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CHAPITRE 5
COAGULATION ET FLOCULATJON
But
On trouve en suspension dans l'eau des solides qui, par
dimensions decroissantes, vont de matieres dont la structure est
assez grossiere et qui se deposent facilement, aux particules tres
fines qui ne sedimentent que si elles s'agglomerent d'abord
d'elles-memes ou si on ajoute a l'eau un coagu-lant. Les precipites
formes par la coagulation sont finement divises, a moins que leurs
elements n'aient ete agglomeres en particules solides de plus fort
diametre ou en un veritable floc par agitation de l'eau- procede
qui met en contact entre elles les fins elements solides, de sorte
qu'ils adherent les uns aux autres et forment des particules de
plus en plus volumineuses. Ces grosses particules du floc se
deposent ensuite dans les bassins de sedimentation ou sont
eliminees par filtration. La floculation fait done suite au
traitement de l'eau par un coagulant; elle est indispensable a la
preparation de l'eau en vue de la sedimentation et de la filtration
de telle maniere que sa vitesse de passage a travers les filtres a
sable rapides ou mecaniques soit assez elevee et que !'exploitation
soit economique.
Principes
Pour bien comprendre les procedes de coagulation et de
floculation il convient de distinguer les phases successives du
processus. En premier lieu, on ajoute a l'eau une substance
chimique coagulante. Ce reactif ne peut agir de maniere uniforme
que s'il est reparti rapidement dans toute la masse liquide. Cela
exige done une agitation (ou un melange) rapide au point
d'introduction du coagulant. En second lieu, se produit un ensemble
cornplexe de reactions et de modifications chimiques et
physico-chimiques aboutissant ala coagulation et ala formation de
particules microscopiques. En troisieme lieu, en agitant l'eau
beaucoup plus doucement cette fois, on provoque !'agglomeration de
ces fines particules, autrement dit la floculation, dont le produit
denomme floc sedimente.
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COAGULATION ET FLOCULATION 61
On considerait autrefois la fioculation comme une operation de
me-lange et on designait sous ce nom !'ensemble du processus. On
s'est main-tenant rendu compte qu'agiter vivement l'eau pour y
assurer la bonne repar-tition du coagulant n'est que le premier
temps de la fioculation. Ce melange rapide, ou meme eclair, est
indispensable, carle coagulant ne diffuserait que tres lentement en
eau calme et les reactions chimiques initiales ne se pro-duiraient
que dans la zone d'introduction du coagulant concentre.
L'opera-tion n'aurait done que des resultats localises, tout
differents de ceux que l'on voulait obtenir, carla nature des
reactions provoquees varie grandement avec la concentration du
reactif. D'autre part, si le calme succedait a la phase d'agitation
rapide, il faudrait trop de temps pour passer, par agglo-meration,
du precipite fin a un floc de dimensions suffisantes. Pour obtenir,
dans des conditions economiques, une clarification satisfaisante,
il faut done que la coagulation et la fioculation soient achevees
avant que les eaux trai-tees arrivent aux bassins de
sedimentation.
Le processus de coagulation est courant dans la nature: ainsi la
chaleur modifie l'etat physique du blanc d'ceuf, qui devient gel ou
solide; de meme, l'acide lactique du lait aigre fait coaguler la
caseine, ce qui donne du lait caille. Des forces complexes entrent
en jeu dans la coagulation et la fiocu-lation de l'eau, phenomenes
qui dependent du caractere et de la qualite de l'eau, de la nature
du coagulant employe et de la dose utilisee, de la tempe-rature de
l'eau, de la duree du cycle et de l'intensite de !'agitation. Tous
ces divers facteurs, qui jouent un role de premier plan et sont
controles par un agent des services d'exploitation, doivent avoir
ete bien compris pour que l'on puisse obtenir les resultats
voulus.
Colloi:des
Lorsque des solides insolubles, tels que l'argile, sont si
finement divises que les dimensions des particules se situent entre
celles de la dispersion mole-culaire des vraies solutions et celles
qui sont a peine visibles au microscope ordinaire, les particules
sont dites a l'etat colloidal . La matiere colorante resultant de
la lixiviation des feuilles et autres matieres organiques par l'eau
a, elle aussi, les dimensions des colloi:des: elle peut etre formee
de goutte-lettes colloi:dales d'acide humique ou tannique ou de
composes complexes de fer et de substances organiques. Une des
proprietes les plus interessantes de l'etat colloidal tient a ce
que chaque particule, ou micelle, est porteuse d'une charge
electrique. L'argile colloidale et les matieres colorantes des eaux
naturelles, par exemple, sont porteuses de charges negatives, si
bien que les particules colloidales se repoussent les unes les
autres et, au lieu de s'agglomerer en particules plus grosses qui
se deposeraient, restent en sus-pension. L'etat colloidal est en
outre caracterise par la tres grande surface qu'offrent les
particules par rapport a celle d'un meme poids de matiere non
dispersee.
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62 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
Adsorption
La grande surface offerte par les particules colloi:dales
favorise !'adsorp-tion ou adhesion de couches extremement fines de
molecules de gaz, de liquides ou de substances dissoutes avec
lesquels ces particules sont en contact. Ainsi, le charbon actif
adsorbe les substances qui donnent un gout ou une odeur a l'eau ..
L'adsorption des impuretes de l'eau par le floc est l'un des plus
grands avantages de la floculation.
Ionisation
De nombreuses substances se dissolvent dans l'eau, leurs
molecules s'y dispersant d'une maniere caracteristique de chaque
substance. L'etude des solutions a montre que l'on peut classer les
substances solubles en deux categories, les electrolytes et les
non-electrolytes. Sont dites electrolytes les substances qui en
solution dans l'eau se decomposent en particules char-gees
respectivement d'electricite positive et d'electricite negative. On
designe sous le nom d' ions ces particules chargees d'electricite
et sous le nom d' ionisation le processus de dissociation. On
appelle cations les ions positifs, anions les ions negatifs. Par
exemple, le sel ordinaire ou chlo-rure de sodium (NaCI) s'ionise
par dissolution dans l'eau pour donner le cation sodium (positif)
Na+ et !'anion chlore (negatif) Cl-. Au contraire, les
non-electrolytes (le sucre, par exemple), ne se decomposent pas:
chaque molecule de sucre se retrouve inchangee dans la solution et
n'est pas chargee d' electricite.
Parmi les ions qui jouent un role d'une particuliere importance
dans la coagulation, on peut citer les cations aluminium (AP+), fer
(Fe3+) et hydro-gene (H+), ainsi que les anions chlore (CI-),
sulfate (SO~-) et hydroxyde (OH-). Les interactions qui se
produisent entre ces ions sont etudiees ci-dessous.
Concentration en ions hydrogene, ou pH
On peut se representer l'eau pure, H 20, comme etant en fait
HOH. Une tres petite fraction de l'eau s'ionise en ions hydrog(me
H+ et ions hydro-xyde OH-, de sorte que l'eau est HOH + H+ + OH-.
Les mesures.montrent qu'un litre d'eau neutre contient seulement
1/107 valence-gramme d'ions hydrogene. L'emploi de cette fraction
etant peu commode, on a etabli une echelle en fonction du potentiel
positif des ions hydrogene. Pour obtenir des nombres entiers plut6t
que fractionnaires, on a choisi pour representer les valeurs de ce
potentiel, dit pH, le logarithme vulgaire de !'inverse de la
concentration en ions hydrog(me . Vu qu'a 25aC la concentration des
ions hydrogene dans l'eau neutre pure est de 1/107 ou 0,000 000 1
valence-gramme par litre d'eau, son pH est le logarithme de 1/0,000
000 1, autre-
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COAGULATION ET FLOCULATION 63
ment dit le logarithme de 10 000 000, qui est 7,0. Par
consequent, le pH de l'eau neutre pure est 7,0, mais la
concentration en ions hydrogene de 0,000 000 1
valence-gramme/litre.
Le tableau 4 donne l'echelle de pH et les concentrations
correspondantes en ions hydrogene et en ions hydroxyde. On voit que
la concentration en ions hydro gene est egale a la concentration en
ions hydroxyde au point neutre ou pH = 7,0 et que la concentration
en ions hydrogene augmente a mesure que la concentration en ions
hydroxyde diminue. Sans entrer dans les details techniques, on peut
dire que les proprietes acides des substances telles que HCl et H
2S04 sont dues a leur teneur en ions hydrogene et que les
proprietes basiques des substances telles que Ca (OH)2 et NaOH sont
dues a leur teneur en ions hydroxyde. La neutralite correspond done
a l'equilibre des concentrations en ions hydrogene et en ions
hydroxyde, comme c'est le cas pour l'eau neutre pure, H 7 0H-.
Ainsi qu'il ressort du tableau 4, l'inegalite des concentrations,
avec predominance des ions hydrogene, caracteristique des acides,
se traduit par des valeurs de pH inferieures a 7,0 (neutralite);
reciproquement, l'inegalite des concentrations, avec predominance
des ions bydroxyde, caracteristique des bases, due a une plus forte
concentration de
TABLEAU 4 RAPPORT ENTRE LA VALEUR DU pH ET LA CONCENTRATION EN
IONS HYDROGENE
ET EN IONS HYDROXYDE
pH Valence-gramme Valence-gramme (approximatif) d'ions hydrogene
(H-) d'ions hydroxyde (OH-) par litre de solution par litre de
solution
0,0 1,0 0,000 000 000 000 01
1,0 0,1 0,000 000 000 000 1
2,0 0,01 0,000 000 000 001
3,0 0,001 0,000 000 000 01
4,0 0,0001 0,000 000 000 1
5,0 0,000 01 0,000 000 001
6,0 0,000 001 0,000 000 01
7,0---- Neutralite--- 0,000 000 1 ------- Neutralite --- 0,000
000 1
8,0 0,000 000 01 0,000 001
9,0 0,000 000 001 0,000 01
10,0 0,000 000 000 1 0,0001
11,0 0,000 000 000 01 0,001
12,0 0,000 000 000 001 0,01
13,0 0,000 000 000 000 1 0,1
14,0 0,000 000 000 000 01 1,0
D'apres Cox (1952) grace a l'obligeance du New York State
Department of Health.
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64 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAlTEMENT DES EAUX
ces ions accompagnee d'une plus faible concentration en ions
hydrogene, se traduit par des valeurs de pH superieures a 7,0.
La figure 18 (p. 338) fait ressortir le rapport existant entre
le point occupe sur l'echelle des pH et l'acidite ou l'alcalinite
des eaux naturelles. Elle met en evidence un fait apparemment
paradoxa!: la gamme d'alcali-nite naturelle descend au-dessous du
point neutre, pH = 7,0, empietant ainsi sur ce qu'on pourrait
appeler la zone acide . Ces alcalinites de la zone inferieure sont
dues a !'existence dans l'eau de bicarbonates
(hydro-gena-carbonates) en presence de gaz carbonique (ou d'acide
carbonique). Bien que le pH se situe dans la zone acide de
l'echelle, l' eau est alca-line au methylorange, indicateur qui
vire a pH = 4,6. Tout pH inferieur a 4,6 indique la presence
d'acides mineraux provenant de dechets miniers ou industriels. Le
point important en pratique est que, dans l'essai d'alcalinite, la
quantite de reactif acide necessaire pour faire passer le pH de 7,0
a 4,6 est tres faible, de SOrte que le methylorange est un bon
indicateur, a ceci pres qu'il se produit des erreurs quand il
s'agit d'eaux dont l'alcalinite est tres faible.
Processus de coagulation et de floculation
Pour montrer l'interet pratique des principes exposes dans les
para-graphes qui precedent, il suffit de prendre pour exemple
!'utilisation du sulfate d'alumine comme produit coagulant. On le
represente par la for-mule: Al2(S04) 3 14H20, qui comprend l'eau de
cristallisation. Dans l'eau, le sulfate d'alumine s'ionise en
donnant des ions aluminium positifs et des ions sulfate negatifs:
AllS04h 14H20 +:t 2AP+ + 3SO~- + 14H20. (Le sulfate d'alumine
chimiquement pur contient 18 molecules d'eau de cristalli-sation,
mais le sulfate d'alumine technique n'en renferme que 14.) Les ions
aluminium reagissent avec les ions hydroxyde dont la presence est
due a l'alcalinite naturelle de l'eau; si celle-ci n'etait pas
suffisante, on y remedie-rait en ajoutant de la chaux, Ca(OH)2, ou
du carbonate de sodium, Na2C03 Dans les trois cas, il y a formation
d'hydroxyde d'aluminium:
1. Al2(S04) 3 + 3Ca(HC03h +:t 2Al(OH)3 + 3CaS04 + 6C02 2.
Al2(S04) 3 + 3Ca(OH)2 +:t 2Al(OH)3 + 3CaS04 3. Al2(S04) 3 + 3Na2C03
+ 3H20 +:t 2Al(OH)3 + 3Na2S04 + 3C02 Ces equations sont exactes du
point de vue theorique, mais elles n'indi-
quent ni la quantite d'hydroxyde d'aluminium effectivement
produite, ni la quantite de substances alcalines en jeu. A une eau
determinee correspond un pH optimal pour la precipitation de
l'hydroxyde d'aluminium. Il s'agit done de determiner queUes sont
ces conditions optimales, compte tenu des observations qui
suivent.
On constate que les reactions 1 et 3 produisent du gaz
carbonique. Cela peut constituer un avantage quand il s'agit d'eaux
colorees pauvres en
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COAGULATION ET FLOCULATION 65
substances minerales, traitees par coagulation a pH faible. De
toute ma-niere, lorsqu'on utilise la reaction 3, on peut ajouter un
supplement de car-bonate de sodium pour eliminer le gaz carbonique.
On voit immediatement, en comparant les trois reactions, qu'il y a
interet a utiliser la chaux, moins couteuse, pour ajuster le
pH.
Pour passer du langage des equations chimiques au langage
courant, on dira que ces reactions sont reversibles; dans ces
conditions, si l'on introduit trop ou trop peu de substances
alcalines, on provoque la formation de sels complexes d'aluminium,
acides ou basiques, solubles, contrairement a l'hydroxyde
d'aluminium qui est insoluble. Aux valeurs elevees du pH, par
exemple, l'hydroxyde d'aluminium s'ionise en donnant des aluminates
solubles, sels de l'acide Al(OH)O ou de !'anhydride Al20 3 ; si la
valeur du pH se situe dans la zone acide, il donne des composes
basiques tels que [Al(OH)]2+ + 20H-. Ce dernier compose reagit a
son tour avec l'ion sulfate provenant du sulfate d'alumine pour
former du sulfate basique soluble Al(OH)S01. Ce qui importe, en
!'occurrence, c'est que les composes formes sont beaucoup plus
solubles que celui que l'on voulait obtenir, l'hydroxyde
d'aluminium.
Cependant, les reactions normales font precipiter de tres fines
particules d'hydroxyde d'aluminium, qui sont porteuses d'une charge
positive; elles se repoussent done l'une l'autre et, par suite, ne
coaguleraient pas, n'etait la presence des ions sulfate negatifs
qui les neutralisent, provoquant ainsi la precipitation et la
coagulation de l'hydroxyde d'aluminium sous la forme d'un floc
d'alumine . Ces reactions sont sensibles au pH eta la teneur de
l'eau en substances minerales. Ainsi, lorsqu'elle est traitee par
le sulfate d'aluminium et par la chaux, l'eau distillee, qui ne
contient pas de substance minerale, donne une coagulation optimale
a pH 5,5, point auquell'hydroxyde d'aluminium est le moins soluble
(environ 0,3 ppm); la precipitation atteint done son maximum a
cette valeur du pH. Toutefois, les eaux naturelles sont sensibles a
la presence d'ions m\gatifs, tels que les ions sulfate SOl-, qui
elargit la gamme des valeurs du pH ou la coagulation se fait bien
du cote de la zone acide, tandis que celle d'ions positifs, tels
que lesions calcium (Ca2+) elargit la gamme efficace du cote de la
zone alcaline: en effet, la charge dont l'hydroxyde d'aluminium
colloidal est porteur s'inverse a pH 7,0 (de positive elle devient
negative) de sorte qu'aux valeurs superieures du pH, l'hydroxyde
d'aluminium est precipite par l'ion calcium positif.
Quant aux substances colloi:dales colorees, qui sont chargees
d'electricite negative, c'est dans la zone acide, aux valeurs de pH
allant approximati-vement de 4, 4 a 6,0 qu'elles coagulent le
mieux, parce que lesions aluminium positifs fournis par la dose de
sulfate d'alumine introduite dans l'eau neutra-lisent ces colorants
colloi:daux negatifs. Par consequent, ce n'est pas par for-mation
d'un floc d'alumine ( ou hydroxyde d'aluminium) que s'effectue la
coa-gulation des matieres colorantes colloi:dales. De fait, aux
valeurs peu elevees du pH auxquelles on opere pour eliminer les
matieres colorantes, il n'y a
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66 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
pas formation d'hydroxyde d'aluminium, mais bien de composes
complexes des matieres colorantes et de !'aluminium, selon le
processus que l'on vient d'indiquer. Une fois que la coagulation
d'eaux fortement colorees a ete reali-see, a de faibles valeurs du
pH, il peut done etre necessaire de proceder a une deuxieme
operation - savoir l'adjonction de chaux a !'effluent des bassins
primaires ou le produit complexe issu des matieres colorantes s'est
depose apres floculation- afin d'elever le pH et de precipiter
!'aluminium restant, sous forme de floc d'alumine, dans les bassins
secondaires. On se reportera au chapitre 12 pour toutes indications
sur les autres procedes a adopter quand l'eau contient du fer en
meme temps que des matieres colorantes.
En raison des rapports complexes entre les produits chimiques
introduits dans l'eau traitee et les constituants de cette eau, la
temperature de l'eau, la duree et.l'intensite de !'agitation, il
est pratiquement impossible de deter-miner, a partir des seuls
resultats d'une analyse de l'eau, la dose de reactif necessaire.
Par suite, dans la pratique, c'est au moyen de l'essai en becher ou
essai de coagulation et de floculation, decrit dans le supplement
(p. 348), qu'on determine, par ti:Honnement, la dose de coagulant
la plus efficace, done la plus economique, pour la duree et
l'intensite d'agitation choisies comme etant les plus proches de
celles de !'installation dont on s'occupe.
Le temps a reserver a la coagulation initiale, suivie de la
floculation, est lie a la dose de coagulant requise et au degre de
!'agitation, des doses assez faibles etant efficaces pourvu que
l'on augmente la duree de !'agitation et son intensite. Vu que
cette duree et cette intensite sont habituellement determinees par
les caracteristiques de !'installation, c'est la dose de reactif
que l'on modifie pour tenir compte des variations de la
temperature, de la turbidite, de la coloration, du pH et des autres
caracteristiques de l'eau.
Coagulants
On trouvera ci-apres des indications detaillees sur la
coagulation de l'eau par divers produits chimiques. L'annexe 2 (p.
289) ou les proprietes de ces reactifs sont presentees sous forme
de tableau synoptique facilitera les comparaisons.
Coagulants au sulfate d'alumine
Sulfate d' alumine so/ide Le sulfate d'alumine technique pese
480 kg/m3 On le trouve, a l'etat
sec, en masses cristallines ou en poudre plus ou moins
grossiere. C'est un sel acide, done corrosif pour la plupart des
metaux. Ils se dissout bien dans l'eau et il est d'utilisation
facile en solution ou a l'etat sec.
Les reactions entre le sulfate d'alumine et les constituants
naturels des diverses categories d'eau dependent de nombreux
facteurs, de sorte qu'il est
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COAGULATION ET FLOCULATION 67
impossible de determiner exactement la quantite de sulfate
d'alumine qui reagira avec une quantite donnee de substances
alcalines naturellement presentes dans l'eau, ou de chaux ou de
carbonate de sodium ajoutes a l'eau. A titre d'indicaticin
generale, cependant, on peut indiquer que theorique-ment:
1 ppm de sulfate d'alumine reagit avec 0,51 ppm de substances
alcalines naturelles (en CaC03); 0,33 ppm de chaux vive a 85% (en
CaO): 0,39 ppm de chaux eteinte a 95% (en Ca (OH)2); 0,54 ppm de
carbonate de sodium.
Les concentrations indiquees ci-dessus pour les substances
alcalines ajoutees a l'eau sont approximativement celles qui sont
necessaires, avec le sulfate d'alumine, pour la formation d'un floc
d'hydroxyde d'aluminium, si l'on ne modifie pas I'alcalinite de
l'eau traitee; autrement dit, l'eau traitee par 1,0 ppm de sulfate
d'alumine et 0,39 ppm de chaux eteinte, ou 0,54 ppm de carbonate de
sodium, sera approximativement de meme alcalinite que I'eau brute.
Si l'on n'ajoute pas de substance alcaline, l'acidite du sulfate
d'alumine a 1 ppm abaissera l'alcalinite naturel!e de l'eau brute
de 0,51 ppm environ. Cette diminution de l'alcalinite naturelle est
souhaitable dans la plu-part des cas (l'intervalle des pH convenant
ala coagulation des eaux troubles etant compris entre 5,7 et 8,0).
En fait, il peut etre necessaire d'ajouter de I'acide sulfurique
s'il s'agit d'une eau fortement coloree et si le sulfate d'alu-mine
ne suffit pas pour ramener le pH au point voulu (l'intervalle des
valeurs de pH dans lequel on obtient la coagulation des eaux tres
colorees allant de 4,4 a 6,0). C'est done a l'eau filtree que I' on
ajoutera la dose de substances alcalines necessaire pour eviter la
corrosion, dose qui depend de la dose de sulfate d'alumine employee
mais qui n'est pas rigoureusement determinee par elle.
Sulfate d' alumine en solution Les installations de traitement
des eaux situees assez pres d'une usine
productrice de sulfate d'alumine pour que le transport de ce
produit par camion soit justifie peuvent avoir interet a l'acheter
en solution plut6t que sous forme de cristaux. Ces solutions
contiennent de 5,8 % a 8,5 % d'alu-mine hydrosoluble, contre 17 %
pour la forme cristallisee, mais elles coutent moins cher et se
pretent bien au transport, a la manutention et au stockage, pourvu
qu'on utilise un materiel acido-resistant tel que cuves et
canalisa-tions d'acier inoxydable ou doublees interieurement de
caoutchouc. Le choix de la forme liquide ne presente guere
d'avantage s'il s'agit de petites installa-tions ou si le transport
par camions, ou camions-citernes, n'est pas a la fois facile et
economique.
-
68 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
Acide su(furique L'emploi de l'acide sulfurique en tant
qu'adjuvant du traitement coagu-
lant par le sulfate d'alumine d'une eau douce coloree est
interessant lorsqu'il est moins coilteux, pour amener le pH ala
faiblevaleur requise, d'utiliser l'acide que d'employerunedose
equivalente de sulfate d'alumine. C'estainsi, parexem-ple, qu'avec
une eau polluee par les dechets d'une fabrique de papier, il
fallait des doses de sulfate d'alumine allant de 68 a 85 ppm pour
obtenir une bonne coagulation, a une valeur optimale du pH de 5,8,
trouvee par !'experience. On a obtenu la meme valeur du pH et une
coagulation satisfaisante, avec 40 ppm de sulfate d'alumine plus 14
ppm d'acide sulfurique. On a constate par la suite que la
prechloration de cette eau elevait la valeur optimale du pH a 6,2
environ, en meme temps qu'elle elargissait l'intervalle des valeurs
de pH efficaces, ce qui simplifiait le controle de I' operation. De
surcroit, on econo-misait le coilt de l'acide sulfurique et on
diminuait la dose de carbonate de sodium qu'il etait ensuite
necessaire d'ajouter pour eviter la corrosion. Cependant, on
utilisait a !'occasion l'acide sulfurique pour coaguler l'eau,
quand les essais de laboratoire en montraient !'interet. On peut
citer comme autre exemple de I' a vantage de la coagulation en
presence d'acide sulfurique, un cas ou 3,4 ppm d'acide sulfurique
ont permis de diminuer de 8,5 ppm la dose de sulfate d'alumine a
ajouter a une eau coloree relativement douce.
La concentration habituelle de l'acide sulfurique du commerce
est de 66 Baume, ce qui equivaut a 93 %- Le produit est fourni en
touries de verre de 40 litres ou en filts de 25 a 250 kg. L'acide
sulfurique concentre peut etre conserve dans des reservoirs de fer
et amene par des conduites de fer forge, mais l'acide dilue, qui
est tres corrosif, doit etre conserve dans des recipients en terre
vernissee, ou dans des reservoirs d'acier doubles interieurement de
caoutchouc, par exemple.
Pour diluer l' acide sulfurique, il convient de le vzrser tres
lentement dans l'eau; ne jamais verser l'eau dans l'acide, car on
risquerait de provoquer des projections tres dangereuses.
On peut se servir d'acide sulfurique dilue, a condition
d'utiliser des doseurs resistant a la corrosion, comme ceux qui ont
ete mis au point pour les solutions d'hypochlorite.
En resume, l'acide sulfurique peut etre utilise comme adjuvant
du sulfate d'alumine pour coaguler les eaux colorees lorsqu'il faut
obtenir de faibles valeurs du pH, car son emploi permet alors de
meilleurs resultats tout en abaissant la depense totale en
reactifs.
Aluminate de soude
L'aluminate de soude resulte de la stabilisation de l'oxyde
d'aluminium par la soude caustique. On !'utilise comme coagulant
non pas seul mais associe au sulfate d'alumine pour obtenir des
resultats definis. Ainsi, le sul-
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COAGULATION ET FLOCULATION 69
fate d'alurnine seul ne coagule pas certaines eaux tres froides;
on peut y remedier en ajoutant au sulfate d'alurnine 3,4 ppm
d'alurninate de soude. Ce coagulant est egalement employe dans le
procede de la double coagula-tion des eaux tres colorees, qui
consiste a ajouter a l'eau, avant sa pene-tration dans le bassin
primaire, soit du sulfate d'alumine seulement, soit du sulfate
d'alurnine et de l'acide sulfurique, pour obtenir la coagulation
dans l'intervalle voulu des valeurs du pH, qui est etroit
(4,4-5,0). Toutefois ce traitement a une consequence facheuse, la
presence dans l'eau de sedimen-tation d'alumine soluble en trop
forte concentration; on ajoute done de !'aluminate de soude,
substance alcaline et, s'il y a lieu, de la chaux pour elever le
pH, a 6,5 par exemple. Ce traitement secondaire provoque la
for-mation d'un floc d'hydroxyde d'aluminium, qui se depose dans le
deuxieme bassin de sedimentation. L'aluminate de sonde trouve une
troisieme utilisa-tion dans l'adoucissement de l'eau par le procede
chaux-soude; il se forme un floc d'aluminate de calcium insoluble
qui coagule le carbonate de calcium et l'hydroxyde de magnesium
provcnant des reactions d'adoucissement.
On peut se procurer !'aluminate de sonde soit en solution, soit
a l'etat solide; pour l'introduire dans l'eau, on peut se servir
des doseurs courants. Ce produit est d'un prix eleve, mais il n'en
faut que de faibles doses, si bien que son emploi reste econornique
quand les conditions locales s'y pretent.
Silice activee
L'emploi de la silice activee, joint a celui du sulfate
d'alumine, permet I' obtention rapide d'un floc volumineux et
lourd. La silice activee sert aussi, seule ou associee au sulfate
d'alumine ou au sulfate ferrique, a coaguler le carbonate de
calcium pour adoucir l'eau. La silice activee se prepare, selon les
cas, en faisant agir sur une solution etendue de silicate de sodium
l'un des produits suivants: acide sulfurique, solution de sulfate
d'alumine, sulfate d'ammonium, chlore, bicarbonate de soude ou gaz
carbonique. Toutes ces reactions doivent etre controlees tres
soigneusement afin que l'alcalinite du silicate de sodium ne soit
neutralisee qu'en partie et qu'on obtienne la silice colloidale
dont on a besoin sans qu'il y ait formation d'un gel (
orthosilicate ). On prend, par exemple, du silicate de sodium du
commerce a 41 Baume 1 (28 % de Si02) et on l'etend avec de l'eau,
dans le rapport l : 20, c'est-a-dire de maniere que la
concentration finale en SiO" so it de I ,5 % environ. Pour diminuer
l'alcalinite de cette solution diluee, on I'additionne (tout en
agi-tant) d'une solution d'acide sulfurique a 1 partie d'acide
concentre pour 170 parties d'eau. On continue a agiter pendant deux
heures, puis on dilue la solution avec de l'eau pour atteindre la
proportion de 2 parties de
1 Sur l'echelle Baume des an~ometres pour Iiquides plus denses
que l'eau, 0"' correspond a l'eau pure et 15o a une solution de sel
a 15 ~{:. La densire est donnee par la formule
145 D~---145-n
oll n represente le nombre de degres Baume.
ToshibaRectangle
-
70 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
solution pour 5 parties d'eau. L'emploi de sulfate d'ammonium au
lieu d'acide sulfurique simplifie !'operation et permet de preparer
des solutions plus concentrees.
On peut egalement obtenir la silice activee par reaction entre
des solu-tions etendues de Sulfate d'alumine et de silicate de
sodium. A cette fin, on melange 4 parties d'une solution de sulfate
d'alumine a 1 % et 1 partie d'une solution de silicate de sodium a
1 %. II n'est pas necessaire de laisser reposer. Le melange obtenu
peut etre utilise seul ou, a dose plus faible, comme adjuvant de la
solution habituelle de sulfate d'alumine, que l'on introduit
separement.
On fabrique aux Etats-Unis des doseurs continus de silicate de
sodium et de chlore pour preparer la silice activee, que I' on
ajoute a l'eau brute avant ou apres la solution habituelle de
sulfate d'alumine afin d'accelerer la lo-culation.
La dose de silice activee necessaire depend des caracteristiques
de l'eau brute et de la methode de preparation adoptee. On peut
melanger une solu-tion de silice activee ala solution habituelle de
sulfate d'alumine, puis intro-duire le melange dans l'eau, en
diminuant un peu la dose; dans d'autres cas, la dose de silice
activee sera introduite directement dans l'eau et pourra n'etre
qu'une fraction de la dose de sulfate d'alumine introduite
separement. De toute maniere, le procede et les doses les plus
efficaces sont determines par des essais en becher, la silice
activee jouant, par rapport au sulfate d'alumine, le role
d'accelerateur de coagulation.
L'emploi de la silice activee comme adjuvant, pour obtenir un
floc stable et lourd, donne des resultats particulierement
interessants quand la basse temperature de l'eau gene la
coagulation ou quand il faut concilier !'obtention d'un floc
particulierement lourd avec une forte vitesse d'ecoule-ment du
trop-plein en surface, comme c'est le cas, par exemple, pour les
bassins fonctionnant sur le principe du contact des solides en
suspension, expose au chapitre 6. En revanche, le traitement par la
silice activee est assez delicat et demande generalement a etre
conduit par des specialistes. On peut obtenir des renseignements
sur ce procede aupres des fournisseurs de silicate de sodium et des
fabricants de distribtJteurs de reactifs ou de chlorometres.
FlocuJants a base de fer
Sulfate ferreux Le sulfate de fer(II), couperose verte ou
vitriol vert, est un compose
acide se presentant sous forme de cristaux, que l'on peut se
procurer en sacs on en fUts, ou que l'on transporte en vrac. L'eau
naturelle a une alcali-nite et un pH trop faibles pour donner avec
le sulfate ferreux le floc d'hy-droxyde de fer que l'on veut
obtenir: en effet, cette reaction comporte une
ToshibaRectangle
-
COAGULATION ET FLOCULATION 71
oxydation par !'oxygene dissous dans l'eau, oxydation qui ne se
produit pas quand la valeur du pH est inferieure a 8,5. Il faut
done ajouter de la chaux au sulfate ferreux pour obtenir la
coagulation. On n'utilise pas la couperose verte pour traiter les
eaux tres colorees, dont la coagulation est optimale lorsque le pH
est inferieur a 6. Mais le sulfate ferreux et la chaux constituent
un coagulant tres actif utilise dans les procedes d'adoucissement
par la chaux et le carbonate de soude et dans la coagulation du fer
et du manga-nese (voir chapitre 12). La concentration de chaux
necessaire est de l'ordre de 0,27 ppm pour 1 ppm de sulfate de
fer(II). En regie genera1e, 1e floc forme est plumeux et fragile,
mais sa densite est elevee.
Bien que le sulfate ferreux soit un sel acide, on peut, sans
difficulte, uti-liser pour l'introduire dans l'eau les doseurs de
solutions ou de produits sees; mais il est hygroscopique, si bien
qu'il a nettement ten dance a former une croilte dans les tremies
des doseurs de produits sees.
Chlorosulfate de fer
L'oxydation du sulfate de fer(II) par !'oxygene en solution
aqueuse dans les conditions indiquees plus haut n'a lieu qu'a pH
excedant 8,5 et, de prefe-rence, superieur a 9. On peut toutefois
utiliser le chlore, qui reagit avec le sulfate ferreux queUe que so
it la valeur du pH; il se forme du sulfate de fer (III) et du
chlorure de fer(III), qui agissent comme coagulants.
Theorique-ment, les quantites intervenant dans la reaction sont
dans la proportion de 1 partie de chlore pour 7,8 parties de
sulfate ferreux. On ajoute d'ordinaire un exces de chlore afin
d'avoir une reaction complete et de desinfecter l'eau traitee. La
coagulation au chlorosulfate de fer convient done particuliere-ment
bien aux cas oi1 la prechloration est necessaire; la souplesse de
ce procede, qui pennet d'obtenir la coagulation de l'eau dans un
large inter-valle de pH, constitue un avantage supplementaire.
Comme le sulfate fer-reux est plus facile a utiliser dans les
doseurs que les sels ferriques, on peut se servir des appareils
courants.
Suzfate ferrique
Le sulfate de fer(III) est un coagulant mis en vente sous forme
de pro-duit anhydre que l'on peut transporter et conserver en
barils de bois. Il se dissout tres facilement dans une assez petite
quantite d'eau chaude, de sorte qu'avec les doseurs ordinaires il
faut utiliser un bac de dissolution special ou I' on fera dissoudre
1 partie de sulfate ferrique dans 2 parties d'eau (vjv), pour
obtenir une solution a 40 ~~environ, soit 416 g;'l.
Le sulfate de fer(III) reagit avec 1es substances alcalines
naturelles de l'eau, ou avec la chaux ajoutee pour augme-nter
l'alealinite, en formant un floc d'hydroxyde ferrique. Il n'y a pas
de reaction intermediaire d'oxydation
-
72 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EA UX
comme c'est le cas lorsqu'on utilise le sulfate ferreux.
L'alcalinite naturelle, ou la dose de chaux a employer, varie selon
les eaux. Theoriquement
1 ppm de sulfate de fer(III) reagit avec: 0,75 ppm de substances
alcalines naturelles (en CaC03), ou 0,58 ppm de chaux eteinte a 95
%-
Chlorure ferrique Le chlorure de fer(III) se trouve dans le
commerce en solution, en
cristaux et anhydre. La solution concentree est tres corrosive;
il faut done la transporter soit en camions-citernes doubles
interieurement de caout-chouc, soit en touries de verre. Sa
concentration varie selon la temperature de 31 % a 45 % pjp. La
forme cristallisee contient 65 % pjp de chlorure ferrique; elle est
fournie en barils d'une contenance d'environ 198 kg. Le chlorure
ferrique anhydre est exempt d'eau de cristallisation; il est livre
en fUts d'acicr contenant 45 kg. Le produit est sans action
corrosive sur les fUts a condition qu'il reste sec. Les fUts
doivent done etre hermetiquement clos jusqu'au moment de l'emploi
de leur contenu, dont il faut faire dissoudre la totalite en une
seule fois dans l'eau.
Le chlorure ferrique reagit avec les substances alcalines
naturelles de l'eau, ou avec Ia chaux d'addition, en donnant un
floc d'hydroxyde de fer(III). lei encore, la concentration requise
en substances alcalines naturelles ou en chaux varie, mais la
reaction demande approxirnativement:
1,0 ppm de chlorure ferrique pour 0,92 ppm de substances
alcalines naturelles (en CaC03); 0, 72 ppm de chaux eteinte a 95
%.
Resume
En resume, le chlorosulfate de fer, le chlorure ferrique et le
sulfate fer-rique donnent des resultats semblables si l'on compare
lesteneurs en fer des doses utilisees; toutefois, aux faibles
valeurs du pH qu'exige la coagulation des eaux tres colorees, le
sulfate ferrique est en regie generale un meilleur coagulant que le
chlorure ferrique parce que l'action de l'ion sulfate,
contrai-rement a celle de l'ion chlore, s'exerce dans le sens
voulu. Dans ces procedes, comme dans la coagulation par le sulfate
d'alumine, le floc - ici l'hydro-xyde ferrique - charge
positivement, adsorbe les bacteries et les particules chargees
negativement, auxquelles l'eau doit sa couleur et sa turbidite. Il
convient cependant de relever brievement quelques differences entre
le sul-fate d'alumine et les coagulants a base de fer(III):
1. L'hydroxyde de fer(III) se forme a de faibles valeurs du pH,
de sorte que la coagulation est possible, avec le sulfate ferrique,
a des pH qui peuvent descendre jusqu'a 4,0 et avec le chlorure
ferrique jusqu'a 5,0.
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COAGULATION ET FLOCULATION 73
2. L'hydroxyde de fer(IJI) est insoluble dans un intervalle de
pH plus large que ne I' est l'hydroxyde d'aluminium- reserve faite
pour la partie de l'echelle comprise entre 7,0 et 8,5. Cependant,
le chlorosulfate de fer a ete utilise avec succes meme dans cette
partie de l'echelle.
3. Le floc forme par les coagulants a base de fer(III) est plus
lourd que le floc d'alumine.
4. Le floc d'hydroxyde de fer(III) ne se redissout pas aux
valeurs elevees du pH.
5. Les coagulants a base de fer sont utilisables pour eliminer
la colora-tion de l'eau aux valeurs elevees du pH qu'exigent la
deferrisation, la deman-ganisation et I'adoucissement de l'eau.
Argilt>
La bentonite, la terre a foulon et d'autres argiles adsorbantes
ont ete assez souvent utilisees ces dernieres annees comme
adjuvants de la coagu-lation. On ne peut donner de renseignements
precis sur les cas ou il y a interet a utiliser l'argile, sur les
doses requises, etc., faute de donnees suffi-santes sur les
diverses argiles et sur leur reaction dans les differentes
catego-ries d'eaux. II apparait cependant que !'argile facilite la
coagulation d'eaux relativement claires en fournissant des
particules en suspension autour des-quelles peut se former le floc.
Certaines argiles gonflent dans l'eau et donnent un floc meme
lorsqu'elles sont utilisees seules ou avec une dose reduite de
coagulant; leur emploi permet done d'obtenir une meilleure
coagulation et de reduire le cout des reactifs. Ainsi, une dose de
10 ppm de bentonite et de 10 ppm de sulfate d'alumine donne parfois
de meilleurs resultats qu'une dose plusieurs fois superieure de
sulfate d'alumine sans argile. II est done indique de faire un
essai de traitement par l'argile quand on rencontre des difficultes
pour obtenir la coagulation d'eaux relativement claires.
Certaines argiles adsorbent les substances qui donnent a l'eau
gout et odeur, et notamment les substances huileuses, de sorte
qu'elles peuvent jouer un role utile dans le traitement des eaux
polluees par des dechets industriels.
Calcite ou blanc de Meudon
Dans les regions ou l'on ne trouve pas dans le commerce d'argile
absorbante, on trouve parfois du carbonate de chaux en poudre. On
peut accelerer la coagulation d'eaux froides et douces, de faible
turbidite, en y ajoutant, a proximite du point ou l'on introduit le
sulfate d'alu-mine, 20 ppm environ de ce carbonate ou calcite. La
poudre fournit de nombreux noyaux qui amorcent la floculation.
Chaque granule de la poudre finit par se dissoudre dans les eaux
corrosives, mais reste a l'etat
-
74 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
solide pendant la periode initiale - apres quoi, en se
dissolvant au sein du floc, il fournit un apport d'alcalinite,
agissant ainsi dans le sens des processus tant physiques que
chimiques qui contribuent a la formation du floc.
Le carbonate de calcium en poudre s'achete sous le nom de
calcite ou de blanc de Meudon , terme employe dans l'industrie du
batiment. Il est facile a manipuler, a stocker et a introduire dans
l'eau. La dose neces-saire pour obtenir une meilleure floculation
n'est pas en relation directe avec l'alcalinite de l'eau; on la
determine par l'essai en flacons. Il faut en premier lieu
determiner par un essai la meilleure dose de sulfate d'alumine; on
introduit ensuite dans chaque flacon cette dose optimale, puis on
ajoute des doses de calcite de plus en plus elevees en passant d'un
flacon a l'autre, afin de determiner la dose de calcite qui produit
le floc qui sedimente le plus rapidement. On peut supprimer la dose
de calcite quand la turbidite de l'eau est assez elevee pour donner
un floc lourd par addition de sulfate d'alumine seul; en revanche,
il peut y a voir interet a augmenter la dose de calcite dans les
bassins fonctionnant suivant le principe du contact des particules
solides, en raison de la concentration relativement elevee du floc
dans la couche de boues, qui doit etre su:ffisamment lourde pour
que la sedimentation s'effectue dans le courant ascendant qui
entraine l'eau vers les deversoirs. On ajoute habituellement le
carbonate de calcium apres le sulfate d'alumine, mais dans certains
cas le melange intime de la solution de sulfate d'alumine et du
carbonate de calcium en suspension aqueuse avant leur introduction
dans l'eau a traiter a deja donne de bons resultats.
Les accelerateurs de coagulation
De grands progres ont ete realises- et se poursuivent- dans le
domaine des accelerateurs de coagulation produits par un certain
nombre de fabri-cants qui ont fait breveter leurs formules. Ce sont
des adjuvants efficaces de la coagulation par le sulfate d'alumine,
meme a des doses comprises entre 0,5 et 4 ppm. La floculation se
fait mieux, le temps de sedimentation est plus court et la
filtration est plus rapide. Ces produits ne se trouvent cepen-dant
pas sur to us les marches: il faudra done qu'ils beneficient d'une
meil-leure distribution et que !'experience ait fixe les regles
pratiques de leur emploi pour qu'on puisse en envisager
]'utilisation courante dans le monde en tier.
Substances alcalines
Carbonate de soude
Le carbonate de soude anhydre est une poudre blanche tres
hydro-soluble; il n'est done pas difficile de l'introduire dans
l'eau a traiter. On ]'utilise quand l'alcalinite naturelle de l'eau
n'est pas suffisante pour que la
-
COAGULATION ET FLOCULATION 75
reaction s'effectue avec le coagulant; on s'en sert aussi pour
reduire la durete non carbonatee de l'eau. Les solutions de ce
produit n'obstruent pas les canalisations, ni les orifices des
appareils de dosage et, a la difference des suspensions de chaux,
ne demandent pas a etre agitees une fois preparees. La reaction
entre le sulfate d'alumine et le carbonate de soude donne envi-ron
deux fois moins de gaz carbonique que la reaction entre les
substances alcalines naturelles de l'eau et le sulfate d'alumine.
Il n'y a pas formation de gaz carbonique si l'on introduit un exces
de carbonate de sodium, car cet exces se combine au gaz carbonique
pour donner du bicarbonate de sodium. Ainsi, l'emploi du carbonate
de sodium est un moyen efficace d'obtenir l'alcalinite artificielle
necessaire a certaines installations de filtration, ce qui en fait
!'interet malgre le cout de ce produit, qui est sensiblement trois
fois plus eleve que celui de la quantite correspondante de
chaux.
Le carbonate de soude du commerce est generalement assez pur,
mais il convient de specifier a la commande que la teneur du
produit en carbonate de sodium doit etre d'au moins 98 %. Il faut
evidemment utiliser 102 kg environ de carbonate de soude du
commerce pour etre sur d'introduire dans l'eau 100 kg de carbonate
de sodium.
Chaux vive
La chaux vive, ou oxyde de calcium, peut egalement etre utilisee
avec le sulfate d'alumine ou avec le sulfate ferreux pour
alcaliniser l'eau et pour l'adoucir lorsqu'il y a lieu. Selon les
qualites de la chaux vive, la teneur en oxyde de calcium varie de
75 %a 99 %; il faut done que les services d'exploi-tation des
installations de traitement connaissent la qualite de la chaux
qu'ils utilisent, pour determiner les doses a appliquer. Les
calculs presentes dans cette monographie supposent que la chaux
vive employee est a 85 % d'oxyde de calcium. Il faut en effet
utiliser une chaux riche en calcium, malgre son cout eleve, en
raison de la facilite avec laquelle elle s'hydrate.
II convient de proceder a cette hydratation avec le plus grand
soin, car les resultats du traitement de l'eau dependent, dans une
large mesure, de la maniere dont cette operation est conduite. Elle
doit etre faite dans des bacs speciaux, avec le minimum d'eau pour
maintenir une temperature elevee pendant la duree de !'operation.
Dans les meilleures conditions, il faut 15 a 30 min, mais les chaux
de mauvaise qualite demandent parfois beaucoup plus de temps. On
dilue ensuite la chaux eteinte avec de l'eau et on conserve le
produit dans un bac a solution. L'hydroxyde de calcium resultant de
!'operation etant peu soluble, ce qu'on appelle solution, ou eau de
chaux, est en realite une suspension du reactif, dont il faut
assurer !'agitation conti-nue pour etre sur de son homogeneite.
L'eau qui sert a diluer !a chaux eteinte do it etre fro ide, car !'
hydroxyde de calcium est plus soluble dans !' eau froide que dans
l'eau chaude. Par suite de rinsolubilite de la chaux en
suspen-sion, les reservoirs, boites de distribution et conduits des
appareils doseurs
-
76 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
doivent etre frequemment nettoyes pour en prevenir
!'obstruction. Il ne faut pas mettre un execs de chaux afin
d'eviter !'obtention d'une eau a reaction caustique et la formation
de depots sur les grains de sable des filtres, dans le reservoir
d'eau traitee et dans les canalisations du reseau de
distribution.
Chaux eteinte
La chaux eteinte, ou hydratee, egalement designee sous le nom
d'hydroxyde de calcium, est une poudre blanche qui resulte de
l'hydratation de la chaux vive par l'eau ou l'humidite de l'air. On
peut se procurer ce produit, livre en quantites relativement
petites, dans des sacs de papier ou de toile. II ne se deteriore
pas par stockage, ne demande aucune hydratation complementaire et
contient moins d'impuretes que la plupart des chaux vives. On peut
le melanger directement dans les bacs de dissolution et
l'intro-duire par les boites de distribution dans l'eau a traiter;
on peut aussi l'appli-quer a l'aide des doseurs de produits sees.
Lorsqu'on en applique une suspen-sion au moyen d'un doseur de
produits liquides, il convient de prendre les memes precautions que
celles qui ont ete indiquees precedemment au para-graphe intitule
Chaux vive.
On trouve dans le commerce diverses qualites de chaux eteinte
dont la teneur varie entre 80 % et 99 % d'hydroxyde de calcium. Les
calculs presentes dans cette monographic supposent l'emploi de
chaux eteinte a 95 % d'hydroxyde de calcium. La chaux eteinte etant
d'un maniement facile, c'est elle qu'on utilise de preference dans
les petites stations d'epuration, ou la chaux sert d'appoint pour
augmenter l'alcalinite de l'eau. Mais dans de nombreuses
installations d'adoucissement et dans les grandes installations de
filtration c'est la chaux vive qu'on utilise, parce qu'elle coute
moins cher.
Le rapport d'alcalinite entre l'oxyde de calcium pur (CaO) et
l'hydroxyde de calcium pur [Ca(OH)2] est de 1 : 1,32. II s'ensuit
qu'entre l'alcalinite de la chaux vive a 85% de CaO, et celle de la
chaux eteinte a 95 ~~de Ca(OHh le rapport est de
1 1,32 0 85 . 0 95 = 1,18 : 1,39 ' ,
Pour plus de commodite dans la suite des calculs, on peut
prendre comme unite d'alcalinite celle de l'hydroxyde de calcium a
95 %- Le facteur de conversion x a utiliser sera alors donne par la
relation
1,18 : 1,39 = X : 1,00 d'ou x = 0,849
Done, 0,849 partie de chaux vive a 85 % correspond a I partie de
chaux eteinte a 95 %- Pour calculer la quantite de chaux vive a 85
% equivalant a
-
COAGULATION ET FLOCULATION 77
une quantite donnee de chaux eteinte a 95 %, il suffira done de
multiplier cette derniere quantite par 0,849.
Exemple : Si la quantite de chaux eteinte intervenant dans la
reaction avec une dose determinee de sulfate d'alumine est de 2,35
ppm, queUe sera la quantite equivalente de chaux vive?
Solution : 2,35 x 0,849 = 1,99 ppm de chaux vive a 85 %.
De meme, en prenant pour base de calcul1a proportion Ca(OH)2 :
CaO 1,0 : 0,757, on obtient le rapport selon lequel 1,00 partie de
chaux vive
a 85% correspond a 1,18 partie de chaux eteinte a 95 ~~-Exemple:
Si la quantite de chaux vive intervenant dans la reaction avec
une dose determinee de sulfate d'aluminium est de 3,15 ppm,
queUe sera la quantite equivalente de chaux eteinte a 95 %?
Solution: 3,15 x 1,18 = 3,72 ppm de chaux eteinte a 95 %-
Les proprietes de ces substances alcalines sont indiquees dans
le tableau recapitulatif de l'annexe 2.
Manutention et stockage des produits chimiques
Stockage
Les types de recipients qui servent au transport et au stockage
des pro-duits chimiques utilises dans les traitements de
coagulation sont indiques a l'annexe 2. Les expeditions en vrac par
wagons ou par camions speciaux sont economiques pour les grandes
installations a condition que le materiel de stockage soit place en
contrebas des voies de dechargement (ce qui permet d'y deverser les
produits chimiques directement) ou que l'on dispose de courroies
convoyeuses pour les amener jusqu'a des tremies surelevees. Dans
ces grandes installations, le procede le plus commode consiste a
utiliser des transporteurs pneumatiques: la pression atmospherique
entraine le produit le long des tuyaux et canalisations jusqu'a des
recipients couverts sureleves; l'air aspire dans ces recipients par
le ventilateur est alors filtre pour le debar-rasser des
poussieres.
Dans les petites installations, l'emploi de sacs d'une
contenance de 50 kg facilite le transport, la manutention et le
stockage; pour amener les sacs jus-
. qu'aux reserves elevees on peut utiliser de petits chariots a
main qui sont pousses jusqu'aux monte-charges, hisses puis
decharges sur le plancher des chambres de stockage. L'emplacement
reserve a l'entreposage des produits chimiques a proximite des
appareils d'alimentation peut suffire dans de petites
installations; pourtant, meme dans ce cas, le stockage a sec d'un
camion de produits chimiques justifie !'utilisation de chambres de
stockage separees. Si I' on place des tremies a fond conique sous
les magasins ou sont
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78 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
stockes des sacs de produits chimiques, il est facile de vider
les sacs par des ouvertures situees au-dessus des tremies et munies
d'un tamis. Le tamis retient les impuretes de relativement grande
dimension que contiennent les produits chimiques, ce qui dimii:me
les risques d'obstruction des appareils distributeurs. Les tremies
elles-memes doivent etre situees au-dessus des distributeurs. II
convient d'utiliser des raccords etanches ala poussiere mais
souples pour mettre le fond des grandes tremies en communication
avec les tremies de plus petite dimension des distributeurs de
reactif. Des obturateurs installes au fond des grandes tremies
permettent de n'introduire que la quan-tite voulue de produit
chimique dans les tremies des distributeurs. Les petites
installations peuvent utiliser des moyens variant suivant les cas
pour appor-ter les sacs de produits chimiques, qui seront ensuite
vides directement dans les disttibuteurs.
Les installations doivent toutes etre munies de bacs-bascules.
On peut se servir de bascules pour peser les sacs a mesure qu'on
les vide dans les tremies des distributeurs; on peut encore placer
une balance so us chacun des distribu-teurs, la diminution de poids
etant relevee a des intervalles de temps deter-mines, ce qui
indique la quantite de reactifintroduite dans l'eau pendant cet
intervalle. Un autte procede consiste a monter les grandes tremies
de telle maniere que leur poids soit transmis a des balances
speciales qui le mesurent.
Bacs de dissolution
Dans beaucoup de petites installations, on juge preferable
d'introduire le sulfate d'alumine so us forme de solution;
toutefois, le fait qu'il existe maintenant des distributeurs de
reactif sec, dont la capacite est petite et qui sont d'une
utilisation commode, tend a generaliser l'emploi de ce genre
d'appareil. Le sulfate d'alumine est dissous dans un bac special,
muni d'un plateau perfore qui retient les noisettes ou les grains
du produit. On envoie de l'eau en pluie sur le sulfate d'alumine
jusqu'a dissolution totale. La solu-tion s'ecoule par gravite dans
des reservoirs de plus grandes dimensions. On ajoute dans ces
reservoirs la quantite d'eau necessaire pour obtenir une solution
convenablement concentree.
Preparation de solutions
Lorsqu'on prepare une solution de concentration donnee, exprimee
en pourcentage p/p, on commet souvent l'erreur de croire que la
quantite de produit chimique necessaire est egale a ce pourcentage
du poids de l'eau. (Voir a l'annexe lies calculs et tables a
utiliser pour preparer les solutions.)
Comme on le fait observer a l'annexe 1, le meilleur procede pour
pre-parer une solution de concentration definie n'est pas de
prendre pour base le pourcentage qui exprime cette concentration,
mais le poids de produit chimique par unite de volume d'eau. Si
l'on fait dissoudre, par exemple,
-
COAGULATION ET FLOCULATION 79
3 kg de sulfate d'alumine dans une quantite d'eau suffisante
pour obtenir 100 1 de solution, chaque litre de la solution
contient 30 g de sulfate d'alu-mine; si done on en introduit un
certain volume dans l'eau au moyen d'un distributeur de solutions,
le poids de reactif ajoute a l'eau sera connu sans risque de
confusion. Le tableau de l'annexe 1 n'est cependant pas depourvu
d'utilite, parce que les solu bilites peuvent etre exprimees en
pourcentage et que, dans les indications qu'ils donnent, beaucoup
de manuels de traitement des eaux utilisent ce mode d'expression.
II convient de noter cependant que l'annexe 2, extraite d'un
ouvrage americain, indique la solubilite de divers produits
chimiques en livres par gallon des Etats-Unis (lbjgal US),
c'est-a-dire en poids par volume.
Reservoirs pour solutions
Les cuves de dissolution et les reservoirs de stockage des
coagulants acides, tels que le sulfate d'alumine, doivent etre
faits de bois, d'acier inoxy-dable ou de Duriron, selon 1es
besoins, ou encore, s'il s'agit de cuves ou de reservoirs en acier
ou en beton, etre doubles interieurement de matiere plastique,
Fiberglas, caoutchouc, plomb ou asphalte. Les cuves et reservoirs
doivent etre gradues, ce qui permet de mesurer le volume de la
solution concentree et la quantite d'eau de dilution utilisee. Cela
facilite egalement I' enregistrement de la quantite de solution
prelevee en un laps de temps deter-mine, d'ou 1'on peut deduire la
dose de reactif introduite dans l'eau par les distributeurs de
solution. II faut toujours disposer de deux reservoirs au moins,
dont la capacite doit etre largement suffisante pour le volume
maximal de solution a introduire pendant le temps de travail d'une
equipe, soit 8 h, de maniere qu'il n'y ait pas a preparer de
solution trop souvent. Le debit des tubes de vidange doit etre
largement calcule pour qu'il soit facile de nettoyer les cuves ou
reservoirs et d'entrainer par chasse d'eau le residu insoluble vers
le reseau d'egouts.
Di~tributeurs de reactif
De nombreuses entreprises fabriquent des distributeurs de
reactif. Les caracteristiques et les dimensions de chaque appareil,
avec le mode d'emploi et d'entretien, figment dans les 1ivrets
d'instructions fournis par le fabricant. On peut repartir ces
atJpareils en deux categories, suivant qu'ils distribuent le
reactif sec ou en solution; chaque categorie comprend des appareils
a commande manuelle, semi-automatique ou automatique.
Les distributeurs de solution peuYent etre des bacs a niveau
constant, qui re
-
80 TECHNIQUES ET CONTROL DU TRAITEMENT DES EAUX
d'appareil est forme d'une cuve ou tournent des godets calibres
qui emportent un volume reglable de solution. Ce type d'appareil
convient particulierement bien ala distribution des suspensions de
chaux car, en tournant, les godets verseurs et les palettes qui
leur sont associees maintiennent la chaux en suspension.
Les appareils d'alimentation a sec peuvent consister en une
tremie a fond conique munie a sa partie inferieure d'un dispositif
permettant d'en retirer le reactif, tel que transporteur a vis a
vitesse reglable, disque tournant ou mecanisme oscillant. On se
sert aussi des vibrations provoquees par un electro-aimant alimente
en courant alternatif pour obtenir un ecoule-ment controle du
reactif: on modifie l'intensite de la vibration pour regler le
debit. Enfin, il existe un autre type d'appareil comportant un
transporteur a bande sous la tremie, et dont on determine le debit
en modifiant la position et la vitesse de la bande. Dans l'un des
appareils de ce type, une des extre-mites du mecanisme a bande est
montee sur une balance, le dispositif per-mettant l'ajustement
automatique du reglage pour assurer !'introduction d'un poids
uniforme de reactif, ce qui s'oppose a !'alimentation reglee en
volume qui caracterise les autres distributeurs. 11 est preferable
d'utiliser les distributeurs gravimetriq ues, precisement parce
qu'ils distribuent le reac-tif en poids et qu'ils sont gradues en
fonction des unites memes dans les-quelles s'expriment les doses.
Mais les distributeurs volumetriques, qui sont plus simples, sont
habituellement moins onereux.
Les reactifs sees mesures au moyen de ces appareils tombent dans
des bacs de dissolution ou, grace a une arrivee d'eau continue, se
forme une solution concentree. Ces bacs doivent etre de capacite
largement suffi.sante pour ne pas laisser s'echapper leur contenu
lorsqu'il est maintenu dans l'etat d'agitation voulu pour que la
solution et les eventuels residus solides soient continuellement
entraines dans la canalisation de sortie.
A l'issue des distributeurs de solution, ou des' bacs de
dissolution des distributeurs de produit sec, les tuyaux ou
canalisations par ou s'ecoulent les solutions de reactif doivent
etre en caoutchouc, en matiere plastique ou en plomb. Ils doivent
etre soutenus pour ne pas s'affaisser en formant des boucles ou
pourraient s'accumuler des residus insolubles et ou pourrait
egalement se produire un desamorc;age par l'air. Une mesure
efficace pour prevenir cet accident consiste a placer le tuyau dans
une conduite en bois-seaux de 10 em environ de diametre, d'ou il
est facile de l'extraire aux fins de reparation. On doit toujours
s'efforcer d'installer les distributeurs de reactif aussi pres que
possible du point d'alimentation en reactif.
Fonctionnement des distributeurs de reactif Vexpose general qui
precede laisse de cote certains facteurs qu'il convient
d'etudier en fonction des conditions locales. Le sulfate
d'alumine, par exemple, est un produit hygroscopique qui, stocke
sous un climat tres
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COAGULATION ET FLOCULATION 81
humide, forme des grumeaux. Le fait est de peu d'importance si
l'on utilise des distributeurs de solution, mais la plupart des
doseurs de produit sec sont conr.;us pour distribuer le sulfate
d'aluminium en poudre ou en semoule fine. I1 faudra done avoir sous
la main un petit broyeur que l'on utilisera en cas de besoin. Pour
les autres produits chimiques, !'importance de cette
caracteristique est indiquee dans l'annexe 2. En outre, s'il est
hurnide, le sulfate d'alumine forme une crofrte dans les tremies
des distributeurs de reactif, a moins que ceux-ci ne soient munis
d'un agitateur ou d'un vibreur. Lorsqu'ils ne le sont pas, il faut
examiner de temps a autre l'etat du sulfate d'aluruine dans les
treruies et, le cas ecbeant, briser la croute a l'aide d'une
tige.
La proprete et, notamment, la protection contre la poussiere
sont indis-pensables au maintien des appareils en bon etat.
Le debit indique par les graduations des appareils distributeurs
doit etre verifie de temps a autre: on recueille la solution ou le
reactif sec distri-bue en une minute et on en determine le volume
ou le poids. Si ce volume ou ce poids s'ecarte, dans un sens ou
dans !'autre, de celui qui se lit sur la gra-duation de l'appareil,
on calcule le coefficient de correction a appliquer. Supposons, par
exemple, que la graduation d'un distributeur de reactif aille de 0
a 100, et que l'indicateur soit a 40, ce chiffre correspondant,
d'apres l'etalonnage de l'usine, a un debit de 30 kg/h, alors que,
d'apres la mesure faite, le debit de l'appareil est de 0,6 kg/min,
soit 36 kg/h. L'erreur est done de 6 kg/h. Si la dose voulue est de
30 kg/h, il faudra mettre l'indicateur de l'appareil sur un chiffre
de la graduation qui sera proportionnel aux valeurs que l'on vient
de mentionner, ce qui s'ecrit 30 : 36 = x : 40, d'ou x = 33. On
reglera done l'appareil en mettant l'indicateur a 33 sur la
graduation et on verifiera de nouveau les resultats obtenus.
Toute modification importante des caracteristiqu~s du produit
chimique entrainera une modification du debit du ::listributeur et
necessitera done une mise au point. De toute maniere on devra
verifier s'il y a correspondance entre la dose de reactif (qui res
sort des lectures faites sur la graduation de l'appareil) et le
poids de reactif utilise en uncertain laps de temps et, calcule par
difference entre les poids qu'indique la balance. Ce dernier
chiffre est celui de la dose effectivement introduite dans l'eau
pendant le temps qui correspond a la diminution de poids
constatee.
Les tuyaux dans lesquels circulent des solutions de produit
chimique doivent etre exempts de tartre et autres depots. S'ils
sont disposes a decou-vert, on peut detacher le tartre ou les
depots adherant a la face interne du tuyau en donnant, de distance
en distance, quelques coups de baguette sur le tuyau, et les
evacuer ensuite a l'egout par chasse d'eau.
Installations et materiel de ftoculation
Le brassage energique destine a repartir le coagulant dans toute
la masse d'eau a traiter est souvent appele melange eclair. Cette
agitation rapide
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82 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
peut etre realisee au moyen de petites helices entrainees par
des moteurs electriques dans des bassins speciaux dont la capacite
doit etre a peu pres egale au volume d'eau qui s'ecoule en une
minute. On utilise parfois pour realiser ce melange instantane le
phenomene dit du ressaut, ou de l'onde stationnaire, que l'on
provoque en augmentant la pente et la section d'une partie de la
canalisation d'amenee d'eau. Le coagulant est introduit juste en
amont du point ou l'eau descend vivement pour entrer dans une
partie de la canalisation formant palier, ou l'energie due ala
rapidite du courant se transforrne subiternenten une charge
statique d'eau profonde, ce qui produit un regime turbulent sur le
front d'onde de cette eau. Dans d'autres cas, on obtient un regime
turbulent au moyen d'aerateurs ou de deversoirs, ou encore au moyen
de dispositifs creant un ecoulement en spirale dans les reservoirs;
mais, dans les .canalisations qui conduisent aux bassins de
fioculation l'eau traitee par les coagulants, le regime n'est pas
assez turbulent pour realiser le melange eclair, a moins que l'on
n'y place des defiecteurs en aval du point ou l'on introduit le
produit chimique. Les pompes centrifuges a faible hauteur de
refoulement et haut rendement ne produisent pas un regime
tur-bulent et ne sont done pas utilisees pour le melange
rapide.
Il existe divers types de bassins de fioculation, dont certains
sont munis de dispositifs brevetes. On a rapporte I' obtention de
bons resultats au moyen d'appareils tres simples, consistant en un
deversoir pour realiser le melange eclair, une agitation moderee
etant ensuite assuree dans le canal qui amene l'eau aux bassins de
sedimentation. Les premiers bassins qui furent utilises etaient
munis d'une serie de chicanes aux extremites desquelles le sens
d'ecou-lement de l'eau etait inverse, ce qui creait un regime
moderement turbulent dans les chenaux formes par les chicanes et
une agitation plus forte a chaque point d'inversion du courant. On
obtient le meme resultat en disposant les chicanes de telle maniere
que l'eau s'ecoule tan tot au-dessus, tan tot au-dessous de la
chicane. Les bassins de ce genre sont de construction peu
coil.teuse, puisque les chicanes peuvent etre faites de planches de
bois ordinaire que l'on dispose dans des bassins de beton. Ils ne
permettent d'obtenir que des resultats assez modestes, parce que le
degre d'agitation est determine par la distance entre les chicanes,
la longueur totale des chenaux et le volume d'eau qui s'ecoule. On
peut certes modifier l'espacement des chicanes, rnais c'est un
travail important que l'on n'entreprend generalement que s'il
s'impose pour remedier a des defauts de conception. De plus, vu que
!'agitation decroit avec le debit du bassin, la fioculation se fait
moins. bien pendant les periodes de faible debit; d'autre part, il
se produit une serieuse perte de charge, due au regime turbulent
cree a chaque point de changement de direc-tion ainsi qlf'au
frottement resultant du contact de l'eau en mouvement avec la
surface des chicanes et le fond des chenaux entre les chicanes.
Dans un bassin de ce genre ou la vitesse moyenne d'ecoulement
serait, par exemple, de 0,3 mjs, il faudrait 18 m de chenal par
minute du temps de loculation. Ainsi, il suffirait d'un temps de
fioculation de 5 min, que l'on obtiendrait en
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COAGULATION ET FLOCULATION 83
donnant aux chenaux une longueur de 90 m, pour qu'il se produise
une serieuse perte de charge, surtout dans les petites
installations ou les pertes par frottement sont proportionnellement
plus elevees parce que la surface par unite de volume d'eau (
perimetre mouille ) y est plus importante. Il est done rare que ces
bassins soient assez vastes pour assurer le temps de fioculation de
15 a 30 min generalement adopte dans la pratique actuelle.
Aux bassins de fioculation a chicanes, on prefere done
maintenant les bassins munis d'agitateurs mecaniques ou de pales de
brassage ou encore ceux dans lesquels une agitation controlee de
l'eau est obtenue soit par insufflation d'air, soit en mettant a
profit 1a reaction produite par l'ecoule-ment de l'eau.
Les agitateurs mecaniques, ou fioculateurs, sont constitues par
des pales actionnees par un arbre horizontal ou vertical ou bien
par des pales fixees a un balancier lui-meme entraine par un
vilebrequin associe a un moteur electrique par l'intermediaire d'un
reducteur de vitesse. La surface totale des pales est
habituellement de 10% a 25% de la surface balayee par leur
mouvement, de sorte que leur vitesse est sensiblement double de
celle qui est imprimee a l'eau - autrement dit les pales se
deplacent par rapport a l'eau a une vitesse approximativement egale
a 1a moitie de la vitesse de leur mouvement propre, ce qui cree des
remous aux extremites et imprime a l'eau une certaine agitation.
Les reducteurs de vitesse sont generalement reglables pour obtenir
l'intensite d'agitation optimale. On ajuste ainsi le degre
d'agitation de l'eau independamment du debit. La vitesse maximale
ala peripberie doit etre de l'ordre de 0,6 mfs afin d'assurer une
gamme de vitesses inferieures suffisamment etendue.
Le bassin de fioculation dans lequel on obtient un regime agite,
au moyen de la reaction produite par l'ecoulement de l'eau, est
moins connu. Par exemple, 1es arrivees et sorties d'eau d'un grand
bassin, ou de p1usieurs petits bassins, peuvent etre situees de
maniere a produire un ecoulement en spirale. En donnant au bassin
une forme rectangulaire, on cree des resis-tances a cet ecoulement
et, par suite, une agitation de l'eau. On peut agir sur l'intensite
de I' agitation au moyen de vannes reglables dont la mana:uvre
modifie la vitesse de l'eau a son arrivee. Soit par exemple une
serie de quatre bassins rectangulaires, ayant chacun une capacite
egale au volume d'eau debite en 5 min, ce qui assure un total de 20
min de fioculation. On regie les vannes du premier bassin de
maniere a obtenir le degre d'agitation neces-saire au debut, soit
0,45 a 0,60 m/s, pour realiser le melange eclair. On regie la vanne
du deuxieme bassin de maniere que la vitesse d'ecoulement de l'eau
soit de 0,36 mjs. Le floc se developpant dans les troisieme et
quatrieme bassins, on sera fonde, pour eviter de le briser par une
agitation excessive, a ramener la vitesse d'ecoulement a 0,2 ou 0,3
m/s.
La perte de charge est beaucoup moindre dans les bassins de ce
genre que dans les bassins a chicanes; de plus, on peut choisir une
plus ou moins grande intensite d'agitation selon les cas, et la
maintenir au degre voulu,
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84 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
dans les periodes ou le debit faiblit, en fermant partiellement
les vannes. Ces bassins offrent done la meme souplesse
d'utilisation que les bassins a chicanes manreuvrees par des moyens
mecaniques, sans exiger les depenses que represente l'achat de ce
materiel mecanique. Quant ala consommation d'energie correspondant
au pompage necessaire pour compenser la petite perte de charge,
elle ne doit pas etre superieure a ce qu'il faut pour mouvoir des
pales.
Si l'on utilise l'air comprime pour agiter l'eau dans les
bassins de flocu-lation, de fa
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COAGULATION ET FLOCULATION 85
Temperature de l'eau
Le ralentissement des reactions chimiques et physico-chimiques a
mesure que la temperature de l'eau s'abaisse rend necessaire un
allongement du temps de floculation, ou !'utilisation de doses plus
elevees de coagulant. En revanche, pour une vitesse donnee de
l'ecoulement de l'eau ou du deplace-ment des pales !'agitation est
d'autant plus forte que l'eau est plus froide (car elle est alors
plus visqueuse). Pour le traitement des eaux froides, on est done
amene par des considerations d'economie a choisir un temps de
flocu-lation compris entre 15 et 30 min, et une large gamme
d'intensites d'agita-tion.
Correction des imperfections de Ia ftoculation
Les difficultes auxquelles on se heurte pour obtenir une bonne
flocula-tion en se servant du materiel existant peuvent resulter
soit a) d'une erreur dans la dose de coagulant employee ou le choix
des reactifs, soit b) de l'insuffisance des moyens utilises pour
provoquer la floculation. Dans les deux cas on devra proceder a des
essais de floculation en flacon pour resoudre le probleme. (Voir le
supplement, p. 348.) On pourra proceder par etapes, comme suit:
I. Faire, a titre de premiere epreuve, des essais de laboratoire
avec des doses croissantes de sulfate d'alumine ou, s'il faut
modifier le pH, avec des doses croissantes de sulfate d'alumine et
de chaux, compte tenu de ce que l'intervalle de pH qui permet
d'obtenir de bons resultats avec le sulfate d'alumine va de 5,5 a
8,0. Si l'on ne trouve pas ainsi une dose de sulfate d'alumine qui
provoque la coagulation, avec ou sans chaux, passer a la deuxieme
etape.
2. Relever les caracteristiques de l'eau brute. S'il s'agit
d'une eau coloree de faible alcalinite, faire un essai sur six
fractions d'un meme echantillon d'eau brute, en ajoutant a chacune
30 ppm de sulfate d'alumine et des doses croissantes de chlore
(sous forme de solution d'hypochlorite) pour deter-miner si la
prechloration facilite la coagulation et, dans !'affirmative,
quelle est la dose de chlore la plus efficace.
3. Si l'essai 2 n'a pas fourni la solution du pro bleme, le
repeter en pre-nant comme reactif l'acide sulfurique. (ll faut
evidemment pouvoir se pro-curer sur place de l'acide
commercial.)
4. S'il s'agit d'une eau de faible alcalinite, mais relativement
claire, repeter les essais avec du sulfate d'alumine et des doses
croissantes de carbonate de calcium en poudre ou d"argile broyee
pour determiner si l'un de ces produits peut activer la
coagulation.
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86 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
5. Si l'eau est froide et s'il ne se forme qu'un floc fragile et
peu volumi-neux, sedimentant lentement et facile a briser, il peut
etre indique d'employer la silice activee conjointement avec le
sulfate d'alumine - a condition de disposer du personnel technique
et du materiel qu'exige ce procede sensible d'acceleration de la
coagulation.
6. Au cas ou les essais avec le sulfate d'alumine n'auraient pas
donne de resultats satisfaisants et ou l'on pourrait se procurer du
sulfate ferrique, reprendre les essais avec ce reactif, surtout si
le pH de l'eau excede 8,5.
On obtient habituellement de bons resultats avec le sulfate
d'alumine, sous reserve qu'on ait pu determiner par les essais
precites l'intervalle opti-mal des valeurs du pH pour l'eau a
traiter, et qu'operant dans cet intervalle on utilise les doses
voulues de sulfate d'alumine, soit seul, soit associe a la chaux ou
a d'autres adjuvants. De toute fa.;:on, on utilisera, a l'echelle
de !'installation de traitement, les doses de reactifs indiquees
par ces essais, sous reserve des legeres modifications qui
pourraient etre necessaires pour tenir compte du changement
d'echelle. Les doses de reactif a employer dans une installation de
traitement sont en regie generale Iegerement inferieures a celles
qu'il faut employer en laboratoire.
La deuxieme categorie de difficultes majeures tient ace qu'on ne
parvient pas a reproduire, a l'echelle de !'installation de
traitement, les resultats obtenus par l'essai de floculation; cela
montre que l'intensite et la duree de !'agitation produite au
laboratoire conviennent mieux au traitement que celles que I' on
peut obtenir par les moyens de !'installation. Cet etat de choses
se rencontre assez souvent dans les installations anciennes. On
peut alors proceder comme suit:
1. Determiner, au moins approximativement, l'intensite de
!'agitation (par exemple en observant de petits morceaux de papier
que I' on aura jetes dans l'eau) et le temps de retention dans le
bassin floculateur de !'installation.
2. Regier le materiel du laboratoire de maniere a obtenir, dans
le flacon ou becher central, une intensite d'agitation apparemment
egale a celle que I' on vient d'observer, et des agitations
respectivement moins rapides et plus rapides dans les flacons de
gauche et de droite. Si le materiel de floculation du laboratoire
ne peut etre regie pour obtenir des agitations d'intensites
differentes dans les divers bechers, refaire l'essai dans un becher
unique jusqu'a ce qu'on ait essaye tousles degres d'agitation.
3. Introduire dans tous les flacons la dose de coagulant qui,
d'apres l'essai de floculation, donne les meilleurs resultats.
4. Agiter l'eau de chaque flacon, en echelonnant les intensites
d'agita-tion comme prevu, pendant un laps de temps egal au temps de
retention que l'on estime etre celui du bassin floculateur de
!'installation.
5. Les resultats mettent en evidence le role joue par
l'intensite de !'agi-tation. S'ils sont decisifs, ils indiquent les
modifications a apporter a !'instal-
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COAGULATION ET FLOCULATION 87
lation. Si, au contraire, les operations de l'etape 4 ne donnent
pas de resul-tats concluants, passer aux operations indiquees
ci-apres en 6.
6. Jntroduire dans tous les flacons la dose de coagulant la plus
active et realiser, egalement dans tous les flacons, une agitation
de meme intensite que celle qui a paru donner les meilleurs
resultats au stade 4, mais en faisant varier la duree de l'essai:
on pourra par exemple agiter l'eau du premier flacon pendant 5 min,
ce qui correspondrait au temps de floculation appa-remment
insuffisant de !'installation, et l'eau des autres flacons pendant
10, 15, 20, 25 et 30 min.
Supposons, par exemple, que l'eau du flacon ou l'essai de
floculation a ete poursuivi pendant 20 min, avec une agitation
d'une intensite jugee equi-valente a 0,3 mjs, ait coagule de
maniere satisfaisante, c'est-a-dire avec for-mation d'un floc
ferme, qui sedimente facilement. Si, dans les conditions de
!'installation au moment considere, la floculation ne durait que 5
min et si !'agitation etait insuffisante, on en conclurait que les
installations doivent etre modifiees de maniere a assurer 20 min de
floculation, avec une agitation de 0,3 m/s.
Dans ces conditions, on etudierait !'installation de traitement
en fonc-tion des divers procedes d'agitation qui ont ete examines
plus haut. Si l'on ne disposait que de ressources limitees, on
pourrait appliquer la solution consistant a construire, a
l'interieur du bassin de sedimentation, du cote amont, trois
bassins rectangulaires, chacun d'une capacite equivalente au volume
d'eau debite en 5 min, et qui, s'ajoutant aux installations
existantes, assureraient un temps de floculation de 20 min. Ces
petits bassins pourraient etre construits en bois de charpente,
puisqu'ils ne seraient pas exposes a subir des pressions
considerables. On pourrait utiliser l'effet de reaction de l'eau
courante pour produire !'agitation. Si l'on disposait des moyens
neces-saires pour acheter du materiel de floculation mecanique, on
construirait, en travers du bassin, une paroi d'amortissement du
type decrit dans le chapitre 6, au point voulu pour assurer les 15
min supplementaires de flocu-lation. On installerait dans cette
partie du bassin des floculateurs a pales entrainees par un moteur.
On pourrait, du reste, utiliser d'autres procedes et installer, par
exemple, une canalisation d'amenee d'air et des diffuseurs dans une
partie du bassin de sedimentation que l'on isolerait au moyen d'une
paroi d'amortissement.
La diminution de 15 min de Ia duree de sedimentation
qu'entrainerait l'emploi de ce procede ne presenterait pas
d'inconvenient grave, puisque !'acceleration de Ia floculation et
!'obtention d'un floc qui sedimente facile-ment augmenteraient de
beaucoup le rendement du reste du bassin. Si l'on prend pour
exemple le bassin de sedimentation de type courant, qui assure un
temps de retention de 4 h, on Yoit que le volume d'eau isole par Ia
paroi d'amortissement, equivalant a 15 min de debit, representerait
6% seulement de Ia capacite du bassin de sedimentation.
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88 TECHNIQUES ET CONTROLE DU TRAITEMENT DES EAUX
Moyens. auxiliaires de contrOle de Ia floculation
Le controle courant de la floculation est facilite par
!'utilisation de quel-ques moyens simples, indiques ci-apres, qui
completent utilement les procedes de caractere plus technique.
1. La formation du floc dans une eau que l'on traite par
floculation et sedimentation se voit aisement quand le soleil
brille sur l'eau et que l'on se tient en un point permettant
d'observer la lumiere reflechie par le floc. Cette methode a
toutefois !'inconvenient de limiter les observations aux cas ou les
conditions d'eclairement par la lumiere du jour sont favorables. II
y a done un grand a vantage a ajouter un nouvel element aux moyens
de controle de !'installation, en plac;ant des eclairages noyes
pres des sorties d'eau des bassins de loculation et de
sedimentation pour eclairer le floc a volonte. Ces appareils
d'eclairage doivent etre munis d'abat-jour ou de reflecteurs pour
empecher les rayons lumineux d'atteindre directement l'c.eil de
l'obser-vateur; seuls ceux qui sont rcflcchis par le floc doivent
lui parvenir. Les appareils doivent etre immerges a 1,2-1,8 m de
profondeur. Faute de mate-riel electrique pouvant fonctionner noye,
on peut placer au-dessus du niveau de l'eau une lampe pourvue d'un
abat-jour, mais ce dispositif presente !'inconvenient qu'une partie
de la lumiere est reflechie par le plan d'eau, ce qui nuit a la
visibilite du floc.
2. Pour evaluer l'intensite de !'agitation dans les bassins de
loculation, on peut jeter dans l'eau quelques poignees de confettis
qui sont emportes par les comants et remous a observer.
). Au lieu de confettis, on peut utiliser des colorants. La
fluoresceine convient particulierement bien a cet usage, car elle
produit une coloration vert pale, meme a de tres faibles
concentrations: 1 g de cette poudre dans lld'eau donne une solution
intensement coloree, qui communique a l'eau une coloration verte
opalescente, perceptible meme apres une dilution consi-derable.
Pour le consommateur, apres une nouvelle dilution de la solution
par diffusion, au-dela du point m't se font les observations, la
coloration devient imperceptible; en fait, le colorant dilue n'est
visible que si on l'observe a travers plusieurs metres d'eau, sauf
au point ou il est introduii, avant que la diffusion se soit
produite. On n'en utilise que la quantite strictement necessaire
pour indiquer la direction et l'intensite des courants resultant de
!'agitation a etudier.
L'objectif final de la loculation est d'obtenir une eau
pratiquement claire ou se trouve en suspension un floc nettement
visible. Si l'eau separant les particnles du floc reste plus ou
moins trouble, c'est qu'elle contient en suspension des solides ou
des matieres colorantes non coagules ni flocules, qui ne se
deposeront pas dans les bassins de sedimentation, a moins qu'une
floculation tardive ne se produise par un effet d'adsorption exerce
par le floc au cours de sa sedimentation a travers la masse d'eau.
Le critere ultime,
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COAGULATION ET FLOCULA TION 89
en matiere de fioculation, est done la qualite de l'eau qui
s'ecoule vers les filtres a la sortie des bassins de sedimentation,
tout autant que la qualite de !'effluent des filtres.
ContrOie de Ia floculation au Iaboratoire
Le contr6le courant de la fioculation repose sur les
observations faites a !'installation de tn'.itement, completees par
des mesures de la turbidite, de la coloration, du pH et de
l'alcalinite. Mais ces essais faits au laboratoire ne portent que
sur l'eau prelevee et n'ont d'autre objet que de renseigner sur les
resultats obtenus au jour le jour. Pour determiner les resultats
que l'on pourrait obtenir en modifiant le procede ou les doses de
reactifs, il est necessaire, quand Ia quahte de l'eau brute varie,
de proceder a des essais de coagulation et de fioculation ( essais
en flacons), avant d'introduire des changements a l'echelle de
!'installation de traitement.
La coagulation et la fioculation de l'eau dans le materiel
utilise au labo-ratoire dependent evidemment des facteurs examines
plus haut: caracte-ristiques du coagulant, temperature, turbidite,
coloration, pH et alcalinite de l'eau, duree et intensite de
!'agitation. Pour plus de simplicite, la methode exposee dans le
supplement (p. 348) prevoit seulement l'emploi du sulfate
d'alumine, avec ou sans chaux, comme coagulant. Elle vaut toutefois
pour les autres coagulants. On constatera peut-etre, au
laboratoire, qu'il serait preferable d'introduire certains reactifs
dans un ordre different de celui que !'on suit a !'installation.
Par exemple, on commence habituellement par introduire le sulfate
d'alumine, puis la dose de chaux eventuellement neces-saire pour
obtenir les reactions de coagulation, dose qu'il ne faut pas
confondre avec la dose de chaux ajoutee a !' eau ji!tree pour
prevenir la corrosion. En revanche, lorsqu'on procede a la
prechloration, on peut obtenir de meilleurs resultats en
introduisant les doses voulues avant la dose de sulfate
d'aluminium, Les essais de laboratoire offrent un moyen simple de
verifier le role que peuvent jouer des facteurs de ce genre.