La décantation lamellaire dans l’épuration de l’eau par boues activées

La décantation lamellaire dans l’épuration de l’eau par boues activées

Généralités sur la décantation

Définition de la décantation : La décantation est la méthode de séparation la plus fréquente des MES et des colloïdes (rassemblé sous forme de floc après une étape de coagulation floculation). Il est bien connu que les particules en suspension sédimentent en fonction de leur taille, donc pour obtenir une bonne décantation, il est nécessaire d’augmenter le diamètre des particules d’où l’utilité impérieuse du phénomène de coagulation-floculation [8]. La technique de décantation a évolué depuis les décanteurs statiques (circulaires ou rectangulaires, raclés ou non raclés…) jusqu’aux appareille modernes qui possèdent une zone de réaction où l’on met en contact l’eau brute et ses réactifs avec les boues déjà existante : on trouve là les appareils à circulation des boues et les appareils à lit de boues. Les derniers développements dans ce domaine ont abouti au cyclo-floc, au lit fluidisé et à acti-floc, dernierné de la technique et qui permet de produire 40 m3 d’eau par m2 et par heure [8]. I.3 Types de décantation : Le phénomène de sédimentation peut se manifester différemment selon la concentration de la suspension, les caractéristiques propres des particules et les interactions possibles entre elles [4]. Divers types de matières décantables sont à distinguer : • Les particules grenues décantent indépendamment les unes des autres avec chacune une vitesse de chute constante. • Les particules plus ou moins floculées ont des tailles et donc des vitesses de décantation variables. Lorsque leur concentration est faible, la vitesse de chute augmente au fur et à mesure que les dimensions du floc s’accroissent par suite de rencontres avec d’autres particules, c’est la décantation diffuse. Pour des concentrations plus élevées, l’abondance des flocs et leurs interactions créent une décantation d’ensemble, le plus souvent caractérisée par une interface nettement marquée entre CHAPITRE I Généralité sur la décantation 4 la masse boueuse et le liquide surnageant : c’est la décantation en piston, dont la vitesse est optimale dans une certaine zone de concentrations, au-dessus de laquelle on parle de décantation freinée [3]. I.3.1 Décantation des particules grenues : C’est le cas le plus simple, le seul facilement décrit par des équations [3]. I.3.1.1 Théorie : Fluide au repos Lorsqu’une particule grenue est laissée dans un liquide au repos, elle est soumise à une force motrice FM (pesanteur diminuée de la poussée d’Archimède) et à une force résistante FT (traînée du fluide) résultante des forces de viscosité

Types des décanteurs

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 [6]. I.4.1 Décanteur classique : I.4.1.1 Décanteurs à écoulement horizontal, ou décanteurs couloirs : Les décanteurs couloirs sont des ouvrages longitudinaux de forme parallélépipédique traversés par un débit d’eau « à décanter ». L’eau décantée est reprise dans la partie aval et les boues sont récupérées en fond d’ouvrage. La vitesse de chute des particules du floc dépend essentiellement de la surface de décantation et non pas de la hauteur entre le plan d’eau libre et le radier (fond de bassin). C’est pourquoi ces ouvrages comportent souvent plusieurs étages de décantation superposés de faible hauteur. En pratique, une hauteur minimale reste toutefois nécessaire, de manière à pouvoir accumuler une quantité raisonnable de boues dans l’ouvrage avant évacuation ; ce qui tends à limiter la multiplication des étages [25]. L’eau circule sensiblement horizontalement et les flocons se déposent au fur et à mesure de la progression du floc vers la sortie de l’appareil. Les installations très importantes sont parfois équipées de décanteurs horizontaux à étages dans le but de multiplier les surfaces de décantation tout en maintenant une surface projetée au sol relativement faible. On trouve le décanteur : Rectangulaire et circulaire Décanteurs à écoulement vertical : Ce sont des ouvrages de formes coniques, tronconiques ou pyramidales, dans lesquels l’eau suit un trajet vertical. La vitesse de chute des particules du floc est uniquement contrariée par la vitesse ascensionnelle de l’eau (et par les forces de frottements). L’équilibre de ces vitesses conduit à la formation d’un « voile de boue », qui constitue le principe de base du fonctionnement de tous les décanteurs verticaux. Ce « voile de boue » est en effet essentiel, car il joue un rôle de filtre en retenant les flocons de faible dimension : c’est le phénomène de coalescence. L’ouvrage « de base » est un décanteur statique : l’eau brute arrive au sommet d’une colonne, descend au fond de l’ouvrage (généralement très profond) puis remonte en abandonnant son floc [25]. Dans les décanteurs verticaux, l’eau circule de bas en haut, c’est-à-dire en sens inverse de la chute des particules : la vitesse de chute de ces derniers doit donc être supérieure à celle de la vitesse ascensionnelle de l’eau. Ces types de décanteurs conviennent plutôt pour les faibles débits, à moins que l’eau à traiter ne renferme des flocons de fortes densités [22]. 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 [6]. 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 faibles dimensions. En son sein sa produit le phénomène de coalescence [6]. 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. Décanteurs à 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 [6]. 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 [6]. Une ou plusieurs fosses à boues permettent d’extraire les boues en excès, sous une forme aussi concentrée que possible

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Généralité sur la décantation
I.1 Introduction
I.2 Définition de la décantation
I.3 Types de décantation
I.3.1 Décantation des particules grenues
I.3.1.1 Théorie : Fluide au repos
I.3.1.2 Régime hydraulique
I.3.1.3 Facteur de sphéricité
I.3.1.4 Conditions de chut
I.3.1.4.1 Décantation à flux vertical
I.3.1.4.2 Décantation à flux horizontal
I.3.2 Décantation diffuse des particules floculées
I.3.3 Décantation en piston des particules floculées
I.3.3.1 Observation visuelle
I.3.3.2 Courbe de Kynch
I.3.3.3 Interprétation
I.3.4 Décantation en colonne
I.3.5 Décantation freinée
I.3.6 Décantation en compression de boue
I.4 Types des décanteurs
I.4.1 Décanteur classique
I.4.1.1 Décanteurs à écoulement horizontal, ou décanteurs couloirs
I.4.1.2 Décanteurs à écoulement vertical
I.4.1.2.1 Décanteurs à circulation de boues
I.4.1.2.2 Décanteurs à lits de boues pulsent
I.4.2 Les décanteurs lamellaires
I.5 Conclusion
Chapitre II : Décantation lamellaire
II.1 Introduction
II.2 Décanteur lamellaire
II.3 Types des décanteurs lamellaires
II.3.1 Décanteurs à tubes
II.3.2 Décanteurs à lamelles
II.3.2.1 Décanteurs lamellaires à lits de boues pulses
II.3.2.2 Décanteur lamellaire a contact de boues
II.4 Différents types de décantation lamellaire
II.4.1 Contre-courant
II.4.2 Co-courant
II.4.3 Courant croisé
II.5 Description générale d’un décanteur lamellaire
II.6 Choix du type de faisceaux lamellaires
II.7 La décantation lamellaire dans l’épuration biologique
II.7.1 Les boues actives
II.7.2 Indice de MOLHMAN ou Indice de boue
II.7.3 La déshydratation des boues
II.8 Paramètre caractéristiques de la boue
II.8.1 Concentration en MES
II.8.2 Température
II.8.3 PH
II.8.4 Turbidité
II.8.5 DCO
II.8.6 DBO5
II.8.7 Oxygène dissous
II.8.7.1 Dénitrification
II.8.7.2 Anaérobiose
II.9 Conclusion
Chapitre III : Etude expérimentale
III.1 Matériels et méthodes
III.1.1 Objectifs principaux des expériences
III.1.2 Composition de l’équipement
III.1.3 Description du pilote TE-600
III.1.3.1 Construction
III.1.3.2 Manipulations
III.1.3.3 Liste des vannes
III.1.4 Prélèvements et échantillonnages
III.1.5 Mesures à effectuer sur l’échantillon
III.1.5.1 Matières en suspensions (MES
III.1.5.1.1 Principe de la filtration
III.1.5.2 Température
III.1.5.3 Mesure du pH
III.1.5.4 Demande chimique en oxygène (DCO
III.1.5.5 Turbidité
III.1.5.6 Oxygène dissous
III.1.5.7 Demande Biochimique en Oxygène sur 5 jours (DBO5)
III.2 Etude expérimentale de la décantation lamellaire
III.2.1 Objectifs du travail
III.2.2 Mode opératoire de la décantation sur le pilote
III.2.2.1 Décantation lamellaire à Co-courant
III.2.2.2 Décantation lamellaire à Contre-courant
III.2.2.3 Décantation classique
III.3 Résultat et interprétation
III.3.1 Caractéristiques de l’eau utilisée
III.3.2 Type de décantation lamellaire et la position des lamelles
III.3.2.1 Décantation lamellaire à contre-courant
III.3.2.1.1 Décantation lamellaire à contre-courant avec un angle d’inclinaison
des lamelles de 60° « Position A »
III.3.2.1.2 Décantation lamellaire à contre-courant avec un angle d’inclinaison
des lamelles de 120° « Position B »
III.3.2.2 Décantation lamellaire à co-courant
III.3.2.2.1 Décantation lamellaire à co-courant pour l’angle d’inclinaison des
lamelles 60° « Position A »
III.3.2.2.2 Décantation lamellaire à co-courant pour l’angle d’inclinaison des
lamelles 120° « Position B
III.3.3 Rendement épuratoire du pilote pour les différentes phases de décantation
lamellaires
III.4 Décantation classique
III.5 Etude du colmatage
III.5.1 Recyclage et l’évacuation
III.5.2 Décantation lamellaire à contre-courant avec un angle d’inclinaison des lamelles de
120° (position B), d’un espace entre les lamelles de 1 cm et avec un débit de recyclage et
un débit d’évacuation
III.5.2.1 « Expérience 1
III.5.2.2 « Expérience 2 »
III.5.2.3 « Expérience 3
III.6 Conclusion
Conclusion générale
Webographie et Bibliographie

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