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 flux horizontaux (raccourci),
• A flux verticaux (raccourci),
• A circulation de boues (raccourci),
• A lits de boues pulsées (raccourci),
• Lamellaires classiques (raccourci),
• Lamellaires à lits de boues pulsées (raccourci),
• Lamellaires à lits de boues recirculées (raccourci),
• A flocs lestés (raccourci).
  

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 débit traversier Q,
• sa surface S,
• sa hauteur entre le plan d'eau libre et le radier h.

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.

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 :

• répartir uniformément l'eau à l'entrée et la sortie du décanteur,
• éviter les zones mortes,
• supprimer les éléments perturbateurs.

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

• une chambre de mélange rapide des réactifs,
• un floculateur,
• une chambre de coalescence,
• les couloirs superposés de décantation dans lesquels l'eau pénètre par la partie supérieure

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 :

• décanteurs dits statiques,
• décanteurs à circulation de boues,
• décanteur à lit de boues.

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.

Avec,

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.

Avec,

Nota - même principe : Pulsacycle® de Stereau)

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

• sur la réduction de la surface au sol des ouvrages,
• sur les améliorations d'ordre technologique, permettant de se rapprocher de la vitesse théorique.

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 :

• angle d'inclinaison (A) des plaques pour assurer l'écoulement des boues sous l'effet de la gravité,
• vitesse de Hazen réelle (Q/Sp),
• écartement (e) des plaques ou diamètre des tubes pour favoriser l'établissement d'un régime laminaire.
• longueur (L) des plaques,
• vitesse dans la zone d'alimentation en flocs.

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 :

• la vitesse de Hazen vraie, qui est celle relevée dans le décanteur élémentaire formé par deux lamelles successives,
• de la vitesse apparente, qui est celle rapportée au plan d'eau libre de l'ouvrage (la surface "miroir").

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 :

• la compacité par rapports aux décanteurs statiques conventionnels qui conduits à des économies importantes de place et de coût,
• l'efficacité qui résulte de l'accroissement de la surface de décantation,
• la fiabilité qui est induite par la simplicité du décanteur

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

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 :

• d'éléments thermoformés à partir de plaques de polystyrène ou d'ABS assemblées par rivets plastiques [Lamel-R®]
  (des renforts intégrés à la structure évitent les problèmes classiques d'écrasement des lamelles lors des vidanges),
• d'un supportage constitué d'un ensemble de profilés et de crémaillères inférieures maintenant l'écartement des tubes,
• d'un module de lavage (LAM-CLEANER® , en option)
• des goulottes de récupération profilées.

Schéma de principe

Caractéristiques techniques :

• gamme de débit de 20 à 10 000 m3/h,
• dimensions maximales : 20 m de diamètre ou 19 x 24 m,
• réduction d'emprise d'un facteur 10 par rapport à un décanteur classique,
• lavage des lamelles sans vidange du décanteur.

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.

 Avec,

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 :

• le réacteur,
• le prédécanteur-épaississeur,
• le décanteur lamellaire.

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 :

• Vitesse de décantation très élevée (de 20 à 40 mètres / heure),
• Les boues extraites peuvent être envoyées directement en déshydratation,
• Excellente qualité des eaux traitées grâce à la séparation lamellaire,
• Économie de réactifs,
• Insensibilité aux variations de débit et de charge.

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

Lien vers cet appareil.

• il joue un rôle d'amorce ou d'initiateur pour la coagulation ; les matières coagulées s'agglutinant autour de chaque grain de sable,
• il offre une surface développée très importante qui augmente la probabilité de rencontre entre les particules et facilite leur agglomération,
• il joue un rôle de lest des matières coagulées accélérant considérablement la décantation.

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.

Avec,

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 création d'une suspension de flocs lestés autorise des charges superficielles très élevées, ce qui induit la mise en oeuvre d'une étape physico-chimique compacte,
• la forte concentration qui résulte de l'addition du microsable rend l'appareil peu sensible aux variations de qualités des eaux brutes. La qualité de l'eau traitée est régulière et sa turbidité très basse,
• la mise en régime est très rapide, indépendamment de la durée et de la fréquence des opérations antérieures.

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

L'ACTIFLO^TM (brevet Veolia/Veolia Water Technologies [OTV) 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.

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.

L'eau traverse successivement :

• une cuve de mélange rapide qui assure la dispersion du sable et du polyélectrolyte dans l'eau à traiter,
• une cuve de floculation qui réalise le grossissement et la maturation du floc lesté dans une cuve précédente,
• un ensemble de module lamellaire à contre-courant qui effectue la séparation eau-floc lesté.

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 :

• le temps total de mélange et de floculation est réduit à 8 mn au débit maximal,
• la vitesse apparente de décantation peut atteindre 40 à 60 m/h,
• la présence du microsable confère au procédé une grande stabilité de ses performances, même en présence de variations importantes des caractéristiques physiques des eaux brutes (crues).

Ce procédé présente donc, les avantages suivants :

• une extrême compacité de l'ouvrage liée au faible temps de floculation et aux vitesses de décantation très importantes
  (emprise au sol 20 fois plus faible que les décanteurs conventionnels, et 5 fois que les lamellaires classiques),
• une qualité d'eau décantée caractérisé par une excellente stabilité même dans les cas traditionnellement défavorables d'eaux très chargées ou très peu chargées (élimination des MES > 90%),
• une grande souplesse de fonctionnement dans la mise en route et l'arrêt ainsi que dans la variation du débit appliqué.

Il est donc recommandé par le constructeur pour :

• la clarification des eaux de surface,
• la production d'eaux de process,
• le traitement des eaux usées,
• la décantation des eaux pluviales.

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 :

• Actina™, pour l'élimination de la dureté calcique, la tartre est éliminé sous forme de billes de carbonate de calcium qui sont valorisées ;
• Actiflo® Softening, pour l'élimination de la dureté calcique et magnésienne, particulièrement adapté aux grandes capacités, permet simultanément la clarification de l'eau traitée ;

>>> lien (f) sur ces clarificateurs hauts débits.

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Fin du chapitre Décantation

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