Décantation

La déstabilisation des colloïdes et leur rassemblement en flocs de taille suffisante, permettent qu'ils se déposent : il reste à instaurer un régime hydraulique qui permette à ces flocs très légers, de se déposer dans un ouvrage d'où l'on pourra les ôter commodément.

C'est donc le rôle de la clarification et des appareils décrits dans ces pages :
les décanteurs

soit, les décanteurs :

A noter que, au cours du temps, les appareils de clarifications sont devenus de plus en plus performants :


Sources : Veolia Eau [OTV-VWST].

Des appareils décrits dans ces pages ne sont plus proposés par les constructeurs, néanmoins certains sont toujours opérationels et donc dignes d'intérêt.


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DÉCANTEURS A FLUX HORIZONTAUX.
Dans ces bassins, la condition pour qu'une particule soit retenue et qu'elle ait le temps d'atteindre le fond avant le débordement ou la sortie de l'ouvrage.
Un décanteur horizontal est caractérisé par :

Le temps de rétention dans l'ouvrage sera t = S x h / Q.

Une particule en suspension arrivant en surface à l'entrée du décanteur décante avec une vitesse constante V0.
La décantation est terminée lorsque la particule s'est déposée sur le radier, la durée de chute est égale à h / V.
La possibilité pour les particules d'atteindre le fond de l'ouvrage est évidemment envisageable seulement si t > h / V, ou encore V0 > Q / S.
Le terme Q / S est appelée vitesse de Hazen, il s'exprime souvent en mètre cube heure par mètre carré (m3/h/m2) ou mètre par heure (m/h),
Nota - termes équivalents rencontrés : vitesse de décantation, vitesse superficielle, vitesse de surverse.

Principe du décanteur horizontal (Loi de Hazen)

Théoriquement, l'efficacité d'un décanteur horizontal ne dépend que de sa vitesse de Hazen et non de sa hauteur ou de son temps de rétention (soit de 0.5 à 1.5 m/h).
Cependant, les particules contenues dans l'eau floculée entrant dans le décanteur présentent toute une gamme de dimensions. Pendant leur parcours dans l'ouvrage les plus petites peuvent s'agglutiner entre elle, c'est le phénomène de coalescence. Leur taille, et donc la vitesse de sédimentation augmente avec le temps. La trajectoire devient de ce fait curviligne et l'efficacité de la décantation dépend donc aussi du temps de rétention.
Pour optimiser le rendement du décanteur on le fait souvent précéder d'un compartiment de tranqulliisation dans lequel une sensible diminution de la vitesse de transfert permet la décantation des particules les plus grosses et la coalescence du floc le plus fin.

Les décanteurs horizontaux à plusieurs étages (appelés quelquefois "couloirs") comportent un certains nombre d'aménagements indispensables à l'obtention du meilleur rendement possible. Ils visent au respect des conditions suivantes :

Ces décanteurs peuvent comporter, de l'amont vers l'aval :

L'eau décantée est reprise à la partie aval par des déversoirs longitudinaux;
la purge des boues est assurée par des tuyaux perforés ou un racleur en fonctionnement continu.

Exemple de décanteur à étages :






LES DÉCANTEURS A FLUX VERTICAUX.
Dans ce type d'ouvrage l'eau suit un trajet vertical. La vitesse de chute des particules est contrariée par une force résultante de la composition de la force de frottement et de la vitesse ascensionnelle de l'eau.
Tous les décanteurs verticaux font appel au voile de boue du fait de cet équilibre des vitesses et ce, quelle que soit la technique utilisée avec ou sans floculateur ou recirculation des boues.
Le rôle du voile de boue est essentiel il joue également le rôle de filtre pour les flocons de faible dimensions. En son sein sa produit le phénomène de coalescence.
Ce sont des ouvrages de forme conique ou pyramidale pour permettre un contrôle plus aisé du voile de boues. On rencontre les ouvrages suivants :

Exemple simplifié de décanteurs dits statiques

Nota : V maximum dans ce type d'ouvrage = 2 m3/h/m2 (m/h).







DÉCANTEURS A CIRCULATION DE BOUES
Ces décanteurs comportent une zone centrale de réaction entourée d'une zone de décantation. Ces deux zones communiquent par le haut et par le bas.
Une turbine située à la partie supérieure de la zone de réaction fait circuler l'eau vers la zone de décantation.
Les boues qui se déposent dans cette dernière reviennent par circulation induite dans la zone centrale. L'enrichissement en boue qui en résulte permet une floculation rapide et la formation d'un précipité dense.
Éventuellement, un agitateur de fond assure un mélange rapide de l'eau brute avec la boue et les réactifs. Il évite en outre l'accumulation des dépôts lourds susceptibles de boucher l'appareil.
Une ou plusieurs fosses à boues permettent d'extraire les boues en excès, sous une forme aussi concentrée que possible.

  Schéma de principe de fonctionnement d'un décanteur à circulation
(Type Accelator® de Degremont Technologies)

 

Avec,

1 - Arrivée de l'eau brute

6 - Zone de mélange secondaire

2 - Départ de l'eau décantée

7 - Eau clarifiée

3 - Groupe d'entraînement

8 - Recirculation des boues

4 - Turbine

9 - Concentrateurs de boues

5 - Zone de mélange primaire

10 - Boues en excès évacuées

Certains appareils peuvent comporter un racleur à la partie inférieure de l'appareil.

Ce racleur permet un épaississement des boues qui sont dirigées vers les fosses à boues, situées au niveau du radier d'où elles seront extraites.




DÉCANTEURS A LITS DE BOUES PULSES.
Dans ces ouvrages, on fait appel uniquement à un brassage hydraulique, l'eau étant envoyée dans le fond du décanteur par à-coups ou pulsations (d'où le nom de l'appareil).
L'admission de l'eau brute additionnée du floculant se fait dans une cloche centrale qui se vide automatiquement à intervalles réguliers et réglables.
Le système de remplissage et de vidange est commandé par une mise sous vide de la cloche suivie d'une remise à l'atmosphère.
Le lit de boue est donc soumis à des mouvements alternatifs, vers le bas pendant la chasse et vers le haut pendant le remplissage, ce qui favorise sa cohésion.
On profite du mouvement ascensionnel. du lit de boues pour en éliminer une partie par surverse dans des pièges disposés à la périphérie. Lorsque ces pièges sont pleins, ils sont purgés automatiquement.
L'eau est uniformément répartie à la base de l'ouvrage par un réseau de tubes perforés.
L'eau décantée est également récupérée à la surface par des raquettes semblables.
Cette répartition du flux, qui évite au maximum les courts-circuits, est probablement la raison principale des performances de ce type de décanteur.

Schéma de principe de fonctionnement de ce type de décanteur (PULSATOR® de Degremont Technologies)

Avec,

1 - Arrivée d'eau brute

6 - Pompe à vide

2 - Sortie d'eau décantée

7 - Vanne automatique casse-vide

3 - Extraction des boues

8- Tuyaux perforés de répartition d'eau brute

4 - Tranquillisateurs

9 - Concentrateurs de boues

5 - Cloche à vide

10 - Introduction des réactifs

Nota - même principe : Pulsacycle® de Stereau)

Dans tous ces types de décantation, des améliorations ont été recherchées et ont porté :

Nota : à vérifier, mais ce type de décanteur n'est peut être plus proposé dans la gamme du constructeur, mais de nombreuses installations l'utilisent encore en 2015.



DÉCANTEURS AMÉLIORES - DÉCANTEURS A LAMELLES
L'amélioration des décanteurs horizontaux passe par une évacuation du dépôt de boues plus rapide.
Pour cela il suffit que la surface sur laquelle le floc se dépose soit inclinée pour que ce dernier puisse glisser vers le bas au fur et à mesure.
D'où la réalisation de modules lamellaires inséré dans un décanteur, dont la surface S (L x l) de chaque lamelle devient une surface de décantation, l'angle d'inclinaison étant un des éléments importants de ce système.

Exemple : système à contre-courant (les plus utilisés) :
Ce type d'ouvrage s'insère, dans une filière de traitement d'eau potable, à l'aval d'un floculateur qui assure la formation et la maturation du floc.
L'eau floculée alimente par le bas un faisceau de plaques ou de tubes parallèles inclinés. L'eau et le floc circulent en sens inverse d'où le terme "contre- courant".
L'espace constitué entre chaque lamelle représente un décanteur modulaire, dont le pouvoir de coupure est caractérisé par le rapport du débit transité (Q) à la surface projeté (Sp) de la lamelle.

 

 Les paramètres les plus importants sont les suivants :

Les lamelles sont constituées de plaques (souvent en PVC à profil trapézoïdal, panneau nervuré "onde Greca", etc.).
L'écartement et la longueur des plaques est définie de manière à optimiser la rétention des flocs.
L'équirépartition de l'eau s'effectue par prélèvement de l'eau décantée dans des tubes munis d'orifices calibrés. Ceci permet une bonne équirépartition du flux hydraulique sur la totalité de la section du décanteur.
Les boues captées par les lamelles glissent vers le bas et sont recueillis à la base de l'ouvrage et extraites périodiquement dans des trémies ou par un racleur.

Cet appareil conserve les avantages de simplicité du décanteur couloir. II comporte très peu d'appareillage électromécanique ce qui en fait un appareil idéal pour les petites installations ou les usines situées dans les pays peu industrialisés.
Nota - dans ce type d'ouvrage, il faut distinguer :


Par exemples,
le MULTIFLO® (brevet OTV) la vitesse vraie est de l'ordre 1 m/h alors que la vitesse apparente (vitesse "miroir") est de l'ordre de 10/15 m/h.
On remarque le gain de place résultant de l'adoption de cette technologie.
Le décanteur présente les avantages suivants :

Une des qualités essentielles du système est sa simplicité de réalisation et d'exploitation puisqu'il ne comporte aucun équipement mobile immergé.

Schéma de principe

 
Avec,

1 - Arrivée d'eau à décanter

6 - Modules lamellaires

2 - Injection des réactifs

7 - Tubes de reprise d'eau décantée

3 - Zone de mélange rapide

8 - Sortie d'eau décantée

4 - Zone de coagulation/floculation

9 - Système de reprise des boues

5 - Admission en décantation

10- Évacuation des boues

Nota :
- Série Multiflo™ (Mono, Mono Plus, Duo, Trio).
- Multiflo™ Softening, pour l'élimination de la dureté calcique et magnésienne, adapté aux eaux très dures qui génèreront beaucoup de boues décarbonatées.


Décanteur lamellaire Equiflux® (SAUR, brevet STEREAU pôle ingénierie du groupe).
L'équipement de ce décanteur lamellaire est constitué :

Schéma de principe

Caractéristiques techniques :


A noter également : Delreb®, décanteur lamellaire à raclage rotatif des boues.



DÉCANTEURS LAMELLAIRES A LITS DE BOUES PULSES.
Le Superpulsator, dérivé du décanteur Pulsator (Degremont-Suez), mais avec des possibilités accrues. L'alimentation en eau brute de l'appareil s'effectue pratiquement de manière identique (avec injection des réactifs coagulants et des adjuvants de floculation).
L'eau floculée, équirépartie par le réseau de distribution, pénètre ensuite dans le réseau de plaques parallèles inclinées sur l'horizontale et perpendiculaires au concentrateur. La face inférieure de chaque plaque est équipés de déflecteurs qui servent à la fois de supports et d'organes créateurs de mouvements tourbillonnaires.
Comme dans le Pulsator le niveau supérieur du lit de boues est limité par son déversement dans la zone du concentrateur où ne s'exerce aucune poussée due à la vitesse ascensionnelle et la reprise d'eau décantée est réalisée par un réseau de collecteurs.

 Schéma de principe de ce type de décanteur
(SUPERPULSATOR®- Degremont-Suez)

 

 Avec,

1 - Arrivée d'eau brute

4 - Plaques de décantation

2- Cloche à vide

5 - Tubes de départ d'eau décantée

3 - Tubes de répartition perforés

6 - Système d'extraction des boues

Les vitesses atteintes sont supérieures au Pulsator grâce au plaques immergées au sein du lit de boues.

Nota : à vérifier, mais ce type de décanteur n'est peut être plus proposé dans la gamme du constructeur, mais il est encore opérationel sur certaines stations de traitement.


DÉCANTEUR  LAMELLAIRE A CONTACT DE BOUES.
Le DENSADEG® (brevet DEGREMONT-SUEZ) ou , permet, dans un ensemble compact la séparation par coagulation/floculation - décantation, de l'essentiel des matières en suspension présentes dans les eaux de surface
Il comprends la réunion de trois modules :

Schéma de principe

 

Le réacteur assure à la fois floculation rapide à haute concentration de la boue et floculation lente pour le grossissement du floc.
Celui-ci possède une forte densité améliorée par l'emploi du polyélectrolyte.
Le prédécanteur-épaississeur favorise l'épaississement du floc par un raclage en continu des boues précipitées.
Une partie de ces boues est recyclée dans le réacteur.
Ce recyclage externe, maintient la forte concentration de boue nécessaire à une floculation homogène.
Enfin, le décanteur lamellaire assure la qualité de l'eau en éliminant le floc résiduel.

Principaux avantages selon le constructeur :

Nota : cet ouvrage est également utilisé en traitement d'eaux résiduaires et de boues.

Lien vers cet appareil.








DÉCANTEURS A FLOCS LESTES
Principes.

La vitesse de chute dans l'eau d'une particule de sable et d'hydroxyde peuvent être approchée ainsi :
VITESSE THÉORIQUE DE CHUTE (calculs selon la loi de Stokes - lien sur ce physicien).

Données (exemples) :
Particules sphériques, de sable et d'hydroxyde
Température = 14.3°C,
Masses volumiques des particules (Kg/m3) : 2600 pour le sable, et 1002.2 pour l'hydroxyde (hyd.),
Masse volumique de l'eau (Kg/m3 = 999.2
Durée de chute pour une hauteur de 1 mètre :
D (mm)
D (µm)
Vsable (m/h)
Durée de chute (sable)

V hyd.(m/h)
Durée de chute (hyd.)
1,00
1000
2755,1
1,3 s

5,2
11,6 mn
0,80
800
1763,2
2,0 s

3,3
18,2 mn
0,50
500
688,8
5,2 s

1,3
46,5 mn
0,20
200
110,2
32,7 s

0,2
4,8 h
0,10
100
27,6
2,2 mn

0,1
19 h
0,05
50
6,9
8,7 mn

0,01
3 jours
0,02
20
1,1
54 mn

0,002
20 jours
Avec,
D = diamètre des particules, en mm et micron (µm)
V= vitesse de chute en mètre par heure (m/h)

D'où l'idée d'alourdir le floc en le fixant sur des grains de microsable (granulométrie comprise entre 10 et 100 µm) ajoutés à l'eau brute dans une proportion importante.
Des essais de laboratoire montrent que la présence de cette charge granuleuse modifie complètement le processus de coagulation. Au lieu d'assister à la formation de flocs qui grossissent en 15 à 20 mn pour attendre une taille de 1 à 2 mm et se déposer très lentement, on voit la masse de microsable traverser rapidement l'eau en entraînant au passage toutes les matières en suspension et les matières colloïdales. Quelques mn suffisent pour obtenir un dépôt de microsable auquel s'est aggloméré l'hydroxyde de fer ou d'aluminium (selon le coagulant utilisé) lui-même lié aux matières en suspension à éliminer.
Le microsable apporte un double effet :

Exemples de décanteurs à flocs lestés :
Pour mémoire, le CYCLOFLOC® (brevet OTV, qui n'est plus proposé actuellement dans la gamme d'appareils du constructeur), était un décanteur cylindrocônique à flocs lestés. Il se présentait sous forme d'une cuve tronconique en béton avec un radier de faible pente.

Schéma de principe de fonctionnement du décanteur CYCLOFLOC

Avec,

Circuit de clarification
Circuit de régénération du microsable

1 - Eau à traiter + réactifs coagulants

A - Racleur

2 - Diffuseur

B - Dispositif d'entraînement du racleur

3 - Zone réactionnelle

C - Fosse d'extraction des boues et du sable

4 - Zone de décantation

D - Pompe de recyclage

5 - Eau clarifiée (décantée)

E - Hydrocyclones (E1: sousverse, E2 : surverse)

6 - Goulottes de reprise d'eau décantée

F - Réinjection du sable régénéré

7 - Départ d'eau clarifiée (décantée)

G - Évacuation des boues par surverse

Le schéma illustre clairement le principe de fonctionnement de l'appareil. L'eau brute reçoit le coagulant ainsi qu'un adjuvant de floculation (réparti entre l'eau brute et le retour du microsable régénéré).
Suivant la qualité de l'eau à traiter, il est aménagé une capacité d'agitation rapide qui permet également l'amorçage d'une microfloculation. De là, l'eau additionnée de réactifs rejoint le centre du l'appareil dans la zone de réaction abritée par une jupe conique. Le microsable est injecté à ce niveau ; il est réparti dans tout le volume où il suit le mouvement descendant de l'eau tout en s'agglomérant aux matières en suspension.
A l'abri de la jupe conique, le microsable chargé se dépose sur le fond de l'ouvrage. L'eau à ce niveau est pratiquement clarifiée, puis elle passe dans la zone de flux ascensionnel.
Pour limiter les coûts, il est exclus de consommer de grandes quantités de microsable, c'est pourquoi il est récupéré et régénéré en vue de son recyclage. Pour ce faire la mélange microsable-boues déposé sur le radier est conduit dans une fosse centrale par un dispositif de raclage. Ce mélange est repris par un ensemble de pompe et conduit sur une batterie d'hydrocyclones où le sable est séparé de la boue par différence de densité sous l'action de la force centrifuge.

Ce système de décantation présentait les avantages suivants par rapport aux décanteurs à lits de boues :

La vitesse apparente (miroir) de décantation se situe dans une plage comprise entre 7 et 12 m/h.


L'ACTIFLOTM (brevet Veolia-Veolia Eau Solutions et Technologies [OTV/VEST]) assure également, dans un ensemble compact, la séparation par coagulation - floculation - décantation, de l'essentiel des matières en suspension présentes dans les eaux de surface.

Il combine le technique du floc lesté et de la décantation lamellaire.

Ainsi, l'emprise au sol est très reduite.

Les matières en suspension et colloïdes préalablement déstabilisées par injection dans l'eau brute d'un coagulant sont fixées sur un support granulaire de sable (Actisand™) au moyen d'un polyélectrolyte.
Le floc ainsi formé est ensuite séparé de l'eau par décantation lamellaire à contre-courant.

Le principe de fonctionnement de l'ACTIFLO est le suivant :

L'eau traverse successivement :

Les deux cuves, de section carrée et à fond plat, sont équipées d'agitateurs mécaniques.
Les boues extraites du décanteur sont pompées vers un ensemble d'hydrocyclones qui sépare le sable des boues. Ces dernières sont envoyées vers les ouvrages de traitement spécifiques alors que le sable propre est recyclé en tête au niveau de la cuve de mélange rapide.

Schéma de principe :

Selon le constructeur,
emprise au sol 5 fois plus faible que celle des décanteurs lamellaires classiques ou des flottateurs à air dissous (DAF) et jusqu’à 20 fois plus faible que celle des clarificateurs conventionnels, et par ailleurs :

Ce procédé présente donc, les avantages suivants :

Il est donc recommandé par le constructeur pour :

Nota : cet ouvrage est également utilisé en traitement d'eaux résiduaires (eaux usées).

Nouveau : la société propose Actiflo® Turbo : une vitesse de décantation doublée ,et grâce à sa cuve unique, des installations plus petites s’intégrant mieux dans le territoire.


• Un procédé de nouvelle génération équipé du Turbomix qui renforce l'efficacité de la floculation,

• Emprise au sol 2 fois plus faible que celle d'un Actiflo®,

• Démarrage en moins de 5 mn,

• Suppression du bassin d'injection,

• Vitesse de décantation plus élevée : 80 m3/h en eau potable et eaux de process.

Nota : gamme actuelle (2017) des Actiflo : ACTIFLO®, ACTIFLO® Pack, ACTIFLO® Carb, ACTIFLO® Softening, ACTIFLO® Disc, BIOACTIFLO™, ACTIFLO® HCS, ACTIFLO® Duo.
Nota :



>>> lien (f) et lien (en) sur les clarificateurs hauts débits,
>> Télécharger la brochure sur l'Actiflo® Turbo (fichier pdf, 1747 ko), lien vers - > video Youtube.


Fin du chapitre Décantation
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