéléré ou appareil compact. Toutefois les nombreux essais effectués ont conduit à des dif- ficultés relatives, en particulier, à l'instabilité des voiles ou lits de boues et à une conduite très délicate des installations combinées, surtout lorsque ces dernières étaient appliquées au traitement des eaux résiduaires urbaines ou industrielles. Finalement, ce type d'installation convenait plutôt au traitement des eaux à potabiliser et particulièrement lorsque l'objectif visé était l'adoucissement de l'eau. Pour les eaux résiduaires, il a donc fallu revenir à l'adoption de deux ouvrages dis- tincts pour la floculation et la décantation. De réels progrès ont été réalisés en décantation, depuis un certain nombre d'années, grâce à la mise en oeuvre de décanteurs lamel- laires pourvus dans leur zone supérieure (ou active) de séries de pla- ques inclinées entre lesquelles l'eau chemine en se débarassant de ses impuretés par dépôt sur les plaques. On peut ainsi obtenir une effica- cité optimum par les passages multiples et successifs du fluide souillé entre les séries de chicanes. Il se posait donc le problème de pouvoir combiner les avantages d'une floculation mécanique bien réglée dans sa grosseur des flocs et d'une décantation lamellaire à grande efficacité. Tel est le but visé par l'inven- tion selon laquelle, après de nombreuses études et expérimentations, on a pu déterminer les principaux facteurs critiques et les conditions spécifiques d'adaptation pour deux ouvrages combinés en une seule installation compacte. Conformément à la caractéristique principale de l'invention, l'ou- vrage unitaire est conçu de façon à permettre le passage direct et à la même vitesse de l'eau traitée, depuis la zone de floculation jusqu'à la zone de décantation. Selon une réalisation préférentielle, ce résultat, qui se traduit par une absence de turbulence entre les deux zones précitées, est atteint en utilisant un floculateur dont le radier est situé sensiblement au niveau des lumières (ou ouvertures) permettant l'alimentation du décanteur lamel- laire. Ainsi, les flocons les plus lourds, formés dans le floculateurre- joignent directement la zone de décantation, sans risque de dépôt dans le floculateur o ces flocons fermenteraient et pertu>.Lraient le fonctionnement de l'installation. En outre les lumières de jonction entre les deux zones sont calculées pour que la vitesse de l'eau soit pratiquement la même dans le floculateur que dans le décanteur, cette vitesse étant généralement com- prise entre 0,02 et 0,1 m/sec. Outre l'avantage précité de non destruction des flocs à l'arrivée de l'eau dans le décanteur lamellaire, l'ouvrage compact selon l'invention permet de mieux utiliser les réactifs de coagulation et d'accroître, d'au moins 15 à 20 % l'efficacité de la décantation lamellaire. De ce fait, on peut mettre en oeuvre un décanteur de dimensions plus petites que celles normalement nécessaires pour un volume donné d'eau polluée à traiter. Par ailleurs, on réalise une substantielle économie d'énergie du fait que rien n'est consommé, contrairement aux procédés conventionnels, pour le trans- port de l'eau par canalisations d'une zone à l'autre, la seule énergie mise en oeuvre étant celle de la floculation. D'autres avantages apparaîtront au cours de la description sui- vante d'un mode préférentiel de réalisation, bien que non limitatif, illus- tré par les planches annexées de dessins qui représentent: - Figure 1: une vue générale, en plan, d'une installation com- pacte de floculation-décantation conforme à l'invention; - Figure 2: une vue de profil d'un décanteur lamellaire selon une coupe AA de la figure 1; 3 2591215 - Figure 3: une coupe, selon la ligne B-B de la figure 1, illus- trant le floculateur; et: - Figure 4: une coupe selon C-C de la figure 1 permettant d'illus- trer la vue de profil du dispositif mélangeur de réactifs de coagulation et des deux décanteurs lamellaires qui lui sont.contigus. Telle que représentée sur ces figures et notamment la figure géné- rale n 1, l'installation d'ensemble pour traitement physico-chimique de l'eau comprend essentiellement: un récipient 1 pour le mélange rapide sous agitation des réactifs de coagulation avec l'eau; un floculateur cen- tral 2, également avec systèmes d'agitation; et deux unités de décantation identiques 3, 4 disposées de part et d'autre du mélangeur et du floeulateur. La communication entre le mélangeur rapide 1 et le floculateur 2 s'effectue par les ouvertures 5, 6 et, conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, les lumières disposées dans les radiers du flo- culateur et des décanteurs, respectivement les séries identiques 7 et 8, sont situées aux mêmes niveaux dans ces appareils. On a représenté sur la vue en plan de la figure 1, l'arrivée 9 de l'eau, par le dessus du mélangeur 1, et le départ 10 de l'eau traitée. On comprendra, aidé en cela par les flaches de circulation indiquées sur les dessins, que l'eau à traiter arrivant par 9 est évacuée, après mélange- coagulation, par le dessus de la zone de floculation munie de ses agita- teurs 11; elle s'écoule au fond du floculateur 2 et traverse les lumiè- res de répartition 7, 8; puis elle remonte le long des modules lamellaires 12 et elle est collectée dans des rigoles de reprise 13 qui débouchent sur un canal général d'évacuation 14 conduisant à la sortie 10 de l'eau traitée. L'installation est également munie, au-dessus de chaque décanteur 3, d'un pont racleur 15 destiné à récupérer les écumes qui sont ensuite reprises en 16 puis évacuées, ainsi que d'un système 17 de raclage de fond (visible sur la figure 2) permettant de drainer les boues qui tombent au fond 18 de chaque décanteur. Les boues et écumes sont ensuite pompées et aspirées en 19 et 20 pour 8tre évacuées à l'extérieur de l'installation. Afin de démontrer les avantages pratiques d'une telle installa- tion compacte on a effectué des séries d'expériences comparées, en traitant le même type d'eau usée, d'une part sur l'appareillage tel que décrit ci- dessus et d'autre part sur un ensemble floculateur-décantateur convention- nel dans lequel les deux dispositifs étaient séparés par une canalisation de transfert. Les temps de mélange étaient les mêmes dans les deux cas soit 4 2 2591215 environ 2 minutes, ainsi que les types de floculation soit environ 15 minu- tes. Toutefois, on a pu diminuer sensiblement les doses d'agent(s) flocu- lant(s) dans le cas de l'installation compacte, à savoir: 100 mg/l de sul- fate d'alumine pour le floculateur classique-et 80 mg/l pour le lamellaire ainsi que, respectivement, 1 mg/1 de polyélectrolyte et 0,8 mg/l. Le polyé- lectrolyte mis en oeuvre était un polyélectrolyte anionique moyen (connu sous le nom de "Percol 725"). Les vitesses ascensionnelles de l'eau dites "au miroir" (mesurées, comme on le sait en 3/m2/h par rapport à la surfa- ce de l'eau ou miroir sur un ouvrage ouvert) étaient de 1,6 m/h pour le dé- canteur conventionnel de comparaison alors qu'elles variaient entre 20 et 32 m/h dans les décanteurs lamellaires de l'installation selon l'invention. En mesurant sur l'eau de sortie, après traitement, d'une part les matières en suspension (M.E.S.) et, d'autre part, le taux résiduel en phos- phore (P) on a obtenu les résultats suivants: Conventionnel: M.E.S. (eau traitée): 50 mg/l P. total: 1 mg/l Ensemble unitaire de l'invention: M.E. S. (eau traitée): 15 mg/l P. total: 0,5 mg/1 On constate donc le notable accroissement de l'efficacité de traite- ment par mise en oeuvre d'une installation compacte conforme à l'invention, et ceci en réduisant les doses d'agents floculants et sans dépenser d'éner- gie pour le transport de l'eau entre les unités de floculation et décanta- tion. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Ensemble de traitement physico-chimique des eaux par les moyens, connus en soi, de floculation mécanique sous agitation puis de décantation avec circulation de l'eau dans des modules lamellaires à plaques parallèles inclinées, caractérisé en ce qu'il combine en un seul ouvrage compact un récipient (1) de mélange rapide des agents coagulants, un floculateur (2) et, de chaque côté de celui-ci, un décanteur lamellaire (3, 4) selon un arrange- ment permettant le passage direct et à la même vitesse de l'eau traitée depuis la zone de floculation jusqu'à la zone de décantation. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit arrangement, permettant une circulation de l'eau sans turbulence dans l'ouvra- ge, est obtenu par installation dans le radier du floculateur de lumières ou ouvertures (7) situées au même niveau que les lumières (8) d'alimentation des décanteurs lamellaires (3, 4), la vitesse de l'eau entre le floculateur et les décanteurs lamellaires étant maintenue entre 0,02 et 0,1 m/sec. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que l'eau à traiter, qui arrive par le haut (9) du mélangeur (1) est évacuée, après mélange-coagulation, par le dessus du floculateur (2) muni de ses systèmes d'agitation (11) puis s'écoule au fond de ce dernier et tra- verse les lumières de répartition (7, 8) avant de remonter le long des modu- les lamellaires (12) et d'être collectée dans des rigoles de reprise (13) qui débouchent sur un canal d'évacuation (14) conduisant à la sortie (14) d'eau traitée; les écumes de surface (16) et les boues de fond (18) étant évacuées en continu à l'extérieur de l'installation.