Soutenance mémoire
La minéralisation et la conductivité
Les différents types de colloïdes
Les colloïdes hydrophiles : ces colloïdes sont responsables de la coloration des eaux et sont en générale de nature organique, présentant des groupements de type R-NH2, R-OH entre autre. Ces groupements électronégatif vont créer des liaisons hydrogène avec les molécules d’eau. Cette couche s’oppose au rapprochement et va être un facteur stabilisant.
Les colloïdes hydrophobes : ils sont en générale de nature minérale. Leurs surfaces sont constituées de charge négative qui engendre une répulsion mutuelle rendant impossible tout agglomération. En général peu de colloïdes sont exclusivement hydrophiles ou hydrophobes. La différence se fait sur la présence ou non de groupement de type hydrophile qui induira un degré d’hydratation plus ou moins important.
Élimination des colloïdes
Pour éliminer les colloïdes présents dans une eau, il faut réaliser une coagulation des particules en introduisant un agent de coagulation qui éliminera les charges électrostatiques de manière à permettre la rencontre et l’accumulation des colloïdes [41]
La théorie de la double couche
Les colloïdes sont généralement chargés négativement. Afin de neutraliser cette charge négative de surface, des ions positifs présents dans l’eau brute ou ajoutés sont attirés et forment une couche autour du colloïde. Diverses théories expliquent ce phénomène:
1- Théorie de Helmholtz : une couche d’ions positifs recouvre intégralement la surface du colloïde et assure la neutralité de l’ensemble (couche fixée) ;
2- Théorie de Gouy-Chapman : la couche d’ions positifs est inégalement répartie autour du colloïde ;la neutralité est obtenue à une plus grande distance (couche diffuse) ;
3 -Théorie de Stern qui combine les deux théories précédentes et considère la formation d’une double couche : la première formée d’ions du liquide mais adhérente au colloïde, la seconde diffuse dans le liquide environnant. Comme illustré sur la figure (III.1), le potentiel subit une première chute significative dans la couche fixée, puis diminue plus lentement.
Deux particules colloïdales se repoussent. Elles son de directions opposées :
Force d’attraction gravitationnelle de VAN DER VAALS (FA) liée et à la masse des colloïdes ainsi qu’à la nature du milieu.
Force de répulsion électrostatique (FR), liée aux à leur potentiel zêta (pZ).
Si FA > FR, l’agrégation se produit.
Si FR > FA, il y a principalement la répulsion entre les particules colloïdales. L’énergie totale d’interaction (E) entre les particules colloïdal l’énergie répulsive (ER) due au potentiel électrique et l’énergie attractive (EA) (figure III.2).
Coagulation floculation
Distribution ionique autour d’une particule colloïdale électro négative.Deux particules colloïdales se repoussent. Elles sont soumises à deux types de force:
Force d’attraction gravitationnelle de VAN DER VAALS (FA) liée à la surface spécifique et à la masse des colloïdes ainsi qu’à la nature du milieu.
Force de répulsion électrostatique (FR), liée aux charges superficielles des colloïdes et donc:
Si FA > FR, l’agrégation se produit.
Si FR > FA, il y a principalement la répulsion entre les particules colloïdales.
L’énergie totale d’interaction (E) entre les particules colloïdales est la somme de l’énergie répulsive (ER) due au potentiel électrique et l’énergie attractive (EA) (figure III.2).
Coagulation floculation et décantation
Distribution ionique autour d’une particule colloïdale électronégative. t soumises à deux types de force à la surface spécifique charges superficielles des colloïdes et donc:
Si FR > FA, il y a principalement la répulsion entre les particules colloïdales. es est la somme de l’énergie répulsive (ER) due au potentiel électrique et l’énergie attractive (EA) (figure III.2).
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Table des matières
Introduction Générale
Chapitre I : Généralités sur l’eau
I.1 Introduction
I.2 Définition de l’eau
I.2.1 L’eau brute
I.2.2 L’eau potable
I.2.3 Les paramètres de l’eau de consommation
I.2.3.1 Les paramètres organoleptiques
A. La couleur
B.La turbidité
C. L’odeur et la saveur
I.2.3.2 Les paramètres physico-chimiques
A. Le pH (potentiel hydrogène)
B. La température
C. La dureté
D. La minéralisation et la conductivité
I.2.3.3 Les paramètres concernant les substances indésirables
I.2.3.4 Les paramètres concernant les substances toxiques
I.2.3.5 Les paramètres microbiologiques
I.3 Le cycle de l’eau
I.3.1 Le cycle proprement dit
I.3.2 La dynamique du cycle de l’eau
I.4 Les états physiques de l’eau
I.4.1 l’état liquide
I.4.2 L’état solide
I.4.3 L’état vapeur
I.5 Les propriétés de l’eau
I.5.1 Les propriétés physiques
I.5.1.1 La masse volumique
I.5.1.2 La viscosité
I.5.1.3 Les propriétés thermiques
I.5.1.3.1 La chaleur massique ou capacité thermique massique
I.5.1.3.2 Les chaleurs latentes (les enthalpies)
I.5.1.4 Les propriétés électriques
I.5.1.4.1 La constance diélectrique
I.5.1.4.2 La conductivité électrique de l’eau
I.5.1.5 Les propriétés optique
I.5.1.6 La tension superficielle
I.5.2 Les propriétés chimiques de l’eau
I.5.2.1 La polarité
I.5.2.2 L’effet solvant
I.6 Les ressources de l’eau dans la nature
I.6.1 Les eaux de pluies
I.6.2 Les eaux de surface…
I.6.2.1 Les mers et les océans
I.6.2.3 Les eaux stagnantes
I.6.2.4 Les eaux de ruissellement
I.6.3 Les eaux souterraines
I.6.3.1 La nappe phréatique
I.6.3.2 Pollution des eaux souterraines
I.6.3.2.1 Principaux origines de la pollution des eaux souterraines
A. L’activité humaine : origine domestique
B. Les industries : origine industrielle
C. L’agriculture : origine agricole
I.6.3.2.2 Différents types de pollution des eaux souterraines
A. Pollution naturelle
B. Pollution agricole
C. Pollution industrielle
D. Pollution résidentielle
I.7 Conclusion partielle
CHAPITRE II : REPRESENTATION D’UNE STATION DE TRAITEMENT
II.1.Introduction
II.2.Définition d’une station de traitement
II .2.1.Les objectifs du traitement des eaux
A. La connaissance de l’eau à traiter
B. La définition des objectifs exacts du traitement
II.2.2.Fonctionnement d’une station de traitement
II.2.2.1.Le relevage
II.2.2.2.Le prétraitement
II.2.2.2.1 Le dégrillage
II.2.2.2.2 Le micro tamisage
II.2.2.2.3Le Dessablage
A. But /utilisation
B. Principe
II.2.2.3 Traitement primaire
II.2.3.4Traitement secondaire
II.2.3.4.1 La coagulation–floculation
A. La coagulation
A.1 Les coagulants utilisés
B. La floculation
C. Décantation
C.1 Principe
C.2 Les décanteurs
II.2.3.5.Traitement tertiaire
A. Filtration
A.1 But de filtration
A.2 Types de filtrations
A.2.1 Filtration lente
A.2.2 Filtration rapide
B Désinfection
B.1 Principe
B.2 Différents modes de désinfection
B.3 Facteurs fondamentaux de la désinfection
B.4 Désinfectants
C. La déminéralisation
C.1 L’échange ionique
C.2 La distillation
C.3 Les procédés membranaires
C.3.1 L’osmose inverse
C.3.2 L’électrodialyse
II.3 Control au niveau du laboratoire
II.4 Conclusion
CHAPITRE III : LA COAGULATION FLOCULATION ET DECANTATION
III.1 Introduction
III.2 Détermination de la matière en suspension
III.3 Les colloïdes
III.3.1 Les différents types de colloïdes
III.3.2 Élimination des colloïdes
III.3.3 La théorie de la double couche
III.3.4 Le potentiel Zêta
III.4 La coagulation floculation
III.4.2 Technologie de la coagulation- floculation
III.4.2.1 Stratégie
III.4.2.2 La mise en œuvre de la coagulation floculation
III.4.3 La coagulation
III.4.3.1 Principe
III.4.4 Types de coagulation
III.4.4.1 Coagulation par neutralisation de charge
III.4.4.2 Coagulation par adhérence en mosaïque
III.4.5 Coagulants utilisés
A. Les sels d’aluminium
A.1. Le sulfate d’aluminium
B. Les sels de fer
III.4.5. Les modes de déstabilisation des particules colloïdales
A. Adsorption et neutralisation des charges
B. Emprisonnement des particules dans un précipité
C. Adsorption et pontage entre les particules
III.4.6. Paramètres affectant la coagulation
III.4.6.1 Effets de la température
III.4.6.2 Effets du pH
III.4.6.3 Effets de l’alcalinité
III.4.6.4 L’influence des sels dissous
III.4.6.5 L’influence de coagulant utilisé
III.4.6.6 L’influence de l’agitation
III.4.6.7 L’influence de la turbidité
III.4.6.8 L’influence de la couleur
III.4.7 La floculation
III.7.1 Types
III.7.1.1 Floculation physique
III.7.1.2 Floculation péricinétique
III.7.1.3 Floculation orthocinétique
III.7.1.3 La floculation chimique
III.7.2 Floculant et processus de floculation
III.7.3 Les floculants utilisés
III.7.3.1 Les floculants minéraux
III.7.3.2 Floculants organiques
III.7.3.3. Les floculants synthèses
III.8. La décantation
III.8.1 Principe
III.8.2 Types de décantation
III.8.2.1 Décantation des particules discrètes
III.8.2.2 Décantation diffuse des particules floculées
III.8.2.3 Décantation freinée
III.8.2.4 La décantation en compression des boues
III.8.3 Les types de décanteur
III.8.3.1 Décanteur simple
III.8.3.2 Décanteur lamellaire
III.8.3.3 Décanteurs à tube
B. Décanteurs à lamelles
III.8.4 Problèmes liés à la décantation
III.8.5 La mise en œuvre de la clarification par coagulation-floculation et décantation
III.8.5.1 La clarification totale
III.8.5.2 La clarification partielle
III.8.6 Avantages et inconvénients de la décantation
III.9 Conclusion
CHAPITRE IV : DESCRIPTION DES BANCS D’ESSAI, MODE OPERATOIRE ET LES REACTIFS UTILISES
IV.1 Description des bancs d’essai
IV.1.1 Description du pilote TE600
A. Constitution
B. Opération
C. Liste des vannes
IV.1.2 Description du Jar-Test
IV.2 Matériels utilisés
IV.2.1 Appareillage de mesure
IV.2.1.1 Détermination de la turbidité
A. Principe
B. Mode opératoire
IV.2.1.2 Détermination de la conductivité
A. Principe
B. Mode opératoire
IV.2.1.3 Détermination de la température et du pH
A. Mode opératoire
IV.2 Mode d’opération expérimentale
IV.2.1 Etude expérimentale de la coagulation floculation décantation
IV.2.1.1 Les objectifs du travail
IV.2.1.2 La manipulation
IV.2.1.3 Mode opératoire d’essai sur le Jar-test
A. Mode opératoire de l’influence de la concentration de coagulant
B. Mode opératoire de l’influence de la concentration du floculant
IV.2.2.2 Mode opératoire de l’influence de la vitesse et de la durée d’agitation
A. Durant la coagulation
B. Durant la floculation
IV.2.2.3 Mode opératoire de la coagulation floculation et décantation sur le pilote
A. La coagulation floculation et décantation lamellaire co-courant
B. La coagulation floculation et décantation lamellaire contre-courant
C. La coagulation floculation et décantation classique
IV.3 Les réactifs utilisés
IV.3.1 le réactif coagulant
IV.3.2 Le réactif floculant
IV.3.3 La bentonite
IV.4 Préparation des solutions
IV.4.1 Préparation de la solution de coagulant
A. Calcul de la concentration de coagulant
B. Calcul de la masse du coagulant
C. Calcul du volume du coagulant
VI.4.2 Préparation de la solution de floculant
A. Calcul de la masse de floculant
B. Calcul du volume de floculant
IV.4.3 Calcul pour le bac d’alimentation
A. Calcul du volume du bac (V)
B. Calcul de la hauteur de l’eau à traiter
Chapitre V : RESULTATS EXPERIMENTAUX ET INTERPRETATIONS
V.1. Etude expérimentale de la coagulation-floculation et décantation
V.1.1. Introduction
V.1.2. Caractéristiques de l’eau utilisée
V.1.3.1 Effet de B.C.I sur la turbidité et le pH d’une eau salée
a. Effet de la B.C.I sur la turbidité
b. Effet de la B.C.I sur le pH
V.2. Résultats expérimentaux et interprétation
V.2.1 Détermination de la concentration optimale de coagulant
A. Effet de la concentration du coagulant sur la turbidité
B. Effet de la concentration de coagulant sur le pH
C. Effet de la concentration de sel sur la conductivité
V.2.2 Détermination de la concentration optimale de floculant
V.2.2.1 Effet de la concentration du Floculant sur la turbidité
V.2.3 L’influence de la durée et de la vitesse d’agitation
V.2.3.1 L’influence de la durée et la vitesse d’agitation pendant la coagulation
A. L’influence de la durée d’agitation pendant la coagulation
B.L’influence de la vitesse d’agitation durant la coagulation
C. L’effet de la durée et de la vitesse d’agitation sur la turbidité pendant la coagulation
V.2.3.2 L’influence de la durée et la vitesse d’agitation pendant la floculation
A. L’influence de la durée d’agitation pendant la floculation
B. L’influence de la vitesse d’agitation pendant la floculation
C. L’effet de la durée et de la vitesse d’agitation lente pendant la floculation
V.2.4 L’influence de la vitesse d’agitation sur le pH et la conductivité pendant la phase de coagulation-floculation
V.2.5 La variation de la dose optimale de coagulant / floculant en fonction de la qualité de l’eau brute
V.3. Résultats expérimentaux d’application de la coagulation floculation, décantation sur le pilote
V.3.1 L’effet du type de décantation sur la turbidité suivant les débits d’alimentation 40L/h et 80L/h
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