Traitement primaire de l'eau

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Usine de traitement d'eau.

Les ressources en eau douce de surface comme les cours d'eau fournissent une eau brute qui contient énormément de polluants qui la rendent non potable ; il faut donc les éliminer. Dans ce but, l'eau va subir un certain nombre de traitements nécessaires pour la rendre potable. Le traitement primaire de l'eau est composé des opérations suivantes :

Dégrillage[modifier | modifier le code]

Le dégrillage est la première étape d'une filière de traitement, qui consiste à retenir tous les gros déchets tels que les morceaux de bois, les bouteilles en plastiques et les canettes. Pour ce faire, on met en place un système de grilles, dont l'espacement est d'environ 50 mm. Dès que les grilles sont encombrées par les déchets, un racleur monte le long des grilles et fait tomber ces déchets dans une benne qui, une fois pleine, va bien évidemment à la décharge.

Floculation[modifier | modifier le code]

Après avoir subi le traitement de coagulation, l'eau va être transférée dans un autre bassin, où va commencer véritablement l'accrétion. En effet, rien ne s'oppose plus alors au rassemblement des colloïdes neutralisés. Il faut donc maintenir une agitation lente pour favoriser les accrétions. Celle-ci est accélérée par l'ajout d'un polymère, c'est-à-dire d'une grande molécule constituée par la répétition d'un motif de base qui emprisonne les matières colloïdales agglomérées et formant ainsi des flocons volumineux qui se déposent par gravité. C'est le « floc ». Elle est aussi accélérée par une régulation d'un pH optimum pour obtenir la meilleure précipitation possible de l'ensemble des hydroxydes métalliques qui viennent d'apparaître grâce à la réaction de coagulation. On se sert d'hydroxyde de calcium Ca(OH)2, appelé aussi lait de chaux ou chaux éteinte, et d'acide sulfurique H2SO4 pour réguler ce pH optimum qui se situe entre 8,45 et 8,9.

Décantation[modifier | modifier le code]

Après avoir rassemblé les différentes petites particules en de beaucoup plus grosses, il faut maintenant décanter tout ceci. Dans un corps d'eau immobile, les particules en suspension plus lourdes que l'eau sont soumises à leur poids apparent (poids réel moins poussée d'Archimède). Elles chutent lentement pour s'accumuler sur le fond : c'est la décantation. Leur vitesse de chute obéit à la loi de Stokes :

Une suspension se compose :

  • d'un liquide dans lequel les particules baignent : masse volumique r_1 et viscosité m ;
  • de particules solides en suspension : masse volumique r_2 et de rayon apparent (on assimile la particule à une sphère) R.

Ces particules sont donc soumises à une force résultante F_r, résultant :

  • du poids : P = m \, g = V \, r_2 \, g ;
  • de la force d'Archimède : F_a = V \, r_1 \, g

avec V le volume d'une particule : F_r = V \, (r_2-r_1) \, g.

De par cette force, les particules se mettent en mouvement (elles subissent une accélération). À mesure que la vitesse augmente, une nouvelle force, appelée « traînée » et notée F_f, apparaît. Elle s'oppose au mouvement. Lorsque F_r + F_{f} = 0, la vitesse se stabilise : c'est la vitesse de sédimentation V_s.

La loi de Stokes donne cette vitesse V_s et soit :

v = \frac{2}{9} \frac{(r_1-r_2) \, g \, R^2} {\mu}

Le terme \frac{2}{9} \frac{(r_1-r_2) \, g} {\mu} est constant : c'est la constante de Stokes notée C. La formule peut donc plus simplement s'écrire v = C \, R^2.

La loi de Stokes est valide pour des particules sphériques dont la taille n'excède pas 0,1 mm. En première approximation, elle est appliquée à toute particule sédimentaire de petite taille (sable fin, limon, argile).

Une des techniques les plus simples concernant la décantation est la décantation statique par exemple avec un décanteur vertical. L'alimentation se fait par le bas, les particules sédimentent et peuvent être récupérées au fond du cône, tandis que l'eau traitée est évacuée par le haut, par débordement. La vitesse de sédimentation est malheureusement généralement faible. Il faut donc faire appel à la décantation dynamique grâce à laquelle on peut agir sur la trajectoire pour séparer en continu des particules de taille et de masse volumique différentes. Ce type de décanteur est aussi appelé « décanteur à lamelles ». Il améliore considérablement la vitesse de décantation. Les décanteurs actuellement utilisés sont, dans de petites installations, des décanteurs horizontaux à lamelles ; pour de très grosses installations, on lui préférera des décanteurs fonctionnant grâce à ce principe mais avec un fonctionnement encore un peu plus optimisé. Après cette étape très importante de la décantation, il reste encore à éliminer les particules plus petites encore grâce à une filtration.

Flottation[modifier | modifier le code]

La flottation permet de séparer les matières rassemblées en floc comme pour la décantation, mais s'applique aux matières qui ne décantent pas ou très lentement : graisses, hydrocarbures…

Les effluents sont traités dans un flottateur.

Filtration[modifier | modifier le code]

Les premiers principes de filtration furent inspirés du filtrage naturel de l'eau qui traverse les différentes couches de la Terre, avant d'atteindre des « réservoirs souterrains ». Malheureusement, ce procédé est beaucoup trop lent pour traiter de grandes quantités d'eau. Notons cependant que l'eau ainsi filtrée est souvent d'excellente qualité.

On utilise maintenant des batteries de filtres en fonction du traitement qu'a subi l'eau avant d'arriver à ce stade. Pour une station de traitement d'eau classique, les divers traitements sont : mélange rapide avec un coagulant, floculation, décantation, filtration.

La filtration nécessaire après tous ces traitements est un filtrage rapide appelé « filtration conventionnelle mono- ou bicouche ». Les matériaux de filtration rencontrés dans le traitement des eaux de consommation sont nombreux. Ils doivent présenter les qualités suivantes : être insolubles, non friables, et ne doivent relarguer aucune substance susceptible d'altérer la qualité de l'eau.

Cuves de filtration à sable d'une piscine.

Les trois matériaux les plus employés sont :

  • le sable, utilisé en filtration, est un matériau naturel, à base de silice, provenant de rivières, de gisements naturels, de dunes ou obtenu à partir de galets marins. Sa densité réelle est d'environ 2,5 à 2,7 ;
    • le sable concassé est obtenu par un broyage de silex de carrière ou de galets de mer, suivi d'opérations de lavage, séchage et tamisage. Il présente des grains anguleux, favorables à la rétention des particules lors de la filtration,
    • le sable roulé est un sable naturel, tamisé après lavage et séchage. Contrairement au sable concassé, il possède des grains arrondis, et existe dans des gammes de granulométrie, c'est-à-dire de dimension du sable, plus restreintes ;
  • l'anthracite, matériau à base de carbone, obtenu par calcination de matériel végétal tel que le bois ou la tourbe. Il se présente sous la forme de grains durs et anguleux. Sa densité réelle est de l'ordre de 1,45 à 1,75 ;
  • le charbon actif est également un matériau à base de carbone, obtenu par calcination et activation de bois, houille, tourbe ou noix de coco.

Pour une filtration classique, les matériaux les plus courants sont le sable et l'anthracite. Le sable est employé seul en tant que monocouche ou associé à de l'anthracite dans les filtres bicouches. Les supports de filtration biologique (déferrisation, démanganisation, nitrification, dénitrification) sont le sable et le charbon actif en grains.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]