• Techniques de traitement

    Techniques de traitement

    Traiter les eaux demande l’application de de techniques différentes. Leur mise en œuvre peut être simultanée ou successives suivant les pollutions mises en jeu dans les eaux à traiter. Ces techniques peuvent être d’ordre mécaniques, physiques, chimiques, ou encore biologiques. Le but étant toujours d’assainir l’eau rejetée ou utilisée afin qu’elle soit compatible avec l’environnement ou l’usage que l’on compte en faire.

    l’adoucissement
    Un adoucisseur est un instrument apte à adoucir l’eau, c’est à dire d’en diminuer la dureté, en d’autres termes, la concentration en sel calciques et magnésiens qui précipitent et qui forment des incrustations calcaires.
    La plupart des adoucisseurs utilisent le principe des échanges ioniques de calcium et de magnésium avec les ions sodium en faisant passer l’eau à adoucir sur un lit de résine d’échange ionique.
    Cette résine est souvent faite de polymère qui contient des groupes sulfatés SO3- sur sa structure.
    Il existe également des adoucisseurs qui recourt au principe de l’osmose inverse.
    Dans les eaux industrielles par exemple, il est nécessaire de prévenir la formation d’incrustations calcaires, il est alors possible de faire appel à des agents capables de se lier à des ions calcium ou magnésium les empêchant de précipiter. On les ajoute généralement aux détersifs comme additif.
    L’adoucissement de l’eau par la méthode calcium-sodium provoque des réactions de ce type :
    Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
    Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + Mg(OH)2 + H2O + CO2
    MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaSO4
    ce qui transforme les sels en carbonates insolubles.
    La résine utilisé dans l’adoucisseur doit être changé au cours du temps, sinon,l’effet de l’adoucissement de l’eau aura un impact amoindri au bout d’un certain temps.

    L’adoucisseur chez le particulier

    Il existe des adoucisseurs pour les particuliers qui peuvent être utilisés pour une eau moins calcaire ou encore pour les peaux sèches du fait que l’eau adoucie est moins agressive pour la peau. Pour la consommation, il est généralement recommandé de ne pas dépasser 300mg/L de sodium ou potassium. L’adoucissement de l’eau permet de prévoir l’entartrage des machines qui utilisent l’eau domestique telles que les machines à laver.
    Un des inconvénient de l’adoucissement de l’eau domestique est son gout, en effet, privée des ions magnésium et calcium, l’eau adoucie est déconseillée pour l’usage alimentaire. A noter également que l’utilisation d’un adoucisseur augmente la consommation d’eau pour la lavage et le rinçage des résines.
    Si vous êtes dans une zone où l’eau a besoin d’être adoucie (souvent dans les zones où l’eau est très calcaire), il faut alors installer un adoucisseur pour traiter l’eau de la maison.

    Coagulation

    Les particules en suspension présentes dans les eaux peuvent être de plusieurs origines, organiques ou inorganiques.
    Ces particules en suspension ont la capacité de passer à travers des filtres très fins et doivent donc par conséquent être éliminées par d’autres méthodes.
    Entre ces particules en suspension, s’exercent des forces de répulsion électrostatiques qu’il convient d’annuler pour permettre l’agglomération de celles-ci.La coagulation est utilisée dans le traitement des eaux afin d’agglomérer les particules en suspension entre elles pour les récupérer ensuite par décantation. La coagulation est en fait la première étape du traitement de ces particules en suspension.
    Pour le traitement des eaux industrielles ou domestiques, on peut neutraliser ces charges par des cations polyvalents. Le but est de faire précipiter ces particules en les agglomérants ou bien en les absorbant sur des polymères.
    Les principaux coagulants utilisés sont le sulfate d’aluminium et le sulfate de fer même si d’autres composés chimiques tels que le chlorure d’aluminium ou encore le chlorure de calcium sont utilisables. Le choix du coagulant dépend des particules à traiter et du rapport rendement/prix souhaité.
    La chaux est souvent utilisée comme correctif de pH du fait que les coagulants ont une efficacité optimale dans des pH basiques compris entre 8 et 9.
    L’ajout du coagulant permet donc de supprimer les répulsions entre les particules grâce aux cations métalliques. Une fois ce résultat obtenu, on peut mettre en oeuvre la deuxième étape : La Floculation.

    Floculation


    La floculation est généralement utilisée de manière combinée avec la coagulation. Ces techniques sont souvent utilisées en traitement des eauxaccompagnées d’une décantation et d’une élimination des flocs, souvent afin de réduire la turbidité ou par exemple dans une station d’épuration urbaine pour la pollution au phosphore.
    Après avoir été déstabilisée par la coagulation, les particules en suspension ont besoin d’être agitée plus lentement afin de pouvoir entrer en contact les unes avec les autres de manière plus efficace.
    La taille des « flocons » obtenus après coagulation n’est généralement pas suffisante et par l’ajout d’un floculant (polymère) et grâce à une agitation maitrisée, l’agglomérat obtenu aura une taille suffisante pour sédimenter dans le bassin.
    Ce « floc » constitué de l’agrégat des particules en suspension sera ensuite récupéré par décantation.

    Lagunage


    Le lagunage est un système de traitement des eaux qui se sert des mécanismes naturels de l’environnement où l’eau est épurée par des communautés de micro-organismes variés.
    L’épuration par lagunage naturel repose sur la présence de bactéries aérobies en cultures libres et d’algues. L’oxygène nécessaire à la respiration bactérienne est produit par des végétaux en présence de rayonnement lumineux.

    Principe et Fonctionnement

    Les bactéries présentent dans le système consomment la pollution dissoute dans l’eau pour respirer. L’oxygène est produit grâce aux mécanismes photosynthétiques des algues qui poussent et se développent grâce aux engrais qu’apportent les eaux d’égout.
    Ces eaux traversent trois bassins successifs d’environ un mètre de profondeur.
    -Lors de l’arrivée dans le premier bassin où les bactéries prolifèrent, la partie organique des eaux usées va être dégradée pour produire des éléments nutritifs. Ces bactéries consomment de l’oxygène et produisent du CO2. Les particules lourdes décantent dans ce premier bassin et s’accumulent sous forme de boues au fond du bassin (à évacuer après 10ans, peut être épandu dans les terrains agricoles).
    -Lors de l’arrivée dans le second bassin, les eaux usées sont en présence de sels nutritifs, de soleil et de CO2. Le phytoplancton se développe et produit ici de l’oxygène. Les bactéries pathogènes sont éliminées.
    -Le zooplancton se développe dans le troisième bassin. Il se nourrit avec le phytoplancton produit dans le second bassin et de bactéries. Il consomme de l’oxygène. La clarification de l’eau peut être assurée par le développement de petits crustacés.
    Lagunage

    Les Réactions

    La dégradation et l’oxydation des matières polluantes s’effectue grâce aux actions de l’oxygène, des algues et de la microflore :
    • eaux usées + oxygène => boues + effluent traité
    La transformation aérobie se modélise comme suit :
    • acides aminés => CO2 + NH3 (ammoniac)
    • (CH2O)n + n O2=> n CO2 + n H2O
    • azote d’origine organique (N) => NH3 => NO2 (dioxyde d’azote) => NO3- (nitrate)
    • soufre d’origine organique (S) => SO42- (sulfates)
    • phosphore d’origine organique (P) => H3PO4 (acide phosphorique) => PO42-(phosphate)
    Il existe deux zones dans la lagune qui détermine l’activité microbienne :
    -La zone supérieure où la dégradation est facilitée (production de CO2, H2O, phosphates et sulfates).
    -La zone inférieure ou la matière organique se stabilise dans la couche sous-jacente à l’action des bactéries anaérobies où elle sera dégradée en éléments simples qui remonteront dans la partie supérieure.

    Cinétique et Performance

    Les contraintes et domaines d’application aux collectivités et sur l’environnement se définissent comme suit :
    • Pour les collectivités de 250 à 2000 EH (équivalent habitant) maximum
    • Seulement applicable aux eaux résiduaires domestiques uniquement et faiblement concentrées (DB05 < 300mgO2/l).
    • Une nature de sol peu perméable
    • Espaces suffisants pour l’aménagement
    • Exploitations lourdes à prévoir (lors du curage par exemple)
    En ce qui concerne les performances de la méthode, ici, le DB05 ne sera pas mesurable du fait de la présence d’algues lors de la mesure du paramètre (même si l’eau est filtrée).
    La matière en suspension (MES) sera inférieure à 150mg/l. L’élimination de l’azote global et du phosphore seront en moyenne de 60 à 70% dépendant de l’âge de l’installation et de l’accumulation des boues. Pour les germes pathogènes, on observe que le lagunage fournit souvent une qualité bactériologique compatible à un rejet pour les eaux de baignade.

    Le lagunage à macrophytes et le lagunage aéré

    Pour le lagunage à macrophytes, on implante généralement des végétaux (roseaux,…) dans les bassins deux et trois. Les performances sont généralement comparables à un lagunage standard avec un opération annuelle sur les macrophytes à réaliser à la fin de chaque été par des entreprises spécialisées.
    Le lagunage aéré diffère du lagunage standard par un système d’aération électromécanique installé dans le premier bassin pour faciliter le transfert de l’oxygène. Les deux autres bassins étant ici des lagunes de décantation. Les performances obtenues sont légèrement supérieures à celles d’un lagunage naturel.

    Avantages et Inconvénients du lagunage

    Avantages

    • Bonne élimination de la pollution bactériologique
    • Efficace sur des effluents peu concentrés
    • Bonne réactivité à des variations de charges polluantes
    • Très faible consommation énergétique
    • Bonne intégration paysagère
    • Exploitation simple

    Inconvénients

    • Performances épuratrices faibles
    • Sensible aux effluents concentrés
    • Besoin en surface important
    • Entretien des berges des bassins
    • Curage tous les 10ans
    • Possibilité d’altération du traitement au cours du temps
    • Pas de maîtrise humaine du processus

    Dimensionnement et Construction

    On utilise le lagunage depuis 25 en France. Les observations basées sur ce retour d’expérience nous aident dans la construction des lagunes. Il est recommandé une surface de bassin de 12m² par EH.
    Les bassins doivent respectivement représenter 60, 20 et 20% de la surface totale. La profondeur d’environ un mètre est nécessaire afin d’éviter la pousse des végétaux comme les macrophytes, permette une oxygénation suffisante et éviter l’eutrophie des eaux et limiter la stratification thermique.

    La construction

    • Les digues doivent être assez larges pour permettre la circulation d’engins lourds (4m).
    • Un fossé de drainage des eaux de ruissellement tout autour du bassin est nécessaire.
    • On effectue un prétraitement afin de piéger les matières les plus grossières par un dégrilleur et les flottants par une cloison (immersion de 30cm) placée à l’arrivée des eaux résiduaires.
    • On équipe chaque bassin de façon à ce qu’il puisse être curé
    • Chaque bassin devra posséder une canalisation de trop-plein.
    • L’entrée et la sortie de la station devront être équipées de dispositifs adaptés pour la mesure de débits pour le calcul de rendement et le contrôle de l’étanchéité.
    • La géométrie des bassins doit être régulière afin de ne pas favoriser la présence de zones mortes à cause de formes anguleuses.
    • On orientera les derniers bassins de préférence dans le sens du vent afin d’accumuler les lentilles dans une zone du bassin pour faciliter leur extraction.
    Des études préalables du sol devront être effectuées dont :
    • Un sondage du sol et de la proximité avec la nappe
    • Des mesures de perméabilité
    La perméabilité du sol est un élément très important dans la conception des lagunes. Une trop grande perméabilité pourra nuire au bon fonctionnement de l’épuration et pollué la nappe sous-jacente. On fixe une perméabilité maximale d’un fond de bassin à 10-8m/s. Afin d’arriver à ce résultat on peut compacter le sol quand la situation le perme, utiliser des argiles comme la bentonite, poser une géomembrane (coût important).
    La mise en service des lagunes doit se faire après un remplissage avec de l’eau claire afin de favoriser une prolifération des algues progressive et pour ne pas perturber le sol en place par la pousse massive de végétaux.

    Entretien

    Un système d’épuration par lagunage génère de faible contrainte d’entretien et ne nécessite en aucun cas un personnel qualifié. Les tâches à effectuer sont :
    • Fauchage et faucardage des accès, des allées et des bordures de bassins
    • Surveillance de la prolifération des plantes aquatiques
    • Entretien des installations
    • Curage des bassins tout les 10 à 15 ans environ
    • Osmose Inverse

      Pour le traitement des eaux de processus, la dépollution ou d’autres traitements comme le dessalage des eaux, l’osmose inverse est souvent utilisé.
      Le principe de l’osmose inverse pour le traitement de l’eau est de faire passer cette eau à travers une membrane ultra_fine (jusqu’à 0.001 micron) afin de ne laisser passer que les molécules d’H20. Ce procédé très efficace permet d’éliminer de 95% à 99% des particules présentes dans l’eau et d’en diminuer nettement la dureté. L’eau passant à travers cette membrane doit être au préalable bien filtrée afin de ne pas saturé l’osmoseur.
      Le principe de la pression osmotique appliquée ici concentre les sels dans l’eau restante. On se retrouve alors avec deux compartiments, l’un chargé en sels minéraux et très concentré et un autre compartiment très peu concentré en sels. Avec cette technique, l’on perd en général plus de 25% de l’eau à traiter qui restera très concentrée en élément et devra être traitée à nouveau. La membrane doit quant à elle être remplacée avec le temps, s’usant à force d’utilisation.
      Il existe plusieurs inconvénients à l’osmose inverse comme par exemple la grande perte d’eau et d’énergie. En effet, le pompage de l’eau représente un grand coût énergétique. Le coût des membranes est aussi très élevé et ajouté à cela les pertes d’eau trop concentrées, l’eau osmosée revient assez cher aux particuliers.
      Malgré ces inconvénients, c’est une technique très utilisée notamment pour le dessalement de l’eau de mer où on peut retirer 70% d’eau consommable de l’eau de mer.
      L’osmose inverse est également utilisée dans de nombreux domaines comme l’irrigation pour certaines plantes, l’œnologie et la fabrication de sodas.
      osmose inverse
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