Brevet FR2787781A1 — publié le 20000630

PROCEDE DU TRAITEMENT DES EAUX AVEC LESTANT INJECTE EN ZONE TRANQUILISEE O La présente invention concerne un procédé de traitement des eaux utilisant les techniques de coagulation, floculation et décantation. Ce procédé de traitement d'effluents est plus particulièrement adapté au traitement des eaux pluviales qui présentent de fortes concentrations en matières en suspensions (MES). to Le domaine de cette invention est celui des procédés physico- chimiques qui visent à séparer les particules en suspension dans l'effluent à traiter, en les amalgamant sous forme de "frocs", qui sont ensuite séparés par décantation. Les opérations successives, qui comprennent généralement les étapes de coagulation, de floculation et de décantation, sont réalisées dans différents compartiments, on utilise le plus souvent les compartiments d'un même appareil appelé décanteur. Classiquement, le premier de ces compartiments correspond à une zone dans laquelle on effectue une étape de coagulation. Dans cette étape, les charges électriques portées par les particules en suspension sont neutralisées grâce à l'injection de sels de fer ou d'aluminium. Le deuxième compartiment est le site de la floculation, o les particules préalablement neutralisées se rencontrent et s'agglomèrent de façon à constituer le foc, grâce à l'addition d'un polymère. Le dernier compartiment correspond à l'étape de décantation, o les flocs et l'eau sont séparés. L'ensemble des frocs décantés constitue la boue. La principale amélioration apportée par les dernières techniques, consiste à augmenter la densité des frocs en y insérant un matériau minéral dense, en général, du sable fin. Deux techniques s'affrontent dans le domaine La première est basée sur "l'effet de germe", o les particules neutralisées lors de la coagulation s'agglomèrent avec du lest, faisant croître le floc autour de ce dernier. Le lest est donc injecté dès l'étape de coagulation comme l'indique FR 2 627 704 B1, voire, au début de l'étape de floculation, comme le décrit EP 0 680 933 A1. Afin de diminuer les coûts d'exploitation, le lest doit être récupéré et recirculé. Cette opération qui est réalisée préférentiellement par hydrocyclonage, présente un inconvénient important, car la séparation par hydrocyclone doit être effectuée à partir d'un mélange dilué. Les boues en excès, issues de cette séparation sont donc faiblement concentrées, de l'ordre du gramme par litre. La seconde technique utilise le lest comme simple "alourdisseur du floc". Il est incorporé aux boues recirculées, appelées alors "boues densifiées", qui sont injectées au niveau du floculateur, un exemple de mise en oeuvre est décrit dans FR 2 758 812 A1. La principale limite apportée à cette technique repose sur le fait que l'injection de lest au niveau du floculateur introduit des zones macroscopiquement hétérogènes; il faut alors is augmenter l'agitation au sein du compartiment. Par contre, I'ajout de boues utilisées comme "masse de contact", nécessite une agitation lente afin de parfaire la maturation du floc. Cet antagonisme limite fortement les performances du procédé en ce qui concerne la charge hydraulique. Le procédé de traitement selon la présente invention permet de pallier les inconvénients des techniques décrites ci-dessus. Le procédé de traitement selon la présente invention présente les avantages d'augmenter notablement la charge hydraulique (la charge hydraulique correspond au débit de l'effluent traité par unité de surface de lamelles: la surface de lamelles considérée étant la section horizontale constituée par l'ensemble des lamelles) lors de la décantation et d'extraire des boues concentrées, tout en conservant une eau traitée de qualité. La présente invention concerne un procédé amélioré de décantation des flocs dans lequel le lest ou adjuvant de décantation est injecté alors que le floc est mature. Le procédé de traitement des eaux selon l'invention est effectué dans un décanteur sur un effluent à traiter chargé de matières en suspension, il comprend au moins une étape de coagulation effectuée dans au moins une zone de coagulation, au moins une étape de floculation effectuée dans au moins une zone de floculation et au moins une étape de décantation, dans laquelle les boues comprenant les matières en suspension sont séparées de l'effluent ainsi clarifié, effectuée dans au moins une zone de décantation. Selon ce procédé, un adjuvant de décantation est introduit au niveau d'au moins un compartiment spécifique qui est une zone non agitée située après la zone de floculation. Ce compartiment spécifique peut être la zone de décantation elle-même ou une zone distincte de la zone de décantation, non o agitée intermédiaire située avant la zone de décantation, cette zone est encore appelée "chambre de tranquillisation". Après décantation, la phase contenant les boues et l'adjuvant de décantation est extraite, traitée puis l'adjuvant de décantation est de préférence réintroduit au niveau d'au moins une zone non agitée du X5 décanteur. Selon une variante préférée du procédé selon l'invention, I'étape de décantation est effectuée dans un décanteur lamellaire comprenant une pluralité de plaques inclinées parallèles entre elles et prévues dans la partie supérieure du décanteur. Dans ce cas l'adjuvant de décantation peut être injecté directement au-dessus des lamelles du décanteur lamellaire. L'intérêt majeur de la décantation lamellaire par rapport à la décantation classique repose sur la capacité à traiter une grande quantité d'effluent dans un petit volume. Cette performance s'exprime essentiellement au travers de la charge hydraulique. Actuellement, les décanteurs lamellaires atteignent des charges hydrauliques maximales de l'ordre de 130 m/h (FR 2758812 A1). Le procédé selon l'invention peut être mis en ceuvre de la façon suivante: un effluent à traiter est introduit dans le décanteur au niveau de la zone dite de coagulation. Dans cette zone, qui est maintenue agitée, on introduit au moins un adjuvant de coagulation qui est par exemple un sel de métal: chlorure ferrique ou sulfate d'aluminium. Lors de l'étape de coagulation, les matières en suspension dans l'effluent s'agrègent autour de l'adjuvant de coagulation pour former un microfloc. L'effluent de la zone de coagulation est introduit au niveau de la zone de floculation du décanteur. Dans cette zone de floculation, qui est maintenue agitée, on introduit au moins un adjuvant de floculation qui est par exemple un polymère cationique, anionique ou neutre, naturel ou synthétique. Lors de l'étape de floculation, les matières en suspension dans l'effluent s'agglomèrent autour de l'adjuvant de floculation ce qui permet la croissance du microfloc. L'effluent de la zone de floculation est introduit au niveau de la zone de décantation. L'agitation de ces zones de maturation du floc (zone de coagulation et zone de floculation) peut être réalisée par des moyens mécaniques (agitateurs) ou par une injection d'air. En ce qui concerne la zone de floculation, un paramètre important à considérer est le gradient de vitesse G, classiquement, il est compris entre 70 et 300 s-1. Dans le cas de focs lestés, G peut être 10 fois plus élevé comme le rapporte le brevet FR 2 627 704B1. Chacune des zones de coagulation et de floculation peuvent comprendre une ou plusieurs cuves, généralement ces zones comprennent d'une à trois cuves et de préférence un seule cuve. Après ces traitements de maturation du foc, I'effluent à traiter est introduit dans une zone non agitée qui peut être une zone intermédiaire dite de tranquillisation ou une zone de décantation. La zone de décantation peut comprendre une ou plusieurs cuves, généralement cette zone comprend d'une à trois cuves et de préférence une seule cuve. Dans au moins une de ces zones non agitées, on introduit au moins un adjuvant de décantation. Cet adjuvant possède des propriétés de lestant, c'est-a-dire qu'il permet d'alourdir le floc qui va descendre dans le fond du décanteur. On obtiendra ainsi deux phases distinctes: une phase liquide correspondant à l'effluent clarifié et une phase au moins en partie solide: les boues. Les boues comprennent les matières en suspension, les adjuvants de décantation, les adjuvants de coagulation et de floculation et un liquide interstitiel. Cette phase en partie solide est récupérée dans le fond de la zone de décantation. Tous les adjuvants de décantation connus de l'homme du métier tels que le sable peuvent être utilisés pour réaliser la décantation dans le procédé selon la présente invention, généralement l'adjuvant de décantation ol0 présente une granulométrie comprise entre 30 et 600 micromètres (pam). Les matériaux minéraux possédant une susceptibilité magnétique importante comme les oxydes de fer et en particulier la magnétite, la samarskite, la franklinite, la ferberite, la pyrrhotite seront préférés. D'une manière générale, on préférera un matériau qui combine à la fois des propriétés ferromagnétiques, une densité élevée, par exemple supérieure à 5 kg/dm3, et une insolubilité totale dans les conditions classiques du traitement de l'eau. Ces matériaux utilisés comme adjuvant de décantation permettent de lester les agrégats de particules initialement présentes (focs) et d'accélérer leur décantation. Selon une variante préférée du procédé selon la présente invention, l'adjuvant de décantation est extrait des boues, éventuellement il est soumis à un traitement, comme par exemple un rinçage, puis il est recyclé vers au moins une zone non agitée. La séparation peut être effectuée par tamisage, centrifugation ou par tout autre moyen adapté connu de l'homme du métier. Lorsque l'adjuvant de décantation est un matériau possédant une susceptibilité magnétique importante, la séparation de l'adjuvant de décantation et des boues est basée sur les propriétés magnétiques de cet adjuvant. Parmi les systèmes utilisés, on compte notamment les dispositifs contenant un aimant fixe entouré d'un tambour rotatif. Cet aimant crée un champ magnétique de part et d'autre de la surface du tambour qui est limité à une zone caractérisée du dispositif. Dans ce cas, I'adjuvant de décantation est séparé des boues et récupéré par un dispositif d'aimantation en deux étapes. La mise en oeuvre de tels dispositifs est la suivante: dans un premier temps, le mélange constitué des boues et de l'adjuvant de décantation est amené au contact du tambour rotatif, à la surface duquel seul est retenu l'adjuvant, du fait du champ magnétique. Les boues sans adjuvant sont évacuées du dispositif par simple système de surverse. Dans un deuxième temps, I'adjuvant retenu sur le tambour est entraîné par le mouvement de rotation et s'éloigne de la zone de champ magnétique. Dans un troisième temps, I'adjuvant qui n'est plus soumis au champ magnétique quitte la surface du tambour du fait de la gravité. On peut prévoir de placer ce dispositif de séparation magnétique au- dessus d'une cuve de récupération, I'adjuvant de décantation tombe alors dans ladite cuve pour être ensuite envoyé dans au moins une zone non i5 agitée du décanteur ou on peut prévoir de placer ce dispositif au-dessus de ladite zone du décanteur, I'adjuvant de décantation tombe alors directement dans ladite zone. Ce système permet de redistribuer l'adjuvant de décantation de façon continue avec un minimum de pertes de cet agent lestant. Cette zone non agitée est, de préférence, la zone de décantation. Selon une variante préférée du procédé selon la présente invention, l'adjuvant magnétique est démagnétisé avant d'être réintroduit au niveau d'une zone du décanteur. Selon une variante de la présente invention, I'adjuvant de décantation récupéré dans la cuve de récupération peut être introduit dans une zone non agitée et dans une autre zone du décanteur. Cette autre zone peut être une zone d'élaboration du floc comme par exemple les zones de coagulation et/ou de floculation. Les boues concentrées non captées au niveau du dispositif de séparation magnétique sont récupérées dans une cuve d'évacuation, elles peuvent ensuite être réintroduites au niveau d'au moins une zone du décanteur ou envoyées vers un circuit de traitement des boues en excès. Dans ce dernier cas, avant tout traitement les boues traversent un dispositif de récupération de la magnétite présente à l'état de traces. Dans cette étape d'affinage, les boues percolent autour de barreaux magnétiques puissants qui retiennent les éventuelles traces de magnétite. La présente invention concerne encore un dispositif pour réaliser le procédé selon la présente invention comprenant successivement: - une zone de coagulation munie d'un moyen d'agitation comprenant une conduite d'introduction de l'effluent à traiter, une conduite d'introduction de io l'adjuvant de coagulation et une conduite d'évacuation de l'effluent de la zone de coagulation; - une zone de floculation munie d'un moyen d'agitation comprenant une conduite d'introduction de l'effluent à traiter, une conduite d'introduction de l'adjuvant de floculation et une conduite d'évacuation de l'effluent de la zone de floculation; - une zone de décantation comprenant une conduite d'introduction de I'effluent à décanter, une conduite d'évacuation de l'effluent clarifié et une conduite d'évacuation des boues décantées; - une conduite d'introduction de l'adjuvant de décantation dans au moins une zone non agitée du dispositif située après la zone de floculation. De préférence, cette zone non agitée est la zone de décantation. Selon une variante de l'invention, on peut aussi prévoir, en aval de la zone de décantation une conduite d'évacuation de l'adjuvant de décantation, cette conduite d'évacuation de l'adjuvant de décantation étant reliée à une conduite d'introduction de l'adjuvant de décantation dans une zone non agitée. Dans ce cas le dispositif de mise en oeuvre du procédé comprendra aussi une conduite d'introduction de l'adjuvant de décantation dans la zone de coagulation reliée à la conduite d'évacuation de l'adjuvant de décantation de la zone de décantation et/ou une conduite d'introduction de l'adjuvant de décantation dans la zone de floculation reliée à la conduite d'évacuation de l'adjuvant de décantation de la zone de décantation. Dans la description des figures qui suivent, les mêmes numéros renvoient aux mêmes éléments. La figure 1 est une représentation schématique de l'invention comportant en série: Une voie d'introduction (1) de l'effluent à traiter dans la zone de coagulation (2) munie d'un élément d'agitation et d'une conduite d'introduction d'un adjuvant de coagulation (12). Une zone de floculation (3) munie d'un élément d'agitation et d'une conduite d'introduction d'un adjuvant de floculation (13). Une zone de décantation (5) munie en sa partie inférieure d'une conduite d'évacuation des boues concentrées (8). La zone de décantation (5) comporte en sa partie supérieure un système d'injection d'adjuvant de décantation (14) et une conduite d'évacuation de l'effluent clarifié (7). La figure 2 est une représentation de l'invention comportant en série i5 Une conduite d'introduction de l'effluent à traiter (1), dans la zone de coagulation (2) munie d'un élément d'agitation et d'une conduite d'introduction d'un adjuvant de coagulation (12). Une zone de floculation (3) munie d'un élément d'agitation et d'une conduite d'introduction d'un adjuvant de floculation (13). Une chambre dite de tranquillisation (4) munie d'une conduite d'introduction (14) d'un adjuvant de décantation. Une zone de décantation (5), comportant en sa partie supérieure une goulotte de récupération de l'effluent traité (7) et un élément lamellaire (6), et munie en sa partie inférieure d'une conduite d'évacuation des boues concentrées (8). La zone de décantation comporte en sa partie supérieure une conduite d'introduction (14) d'un adjuvant de décantation, un séparateur magnétique comprenant deux zones (9) et (9') et une conduite d'évacuation des boues (11). Le séparateur magnétique (9) est alimenté en mélange boues + adjuvant de décantation grâce à la conduite (8), il comporte en outre une bobine démagnétisante (10). La conduite (15) alimente cette bobine en magnétite issue du séparateur magnétique (9'). L'exemple qui suit illustre l'invention sans en limiter la portée. Exemple: Dans cet exemple, des essais (b) de traitement des eaux conformes à l'invention (dans lesquels un adjuvant de décantation est introduit dans la zone de décantation) sont comparés à des essais (a) classiques de traitement des eaux (dans lesquels un adjuvant de décantation est introduit dans la zone de floculation). Les deux séries d'essais sont mises en oeuvre dans les mêmes conditions et en utilisant le même dispositif. L'eau à traiter est une eau brute de station d'épuration comprenant des matières en suspension en une concentration comprise entre 400 et 450 mg/I. Les conditions de mise en oeuvre de ces essais sont présentées dans le tableau ci-dessous. L'adjuvant i5 de décantation est la magnétite de diamètre moyen égal à 40 pm. L'adjuvant de coagulation est le chlorure ferrique (FeCI3) et l'adjuvant de floculation est un polymère anionique. Les vitesses initiales de décantation de chacun des essais sont mesurées. La vitesse initiale de décantation correspond à la vitesse de chute du floc (en zone de décantation). Dans le cas des essais de traitement des eaux selon l'invention, la vitesse initiale de décantation est plus rapide (13,9 m/h) que dans le cas d'essais classiques (9,2 mlh), la qualité de l'effluent décanté reste comparable: environ 90 % des MES sont éliminées dans les deux cas. Tableau ESSAIS SELON ESSAIS SELON LE LE PROCEDE A PROCEDE B Temps de coagulation (mn) 5 5 Adjuvant de coagulation (FeCI3) (mgA) 80 80 Temps de floculation (mn) 15 15 Adjuvant de floculation (polymère anionique)(mgAl) 0,8 0,8 Adjuvant de décantation (magnétite) (g/l) 1 1 Vitesse initiale de décantation moyenne (m/h) 9,2 13,9 écart type (n=3) 0,6 0,8 Le procédé selon l'invention permet ainsi un traitement des eaux plus rapide que les procédés classiques tout en conservant une qualité comparable de l'effluent traité. Il REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des eaux effectué dans un décanteur sur un effluent à traiter chargé de matières en suspension et comprenant au moins une étape de coagulation effectuée dans au moins une zone de coagulation, au moins une étape de floculation effectuée dans au moins une zone de floculation, au moins une étape de décantation effectuée dans au moins une zone de décantation, et dans laquelle les boues contenant les matières en suspension sont séparées de l'effluent clarifié, caractérisé en ce qu'un adjuvant de décantation est introduit au niveau d'au moins une zone non agitée située après la zone de floculation. 2. Procédé selon la revendication 1 tel que la phase contenant les boues et i5 l'adjuvant de décantation est extraite, traitée et l'adjuvant de décantation est réintroduit au niveau d'au moins une zone non agitée du décanteur. 3. Procédé selon la revendication 2 tel que l'adjuvant de décantation est un matériau minéral possédant une susceptibilité magnétique importante. 4. Procédé selon la revendication 3, tel que l'adjuvant de décantation est un oxyde de fer, en particulier la magnétite, la samarskite, ia franklinite, la ferberite, la pyrrhotite. 5. Procédé selon les revendications précédentes tel que l'adjuvant de décantation est introduit dans la zone de décantation. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 tel que l'adjuvant de décantation est introduit dans une zone distincte de la zone de décantation située avant la zone de décantation. 7. Procédé selon les revendications précédentes tel que l'adjuvant de décantation est réintroduit au niveau d'au moins une zone agitée du décanteur. 8. Procédé selon la revendication 7 tel que l'adjuvant de décantation est réintroduit au niveau de la zone de coagulation. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8 tel que l'adjuvant de décantation est réintroduit au niveau de la zone de floculation. 0o 10. Procédé selon l'une des revendications 2 à 9 tel que l'adjuvant de décantation est séparé des boues et récupéré par un dispositif d'aimantation en deux étapes. 11. Dispositif pour réaliser le procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant successivement: - une zone de coagulation munie d'un moyen d'agitation comprenant une conduite d'introduction de l'effluent à traiter, une conduite d'introduction de l'adjuvant de coagulation et une conduite d'évacuation de l'effluent de la zone de coagulation; - une zone de floculation munie d'un moyen d'agitation comprenant une conduite d'introduction de I'effluent à traiter, une conduite d'introduction de l'adjuvant de floculation et une conduite d'évacuation de l'effluent de la zone de floculation; - une zone de décantation comprenant une conduite d'introduction de l'effluent à décanter, une conduite d'évacuation de l'effluent clarifié et une conduite d'évacuation des boues décantées - une conduite d'introduction de l'adjuvant de décantation dans au moins une zone non agitée du dispositif située après la zone de floculation. 12. Dispositif selon la revendication 11 tel que la zone non agitée est la zone de décantation. 13. Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12 comprenant au moins l'un des éléments suivants: 1o - une conduite d'évacuation de l'adjuvant de décantation située en aval de la zone de décantation, cette conduite d'évacuation de l'adjuvant de décantation étant reliée à une conduite d'introduction de l'adjuvant de décantation dans une zone non agitée; une conduite d'introduction de l'adjuvant de décantation dans la zone de coagulation reliée à une conduite d'évacuation de l'adjuvant de décantation, de la zone de décantation; - une conduite d'introduction de l'adjuvant de décantation dans la zone de floculation reliée à une conduite d'évacuation de l'adjuvant de décantation de la zone de décantation.