Brevet FR3031910A1 — publié le 20160729

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de traitement des fluides aqueux. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de clarification pour le traitement de fluides aqueux dans un décanteur à lit fluidisé de boues d'hydroxydes, en particulier des eaux à potabiliser et des eaux usées, visant à éliminer les matières en suspension et les matières organiques dissoutes des fluides aqueux. La présente invention concerne également une installation de clarification de fluide aqueux, comprenant un décanteur à lit fluidisé de boues d'hydroxydes. ETAT DE LA TECHNIQUE Les décanteurs à lit de boues sont communément employés pour traiter les eaux à potabiliser, les eaux usées ou les eaux résiduaires urbaines ou tertiaires. Les décanteurs à lit de boues permettent l'élimination des matières en suspension (MES) et des matières organiques dissoutes des fluides aqueux notamment par floculation. Les boues, également appelées boues d'hydroxydes, sont formées par la floculation de matières en suspension et de la matière organique du fluide aqueux à traiter. Les boues constituent donc une masse en expansion grâce à un passage de fluide aqueux en son sein. Divers procédé de traitement de fluide aqueux aux moyens de décanteurs à lit de boues ont été mis en oeuvre. Par exemple, il a été proposé dans le brevet français FR 1115038, un procédé de décantation à lit de boues pulsées, dans lequel un brassage hydraulique est réalisé par pulsations. L'eau préalablement coagulée est envoyée par pulsations en fond d'ouvrage par un jeu de ramifications alimentées à partir d'une cloche centrale munie d'une pompe à vide qui se vide à intervalles réguliers. Le lit de boues est donc soumis à des mouvements alternatifs de bas en haut et de haut en bas. Des réactifs de floculation sont injectés au voisinage de la cloche à vide. Ces décanteurs à lit de boues pulsées fonctionnent typiquement à des vitesses ascensionnelles comprises entre 2 et 4 m3/m2.h. Un des inconvénients de l'art antérieur est donc lié aux gammes de vitesses ascensionnelles limitées. Afin d'améliorer ces vitesses ascensionnelles, il a été rajouté aux décanteurs à pulsations des éléments supplémentaires, tels que des plaques inclinées par rapport à l'horizontale au sein du lit de boues. 3031910 2 Un autre inconvénient de l'art antérieur est lié à l'encombrement relatif à ce type d'installation. En effet, les décanteurs à lit de boues par pulsations disposent d'une cloche à vide centrale à forte empreinte au sol, responsable du débit variable. D'après le Mémento technique de l'eau (Tome 2, 1989, page 661), seuls des décanteurs 5 à lit de boues fonctionnant par pulsation sont envisagés. En effet, l'alimentation du décanteur à lit fluidisé à débit constant est traitée comme impossible car la boue ne reste pas en suspension et se tasse, permettant ainsi à l'eau de se créer des passages préférentiels. Dans ces conditions, il n'y a plus de contact efficace entre l'eau à traiter qui traverse le lit de boues et les boues qui le constituent. Toute personne travaillant dans le 10 domaine se serait donc naturellement écartée de cette orientation si elle n'avait pas identifié un moyen inventif et différenciant permettant de lever le problème soulevé par les auteurs de ce document. Par conséquent, il existait ainsi un besoin de mettre au point un procédé et une installation de traitement permettant de traiter efficacement les fluides aqueux, en 15 particulier l'eau, par clarification dans un décanteur à lit fluidisé de boues d'hydroxydes ne présentant pas les inconvénients des procédés et dispositifs de l'art antérieur. La présente invention vient combler ce besoin. RESUME DE L'INVENTION 20 La présente invention concerne un procédé de clarification dans un décanteur à lit fluidisé de boues d'hydroxydes pour le traitement de fluides aqueux, en particulier de l'eau, par contact avec le lit fluidisé de boues d'hydroxydes, caractérisé en ce que l'introduction du fluide aqueux se fait dans le décanteur en flux ascendant à débit constant, par l'intermédiaire d'un système d'admission constitué d'un distributeur se présentant sous la 25 forme d'une pluralité de rampes de dispersion percées d'orifices disposés les uns par rapport aux autres de façon à émettre ensemble un flux divergent et dirigés vers le fond du décanteur. La présente invention concerne également une installation de clarification pour la mise en oeuvre du procédé comprenant un décanteur unique à lit fluidisé de boues d'hydroxydes 30 pour le traitement de fluide aqueux, fonctionnant en flux ascendant à débit constant, comprenant un système d'admission constitué d'un distributeur se présentant sous la forme d'une pluralité de rampes de dispersion percées d'orifices disposés les uns par rapport aux autres pour émettre ensemble un flux divergent et dirigés vers le fond du décanteur. 3031910 3 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 représente un exemple d'installation de clarification selon la présente invention. La figure 2 représente le suivi de la turbidité de l'eau avant et après traitement selon la 5 présente invention. La figure 3 représente la hauteur du lit de boues d'hydroxydes en fonction de la vitesse de fluidisation du fluide. DEFINITIONS 10 Le terme « fluide aqueux » tel qu'utilisé dans la description de la présente invention désigne de l'eau, avantageusement des eaux de surface, des eaux souterraines, des eaux industrielles ou des eaux résiduaires urbaines. L'expression « fluide aqueux à traiter » désigne un fluide aqueux que l'on souhaite débarrasser des matières en suspension et/ou des matières organiques dissoutes par 15 coagulation puis clarification. L'expression « fluide aqueux traité » désigne l'état d'un fluide aqueux après traitement selon la présente invention. Le terme « lit de boues » désigne une suspension formée par la coagulation et/ou floculation des matières en suspension et de la matière organique du fluide aqueux à 20 traiter. EXPOSE DE L'INVENTION De manière surprenante, le demandeur a découvert que l'utilisation d'une forte densité d'orifices disposés en quinconce sur des rampes de dispersion typiquement sous forme de tubes, orientés vers le fond du décanteur et disposés avantageusement sur la surface 25 totale du radier à fond plat permettait le traitement efficace de fluide aqueux. Les vitesses en sortie d'orifice du fluide aqueux étant sensiblement les mêmes pour chacun des orifices. Ainsi, la présente invention concerne un procédé de clarification dans un décanteur à lit fluidisé de boues d'hydroxydes pour le traitement de fluides aqueux, en particulier de 30 l'eau, par contact avec le lit fluidisé de boues d'hydroxydes, caractérisé en ce que l'introduction du fluide aqueux se fait dans le décanteur en flux ascendant à débit constant, par l'intermédiaire d'un système d'admission constitué d'un distributeur se présentant sous la forme d'une pluralité de rampes de dispersion percées d'orifices 3031910 4 disposés les uns par rapport aux autres de façon à émettre ensemble un flux divergent et dirigés vers le fond du décanteur. Selon un mode de réalisation avantageux, l'introduction du fluide aqueux à traiter se fait en partie basse du décanteur, via une canalisation d'alimentation, et le fluide aqueux traité 5 est récupéré en partie haute du décanteur, avantageusement par plusieurs goulottes ou tuyaux perforés. De manière avantageuse, l'introduction du fluide aqueux à traiter dans le décanteur se fait à un débit constant et à une vitesse ascensionnelle comprise entre 2 m3/m2.h et 8m3/m2.h, avantageusement entre 4 m3/m2.h et 6 m3/m2.h. Le débit du fluide aqueux dans la 10 canalisation d'alimentation et lors de son introduction dans le décanteur est constant, c'est-à-dire que le débit volumique (m3/h) en sortie d'orifice est constant au cours du temps quel que soit l'orifice choisi sur la rampe de dispersion. De manière avantageuse, le fluide aqueux à traiter est coagulé par des sels métalliques en amont de son introduction dans le décanteur. Les sels métalliques sont alors injectés 15 dans la canalisation d'alimentation de fluide aqueux à traiter et le fluide aqueux arrive donc coagulé dans le décanteur. De manière avantageuse, le fluide aqueux à traiter flocule par contact avec le lit fluidisé de boues d'hydroxydes, conduisant à la formation de boues dans le décanteur. De manière avantageuse selon l'invention, des agents de floculation d'origine minérale ou 20 organique peuvent être injectés dans la canalisation d'alimentation du fluide aqueux à traiter après l'étape de coagulation. L'emploi d'agents de floculation permet d'améliorer la floculation des MES lors du contact entre le fluide aqueux à traiter et le lit fluidisé de boues d'hydroxydes. Des agents de floculation peuvent être injectés pour répondre à des exigences de qualité importantes en terme de turbidité et de MES de fluide aqueux traité. 25 Ils sont alors injectés typiquement en solution diluée dans la canalisation d'alimentation de fluide aqueux à traiter, avantageusement préalablement coagulé. Ainsi, la technologie mise en oeuvre permet l'obtention d'un lit fluidisé de boues d'hydroxydes coagulé et floculé. Le passage de fluide aqueux à traiter en flux ascendant au sein du lit fluidisé de boues d'hydroxydes assure le traitement et l'élimination des 30 matières en suspension et de la matière organique. Aucun brassage mécanique n'est nécessaire dans le cadre de l'invention. Le brassage à l'aide du fluide aqueux à traiter du lit de boues d'hydroxydes créé par l'hydraulique du distributeur composé d'une pluralité de rampes de dispersion percées d'orifices permet d'éviter le tassement progressif du lit 3031910 5 de boues d'hydroxydes en fond d'ouvrage. On cherche ainsi à éviter le tassement du lit de boues d'hydroxydes qui conduit généralement à la création de passages préférentiels du fluide aqueux, entrainant une diminution des contacts efficaces entre le fluide à traiter qui traverse le lit de boues d'hydroxydes et les boues qui le constituent . 5 De manière avantageuse, au moins une partie des boues formées est déversée dans au moins une fosse à boues disposée au sein du décanteur. Lors de la floculation du fluide aqueux à traiter, des boues sont formées dans le décanteur. Ainsi, la quantité de boues formées augmente au cours du temps. Afin de maintenir le lit fluidisé de boues d'hydroxydes stable en hauteur et en concentration dans le décanteur, il est donc 10 nécessaire qu'au moins une partie des boues formées soit déversée dans au moins une fosse à boues disposée au sein du décanteur. De manière avantageuse, les boues déversées sont extraites de la fosse à boues par un circuit de soutirage, typiquement par voie gravitaire ou un jeu de pompes. La présente invention concerne également une installation de clarification pour la mise en 15 oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant un décanteur unique à lit fluidisé de boues d'hydroxydes pour le traitement de fluide aqueux, fonctionnant en flux ascendant à débit constant, comprenant un système d'admission constitué d'un distributeur se présentant sous la forme d'une pluralité de rampes de dispersion percées d'orifices disposés les uns par rapport aux autres pour émettre ensemble un flux divergent et 20 dirigés vers le fond du décanteur. Une telle installation est représentée à la figure 1. L'installation selon la présente invention comprend un décanteur unique défini selon trois zones distinctes de fonctionnement : - Une partie basse comprenant : - une zone réactionnelle (A) de fluide aqueux, avantageusement préalablement 25 coagulé, comprenant ledit système d'admission du fluide aqueux (1), ainsi que le lit fluidisé de boues d'hydroxydes, - une zone de déversement des boues (B), comprenant au moins une fosse à boues agencée à l'intérieur du décanteur, - Une partie haute comprenant une zone de décantation et de reprise uniforme (C) du 30 fluide aqueux traité par plusieurs goulottes ou tuyaux perforés (3). 3031910 6 Les goulottes ou tuyaux perforés (3) sont répartis de manière uniforme sur l'ensemble de la surface de la zone de décantation afin de permettre une reprise du fluide aqueux traité après décantation en tout point de cette surface. De manière avantageuse, la hauteur du lit fluidisé de boues d'hydroxydes est délimitée 5 par la hauteur de déversement d'au moins une partie des boues formées dans la ou les fosses à boues (5). Ainsi, la hauteur maximale du lit fluidisé de boues d'hydroxydes peut être déterminée grâce à la hauteur de la zone de déversement. La hauteur de la zone de déversement est avantageusement déterminée par la hauteur de la paroi (4) de la fosse à boues. La mise en place de la zone de déversement des boues permet grâce au 10 déversement d'au moins une partie des boues formées dans au moins une fosse à boues de maintenir le lit fluidisé de boues d'hydroxydes stable en hauteur et en concentration. Tel que cela se trouve schématisé sur la figure 1, l'installation selon la présente invention prévoit des fosses à boues (5) installées en périphérie de la zone réactionnelle centrale. Ce schéma représente un exemple particulier d'installation selon la présente invention. 15 De manière avantageuse, le système d'admission (1) assure un brassage hydraulique. Le brassage hydraulique du lit de boues d'hydroxydes est créé par l'introduction du fluide aqueux à traiter par le système d'admission (1) constitué d'un distributeur se présentant sous la forme d'une pluralité de rampes de dispersion (2) percées d'orifices. Le brassage hydraulique évite ainsi le tassement en fond d'ouvrage et tout passage préférentiel de 20 fluide aqueux. De manière avantageuse, les rampes de dispersion présentent une forme de tube avec des orifices disposés en quinconce. La distribution des orifices étant reproduit à l'identique sur chaque rampe de dispersion, les jets de fluide aqueux à traiter injecté dans le décanteur via ces orifices ne peuvent pas se croiser. 25 De manière avantageuse, les orifices sont disposés selon au moins deux rangées s'étendant le long de deux génératrices parallèles du tube, les génératrices de deux rangées adjacentes étant distantes l'une de l'autre par un secteur angulaire du tube formant un angle compris entre 30°et 45°. La distribution de fluide aqueux par les rampes de dispersion, assurée par les orifices, permet la répartition du fluide aqueux sur le lit de 30 boues d'hydroxydes de manière homogène et à débit constant. Cette disposition permet ainsi l'introduction du fluide aqueux à une vitesse ascensionnelle élevée tout en gardant un lit de boues d'hydroxydes efficace en terme de traitement. 3031910 7 De manière avantageuse, la hauteur du lit de boues est comprise entre 2m et 3m, avantageusement entre 2m et 2,5m. De manière avantageuse, dans le procédé et l'installation selon l'invention, l'extraction des boues à partir d'au moins une fosse à boues est réalisée de manière intermittente par 5 un circuit de soutirage (5) par voie gravitaire ou un jeu de pompes. Avantageusement, les boues déversées dans la fosse à boues se concentrent, ainsi l'extraction de ces dernières par le système de soutirage s'effectue à une fréquence et une durée préétablie. EXEMPLE 10 On indiquera ci-après à titre de simple illustration, un exemple particulier de traitement d'une eau selon le procédé de la présente invention, en relation avec les figures 2 et 3. Les conditions particulières mentionnées ci-après ont conduit à des résultats particulièrement satisfaisants dans le cadre de cette invention. Conditions de fonctionnement (pour les figures 1 et 2) : 15 Vitesse ascensionnelle de fluidisation : 6m/h (8m/h ponctuel) pH de coagulation : 5,2 Coagulant : chlorure ferrique Dosage en coagulant : 170 à 180 g/m3 Adjuvant de floculation : sans 20 Hauteur du lit de boues fluidisé : 2,3 m Bilan de fonctionnement hydraulique : Turbidité résiduelle REVENDICATIONS1. Procédé de clarification dans un décanteur à lit fluidisé de boues d'hydroxydes pour le traitement de fluides aqueux, en particulier de l'eau, par contact avec le lit fluidisé de boues d'hydroxydes, caractérisé en ce que l'introduction du fluide aqueux se fait dans le décanteur en flux ascendant à débit constant, par l'intermédiaire d'un système d'admission constitué d'un distributeur se présentant sous la forme d'une pluralité de rampes de dispersion percées d'orifices disposés les uns par rapport aux autres de façon à émettre ensemble un flux divergent et dirigés vers le fond du décanteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'introduction du fluide aqueux à traiter se fait en partie basse du décanteur, via une canalisation d'alimentation, et le fluide aqueux traité est récupéré en partie haute du décanteur, avantageusement par plusieurs goulottes ou tuyaux perforés. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'introduction du fluide aqueux à traiter dans le décanteur se fait à un débit constant et à une vitesse ascensionnelle comprise entre 2 m3/m2.h et 8 m3/m2.h, avantageusement entre 4 m3/m2.h et 6 m3/m2.h. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide aqueux à traiter est coagulé par des sels métalliques en amont de son introduction dans le 20 décanteur. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide aqueux à traiter flocule par contact avec le lit fluidisé de boues d'hydroxydes, conduisant à la formation de boues dans le décanteur. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que des agents de 25 floculation d'origine minérale ou organique sont injectés dans la canalisation d'alimentation du fluide aqueux à traiter après l'étape de coagulation. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie des boues formées est déversée dans au moins une fosse à boues disposée au sein du décanteur. 30 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les boues déversées sont extraites d'au moins une fosse à boues équipée d'un circuit de soutirage par voie gravitaire ou un jeu de pompes. 3031910 9 9. Installation de clarification pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un décanteur unique à lit fluidisé de boues d'hydroxydes pour le traitement de fluide aqueux, fonctionnant en flux ascendant à débit constant, comprenant un système d'admission constitué d'un 5 distributeur se présentant sous la forme d'une pluralité de rampes de dispersion percées d'orifices disposés les uns par rapport aux autres pour émettre ensemble un flux divergent et dirigés vers le fond du décanteur. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit décanteur est défini selon trois zones distinctes de fonctionnement : 10 - Une partie basse comprenant : - une zone réactionnelle (A) de fluide aqueux, avantageusement préalablement coagulé, comprenant ledit système d'admission du fluide aqueux, ainsi que le lit fluidisé de boues d'hydroxydes, - une zone de déversement des boues (B), comprenant au moins une fosse à 15 boues agencée à l'intérieur du décanteur, - Une partie haute comprenant une zone de décantation et de reprise uniforme (C) du fluide aqueux traité par plusieurs goulottes ou tuyaux perforés. 11. Installation selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que la hauteur du lit fluidisé de boues d'hydroxydes est délimitée par la hauteur de déversement d'au moins une partie des boues formées dans au moins une fosse à boues. 12. Installation selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que ledit système d'admission assure un brassage hydraulique. 13. Installation selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que lesdites rampes de dispersion présentent une forme de tube avec des orifices disposés en quinconce. 14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que les orifices sont disposés selon au moins deux rangées s'étendant le long de deux génératrices parallèles du tube, les génératrices de deux rangées adjacentes étant distantes l'une de l'autre par un secteur angulaire du tube formant un angle compris entre 30°et 45°. 15. Installation selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que la hauteur du lit de boues est comprise entre 2m et 3m, avantageusement entre 2m et 2,5m. 3031910 10 16. Installation selon l'une des revendications 9 à 15, caractérisée en ce que l'extraction des boues à partir d'au moins une fosse à boues est réalisée de manière intermittente par un circuit de soutirage par voie gravitaire ou un jeu de pompes.