Traitement primaire des eaux usées par des systèmes DAF

• 1. clarification primaire dans les stations d'épuration des eaux usées
• 2. Options de traitement primaire pour la purification de l'eau
• 3. les systèmes DAF en tant que technologie de prétraitement
• 4. Comparaison entre la sédimentation primaire et la flottation à l'air dissous
• 5. Systèmes DAF de SIDMADAF dans les traitements primaires
• 6. Résumé

1. clarification primaire dans les stations d' épuration des eaux usées

Les eaux de surface (rivières, réservoirs et lacs) et les eaux usées, tant urbaines qu'industrielles, nécessitent un traitement approprié avant de pouvoir être utilisées, c'est-à-dire rejetées pour être récupérées. Une partie importante de ce traitement est le traitement initial, également appelé traitement primaire, qui consiste à séparer les solides les plus gros et les polluants.

Selon l'origine de l'eau à traiter, les étapes de ce processus peuvent varier. Le traitement le plus courant consiste en une première étape de séparation grossière, suivie d'une deuxième étape de séparation fine, généralement réalisée au moyen de systèmes mécaniques, tels que des tamis et des cribles. Le degré de filtration final n'étant généralement pas inférieur à 3 mm, il est nécessaire d'installer un traitement complémentaire qui élimine le reste des solides en suspension présents dans l'eau.

Après ces traitements visant à éliminer les solides grossiers, on installe généralement des systèmes de clarification qui, selon l'application, peuvent utiliser des produits chimiques pour l'ajustement du pH, la stérilisation et l'ajout de réactifs coagulants et floculants. On parle alors de traitements physico-chimiques.

Un traitement primaire adéquat est essentiel pour que les étapes suivantes du traitement fonctionnent correctement.

2. Options de traitement primaire pour la purification de l'eau

Dans les stations d'épuration des eaux usées, différents types de traitement primaire sont utilisés pour réduire la teneur en solides en suspension à des valeurs acceptables pour les processus secondaires et tertiaires.

Dans le cas des stations d'épuration des eaux usées urbaines, on installe des bassins de décantation primaire, qui sont des bassins de sédimentation, car les particules solides y sont séparées par la densité et la vitesse ascendante, sans ajout de réactifs. Ces bassins sont de forme circulaire et disposent d'un système de collecte des matières flottantes avec un balai de surface, ainsi que de racleurs de fond qui séparent les solides décantés ; dans ces cas, la séparation des MES ne dépasse généralement pas 60-65 % et la réduction de la DCO excède rarement 40 %.

Le dimensionnement de cet équipement est basé sur une vitesse ascendante de 0,5 - 2 ^m3/m2/h et un temps de rétention d'environ 1,5 - 3 h. Les boues résultantes sont des boues flottantes et décantées, susceptibles de se décomposer rapidement. Les boues résultantes sont des boues flottantes et décantées, susceptibles de se décomposer rapidement. Ces boues sont généralement mélangées à des boues activées provenant du traitement secondaire, puis envoyées dans un digesteur aérobie ou anaérobie, dont le choix dépend de la quantité et du type de boues produites.

Schéma du décanteur primaire 

Dans les stations d'eau potable de surface (rivières, lacs, réservoirs, etc.), la clarification est également effectuée après la séparation mécanique des solides, mais dans ce cas, un traitement physico-chimique est réalisé.

Lors de la collecte de l'eau, un réactif stérilisant (NaOCl, _Cl2, etc.) est généralement dosé afin d'éliminer les micro-organismes présents dans l'eau de surface naturelle. Les matières colloïdales, souvent organiques, sont ensuite coagulées par le dosage de réactifs tels que _FeCl3 ou _Al2(SO4). L'ajustement du pH correspondant est effectué à l'aide d'un acide ou d'un alcali afin d'optimiser l'efficacité.

La coagulation des colloïdes est effectuée dans une chambre agitée à grande vitesse. Un réactif floculant de type polyélectrolyte est ensuite ajouté. Il s'agit d'un polymère qui lie les coagulats formés pour créer des nuages de solides floconneux (flocs). La chambre de floculation est plus grande que la chambre de coagulation et les agitateurs utilisés sont des agitateurs à vitesse lente, idéaux pour ne pas briser les flocs formés.

Les flocs formés auront tendance à sédimenter (décantation) ou à flotter, en fonction de leur densité et de leur nature.

Pour la sédimentation, il est également possible d'utiliser des décanteurs statiques ou lamellaires.

Les décanteurs lamellaires sont conçus pour des vitesses de remontée beaucoup plus élevées que les décanteurs conventionnels (jusqu'à 5 fois plus), car ils sont dimensionnés en fonction de la surface projetée par les lamelles et leur temps de rétention ne dépasse généralement pas 1 heure. Cela présente les avantages suivants :

• Réduction de l'empreinte écologique
• Construction de l'équipement sur la base des résultats des tests Jar à effectuer.

Des systèmes de flottation sont également possibles dans certains cas :

• En cas de présence d'huiles et de graisses, de tensioactifs et d'autres contaminants légers.
• Lorsque les flocs ont tendance à flotter, comme par exemple dans les usines de dessalement de l'eau de mer, où les algues, les matières biologiques marines et même les déversements d'hydrocarbures sont fréquents.
• Lorsqu'il existe des traitements secondaires, tels que l'osmose inverse ou l'ultrafiltration, qui nécessitent une eau d'entrée de haute qualité (faible turbidité, faible charge en matières organiques, exempte d'huiles et de graisses, et bien stérilisée), afin d'éviter le colmatage, l'entartrage et le biofilm, qui réduisent leur capacité opérationnelle au point de les rendre non viables.

La clarification par flottation permet de réduire l'espace occupé et d'améliorer l'efficacité de la séparation des solides en suspension, qui peut dépasser 90 %, tout en formant une couverture de boue surnageante avec une concentration plus élevée (3 - 4 %) que dans les bassins de décantation primaire, où une concentration de 1 % n'est généralement pas dépassée.

Il faut tenir compte du fait que le phénomène de flottation est associé à l'apport d'air, ce qui représente une consommation d'énergie supplémentaire.

En ce qui concerne les stations d'épuration des eaux usées industrielles (STEP), il existe autant de variété de rejets que d'industries, et le prétraitement le plus approprié doit donc être étudié dans chaque cas.

Les eaux usées industrielles sont généralement collectées dans un réservoir d'homogénéisation afin d'obtenir un rejet aussi continu et constant que possible, car les rejets d'une même usine peuvent être très variés. Dans certains cas, il est conseillé de les séparer pour les traiter de manière indépendante.

Les premières étapes du prétraitement de ces rejets visent à éliminer les éléments les plus grossiers et les solides les plus volumineux. Ce processus est réalisé avant que les eaux usées n'entrent dans le bassin d'homogénéisation afin d'éviter les problèmes mécaniques dans le reste de l'installation. En raison des variations chimiques qui se produisent dans les processus industriels, il est également courant d'ajuster le pH pour rendre le processus de coagulation-floculation plus efficace.

3. les systèmes DAF en tant que technologie de prétraitement

Dans le cas des eaux usées provenant des industries, où les polluants sont généralement moins denses que l'eau, la flottation à l'air dissous (DAF) est la solution la plus appropriée en raison de sa grande efficacité et du faible espace requis pour l'installation.

La technologie DAF est basée sur l'apport d'air sous pression (0,15 - 0,30 kg d'air / kg de MES) à une pression de 5 - 7 bars, dans une partie recirculée de l'eau traitée (environ 10 - 25 % du total).

Une équipe DAF est divisée en deux zones :

• La zone frontale, également appelée zone de réaction, où les flocs en suspension entrent en contact avec les bulles d'air qui sont introduites pour les piéger.
• La zone de séparation-clarification, où les bulles d'air exercent leur fonction de séparation des flocs, en les envoyant par flottaison à la surface. Une chicane est fixée entre les deux zones pour séparer les conditions de fonctionnement.

Système de clarification par flotteur à air dissous (DAF)

L'eau clarifiée est extraite du fond de la cuve de séparation. Ce processus fait que les agrégats de bulles et de flocs qui n'atteignent pas la surface sont emportés par l'eau clarifiée.

4. Comparaison entre la sédimentation primaire et la flottation à l'air dissous

Par rapport à la décantation primaire, la flottation à l'air dissous présente un certain nombre d'avantages, qui sont détaillés ci-dessous :

1. Efficacité accrue: la flottation à l'air dissous est plus efficace que la décantation primaire pour l'élimination des solides en suspension, des graisses et des huiles. 
2. Moins d'espace requis: la flottation à l'air dissous nécessite moins d'espace que la décantation primaire en raison de sa plus grande efficacité et de son temps de rétention plus court. 
3. Plus grande flexibilité : la flottation à l'air dissous est plus flexible que la sédimentation primaire en termes de capacité de traitement et de variations de la qualité de l'eau. 

Cependant, comme tout processus, il présente également des inconvénients. Voici quelques-uns des inconvénients de la flottation à l'air dissous :

1. Coût: la flottation à l'air dissous peut être coûteuse en raison de la nécessité d'un équipement spécialisé et de la complexité du processus. 
2. Besoins en énergie: la flottation à l'air dissous nécessite une quantité importante d'énergie pour générer les bulles d'air nécessaires au processus.
3. Besoin de produits chimiques: Très souvent, la flottation à air dissous nécessite l'ajout de produits chimiques pour aider à séparer les solides de l'eau. 

Tableau comparatif des technologies de clarification dans les traitements primaires        

Technologie	V. ascens. (m3/m2/h)	T. retenc. (hr)	Réduct. SS (%)	Réduction de la DCO DCO (%)	% de réduction Ac. et graisses
Décantation Primaire (STEP)	0,5 - 1	1 -2	60 - 70	25 - 40	40 - 50
Décantation lamellaire	3 - 5	0.5 - 1	80 - 90	30 - 40	50 - 60
Flottation DAF	5 - 20	– 1	90 - 95	30- 50	90 - 99

5. Systèmes DAF de SIDMADAF dans les traitements primaires

SIGMADAF propose plusieurs modèles de systèmes DAF pour la clarification primaire.

Les modèles FPHF/FPBC fonctionnent à un taux de charge hydraulique plus élevé, avec des lamelles pour améliorer le processus de séparation et une surface de flottation plus petite.                                           

Le FPBCcompact se compose d'un réservoir en acier ou en plastique utilisé pour une plus petite capacité, de l'ordre de 10 à 250 m3/h, tandis que le FPHF compact est une unité de plus grande capacité, de l'ordre de 300 à 1000 m3/h, avec un réservoir en acier.

Le FPBC-CW avec le réservoir en RCC peut traiter des débits de 500 à 3500 m3/h.

Todos estos modelos pueden construirse en tanques de acero recubiertos con recubrimiento epoxi especial o revestimiento interno de PRF. Los tanques de plástico (PP) son empleados para capacidades más pequeñas (< 250 m3/h), o en tanques RCC si la capacidad de tratamiento supera los límites de las unidades compactas construidas en tanque de acero.

La technologie différentielle utilisée dans le FPBC est le pack de lamelles qui fonctionne à contre-courant du flux descendant de l'eau dans le réservoir, à travers les lamelles. Cela garantit une distribution uniforme de l'eau et améliore l'adhésion des bulles d'air aux solides en suspension lorsque l'eau s'écoule dans les canaux du tube à lamelles. Les lamelles sont de type à contre-courant avec un large espacement de 80 mm et une inclinaison de 60º. Les particules légères sont séparées par flottation dans la première section du paquet de lamelles et les particules plus lourdes sont séparées avec une efficacité relativement élevée dans les lamelles au fur et à mesure que l'eau s'écoule vers le bas. Les solides flottés forment des mousses dans la zone supérieure du réservoir qui sont éliminées par le balai de surface, tandis que les sédiments au fond sont éliminés par un écumoire au fond du réservoir dans le cas d'un réservoir RCC, ou par un convoyeur à vis dans le cas d'une unité compacte avec un réservoir en acier ou en plastique.

qui sont éliminés par le balai de surface, tandis que les sédiments du fond sont éliminés par un écrémeur au fond de la cuve, dans le cas d'une cuve RCC, ou par un convoyeur à vis dans le cas d'une unité compacte avec une cuve en acier ou en plastique.       

En traitement primaire, les flotteurs à air dissous de SIGMADAF, qui utilisent des lamelles ou des plaques séparatrices, atteignent des vitesses ascensionnelles de plus de 30 ^m3/m2/h, ce qui donne une idée de la réduction de l'espace qu'ils représentent par rapport aux décanteurs primaires statiques ou lamellaires.

6. Résumé

Le traitement primaire ou le prétraitement des stations d'épuration des eaux, qu'il s'agisse d'eaux usées ou d'eau potable, est d'une grande importance pour la conception et les performances de la station dans son ensemble.

La flottation à l'air dissous (DAF) est la meilleure solution pour la séparation des solides en suspension (TSS) dans la plupart des eaux usées provenant des industries et de l'eau potable, en raison de sa remarquable performance dans la réduction des matières colloïdales, des huiles, des détergents et d'autres polluants de faible densité, qui, s'ils atteignent les étapes ultérieures du traitement, peuvent causer des problèmes mécaniques de colmatage et de contamination dans les tuyaux, l'équipement et les médias filtrants tels que les membranes RO et UF. SIGMADAF propose les solutions les plus appropriées pour chaque cas.

Bibliographie et consultations

Metcalf-Eddy . Editorial Labor S.A.   

Schéma de principe d'un clarificateur DAF | Télécharger Scientific Diagram