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# Traitement physico-chimique d'un effluent: Traitement par Coagulation-Floculation

Aymen LABIDI<sup>1,†</sup>,<sup>‡</sup> ID, Amal LOUKIL<sup>1,†</sup> and Soumaya THAMRI<sup>1,†</sup>

## Abstract:

Les procédés de **coagulation** et de **floculation** facilitent l'élimination des MESet des colloïdes en les rassemblant sous forme de floc dont la séparation est ensuite effectuée par des systèmes de décantation, flottation et/ou filtration (voir décantation et filtration, de même que flocaleurs - décanteurs - flottateurs et les filtres). Ils constituent les traitements de base appliqués pour corriger tout ou partie des défauts de l'eau liés aux fractionsparticulaires inertes (limons, argiles, colloïdes)ou vivantes (microalgues planctoniques ; micro- invertébrés, en particulier les kystes des protozoaires parasites : amibes, Giardia, Cryptosporidium… ; bactéries) ; ils assurent aussi l'élimination de la fraction « floculable » des matières organiques (macromolécules, en particulier la plupart des acides humiques responsables de la couleur), de certains métaux lourds, plus généralement de la fraction des micropolluants associée à ces MES et macromolécules colloïdales (dont les virus, pratiquement toujours portés par les MES et colloïdes de l'eau).

**Keywords:** Traitement des eaux, Floculation, Coagulation

## 1. Objectif

Le but de cette manipulation est d'initier l'étudiant à l'épuration d'un effluent par élimination de la MES (Matière en Suspension) moyennant les deux procédès de **Coagulation - Flocualtion**.

## 2. Principe

Les Matières en Suspension (MES) sont toutes de même charge (négative), ce qui contribue à leur répulsion, et partant la difficulté de la décantation. Pour ce faire, on ajoute un **coagulant** qui est le **Sulfate d'aluminium** de formule chimique $Al_2(SO_4)_3$ qui est un sel formé par la combinaison de deux cations aluminium $Al^{3+}$ et de trois anions sulfate $SO_4^{2-}$. Ensuite on passe à la **Floculation** en ajoutant un **Floculant** qui est l'**Acide Alginique**, insoluble dans l'eau. (On va détailler le mode opératoire dans la suite du rapport).

## 3. Matériel Utilisé

* Bécher

* Pipette et pro-pipette

* pH-mètre

* Barreau et agitateur magnétique

* Eprouvette

* l'Effluent à purifier

* solutions de HCl et NaOH pour ajuster le pH

* Coagulant

* Floculant polymérique

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

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**Citation:** LABIDI, A Traitement physico-chimique d'un effluent: Traitement par Coagulation-Floculation. *Chemical Engineering 2021*, *1*, 0. 10.31219/osf.io/k4egn

Published: 9th, March 2021

**Author's Note:** You can Visit my Researchgate and LinkedIn profiles for more researches.

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**Copyright:** © 2021 by the author. Licensee to Aymen Labidi for Chemical Engineering - Open Resource (CC BY) license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

<footnote n="1"><sup>1</sup> Affiliation: University of Carthage - National Institute of Applied Sciences and Technology - Chemical Engineering Student - Chemical Engineering Department</footnote>

<footnote>† Current address: 676 INSAT Centre Urbain Nord BP Tunis Cedex 1080</footnote>

<footnote>‡ Aeronautical Consultant for FTAA; Glider Former and Manager for Aerobotix INSAT.</footnote>
4. Mode opératoire

1. On Commence tout d'abord par l'étalonnage du pH-mètre, on aura besoin de deux solutions Tampon de pH=4 et pH=7.

2. On prélève 50 mL de l'Effluent à traiter: dans notre cas c'était **l'eau de robinet**, on mesure le pH de notre effluent et on trouve **pH=7,59**. Or le pH de travail est de 4.

3. On procède à l'ajout goutte à goutte (en utilisant la micro pipette) d'une solution **d'acide Chlorhydrique HCl (0.1 M)**.
On ajuste le pH pour une valeur de pH= 4,02.

4. On ajoute maintenant 10 mL du **Coagulant** qui est le sulfate d'Aluminium et on déclenche le chronomètre pour **10 minutes**.
**Attention !!: Une forte Agitation est un impératif pour augmenter le contact entre le coagulant et les MES.**

5. Dés qu'on atteint les 9.5 minutes, on diminue considérablement l'agitation, pour ne pas casser les flocs ainsi formés et donc on recontamine notre effluent, on ajoute le Floculant qui est l'acide Alginique et on attend **10 minutes**.

6. Après 10 minutes d'attente (soit 20 minutes en totalité), on arrête l'agitation, et on verse le contenu du bècher dans une eprouvette graduée et on laisse décanter.

Le mode opératoire est détaillé dans les figures ci-dessous

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 1.** Etalonnage du pH-mètre, mesure du pH de l'effluent et son ajustement</figcaption></figure>

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 2.** Ajout du Coagulant: le Sulfate d'Aluminium</figcaption></figure>
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>**Figure 3.** Ajout du Floculant: l'Acide Alginique</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>**Figure 4.** Décantation dans une éprouvette graduée</figcaption></figure>

**5. Exploitation des résultats**

1. **La coagulation** s'agit du procédé dont un réactif appelé coagulant est introduit dans la solution avec le but de déstabiliser la suspension colloidale en pénétrant la double couche afin de s'adsorber dans la couche de Stern. Le coagulant étant cationique est responsable pour augmenter le potencial Zêta jusqu'à une valeur proche de zero et éléver également la force ionique du milieu, permettant par la suite la diminution de la barrière énergétique de répulsion et le rencontre et l'agrégation des particules colloidales.

**La flocation** est l'étape où les particules préalablement déchargées s'agglomèrent en structures plus grosses appelées microflocs. Ces microflocs s'agrègent ensuite en flocons plus volumineux, appelés flocs, qui peuvent alors subir une décantation. L'étape de flocation peut être améliorée en ajoutant un autre réactif : l'adjuvant de flocation, communément appelé le floculant.

La réaction de coagulation-flocaion détailée est schématisée par la figure ci-dessous
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 5. Schématisation de la réaction de Coagulation-Floculation</figcaption></figure>

2. l'Histogramme de comparaison entre les volumes de boue obtenues en fonction du pH est le suivant:

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 6. l'Histogramme de comparaison entre les volumes de boue obtenues en fonction du pH</figcaption></figure>
**Comment parvient t-on à calculer ces volumes ?**

Pour les volumes exprimés en mm, on les mesure avec une régle, c'est l'hauteur des boues décantées dans chaque éprouvette avec un dimaètre de l'éprouvette de 2.5 cm (une simple opération de multiplication nous permet de calculer ces volumes), concer- nant les volumes exprimés en $cm^3$, on les a mesuré par lecture directe sur l'éprouvette graduée.

**Intérprétation**

* pH entre 2 et 7: on a la présence des cations Aluminium $Al^{3+}$ qui vont interagir avec les matières en suspension (MES) chargées négativement ce qui va contribier à une bonne coagulation

* pH entre 7 et 9: dans cette zone de pH on aura le précipité hydroxyde d'Aluminium $Al(OH)_3$ qui, en plus de l'effet coagulant, il va contribuer à une adoption ce qui va augmenter davantage le rendement de décantation.

* pH entre 10 et 12: dans cette zone de pH, il ya prédominance de la forme hydroxyde $Al(OH)_4^{2-}$ qui, comme peut l'apercevoir est chargé négativement, or les MES sont de même signe ce qui va contribuer à une **répulsion** d'où une **mauvaise** décantation

3. D'après l'histogramme qu'on a traçé, on peut en déduire que le **pH optimal** pour l'action du coagulant est de 9 (Intervalle de travail 8-9)

4. **La coagulation** est donc la déstabilisation des particules colloïdales par addition d'un réactif chimique, le coagulant, qui apporte au milieu des cations multivalents, libres ou liés à une macromolécule organique (polyélectrolyte cationique).
On notera que pour être efficace, le coagulant doit être immédiatement dispersé dans l'eau pour obtenir une répartition homogène de celui-ci, et ceci avant toute précipitation d'hydroxyde. Il faut pour cela dissiper **une énergie d'agitation importante** pendant un temps court, ou en d'autres termes utiliser un gradient de vitesse très élevé.

Notons aussi, que **la température**, modifie la viscosité de la solution ce qui va infloûencer sur la performance de la coagulation.

La performance de la coagulation-Floculation est fortement liée au **pH** du milieu contenant l'effluent car les coagulants minéraux, par suite de leur hydrolyse, modifient les caractéristiques physico-chimiques de l'eau à traiter.

Il es à noter que **la conductivité** de la solution joue un rôle important dans le rendement du procédè ainsi décrit.

Ajoutons qu'une **préchloration** et surtout une **préozonation** sont connues comme permettant de faciliter le mécanisme de coagulation-floculation. On peut invoquer ici la destruction ou du moins la désorption de la pellicule organique qui entoure certaines particules colloïdales et gêne ainsi la fixation des cations déstabilisants. En outre l'ozone à faible dose permet une action de réduction du nombre de particules et d'augmentation de la masse molaire de certains composés organiques (réticulation), également favorable à la coagulation.
## 6. Résulats Expérimentaux

Nous présentons ci-dessous notre effluent clarifié après une décantation pour un pH de travail qui est égal à 4

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Figure 7.** Effluent traité par Coagulation-Floculation à pH= 4</figcaption></figure>

Pour un meilleur aperçu des résultats qu'on a schématisés dans les histogrammes, on présente les series d'effluents clarifié pour différents pH

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>**Figure 8.** Series d'Effluents Clarifiés pour des pH croissants de gauche à droite respectivement: 2-4-6-7-8-9-10-12</figcaption></figure>
¹ **Author Contributions:** LABIDI Aymen et al, please turn to the Research gate and Linkedin for the

² term explanation and more scientific papers.

³ **Institutional Review Board Statement:** National Institute of Applied Sciences and Technology,

⁴ Tunis, Tunisia, Chemical Engineering Student, Chemical Engineering Department

⁵ **Sample Availability:** Samples and more researches and papers are available from author's Research

⁶ gate profile

7 **Appendix G Other sources**

⁸ to learn more about chemical engineering, you can search for articles in Techniques de

⁹ l'ingénieurs