La décantation

Ou comment séparer ce qui flotte de ce qui coule

Qu'est ce que la décantation de l'eau?

Définition de la décantation en assainissement

Dans le traitement de l’eau, on utilise la décantation (ou “settling” en anglais). Cette opération permet de retirer les particules en suspension de l’eau à traiter. C’est un procédé physique qui consiste à séparer les particules de densité plus lourde que l’eau du liquide où elles sont présentes. Ces particules sont récupérées en fond de bassin. Dans une usine d’épuration, on utilise le terme “boues primaires”. Ce terme s’applique à une décantation primaire avant le traitement biologique. Nous parlons de boues tertiaires pour toutes les boues qui sont récupérées dans un ouvrage de traitement tertiaire, comme un clarificateur par exemple.

La décantation, c'est gratuit. C'est la gravité qui fait le boulot.

Nicolas MEUDAL

Importance de la décantation pour la purification de l'eau

La décantation est un processus crucial pour la purification de l’eau. Elle élimine efficacement les impuretés comme les sédiments et les débris organiques. Cette action améliore la qualité de l’eau et prévient la contamination. Parmi les 3 modes de séparation solides/liquides, la décantation est la plus simple et la moins onéreuse. Il est donc dommage de s’en passer. La décantation assure une eau saine et sûre. C’est essentiel pour la santé humaine et l’environnement. En combinant cela avec d’autres méthodes de purification de l’eau, on peut obtenir une eau encore plus pure et sûre.

Utilisations courantes de la décantation

La décantation est utilisée dans de nombreux processus de purification de l’eau tels que l’assainissement, la production d’eau potable et l’aquaculture :

  • Dans le domaine de l’assainissement, la décantation sert de traitement primaire pour séparer les particules en suspension. Elle est aussi utilisée comme traitement tertiaire pour concentrer les boues et optimiser la qualité de l’eau avant son rejet.
  • Dans la purification de l’eau potable, on utilise la décantation. Elle élimine les particules en suspension qui pourraient bloquer les filtres.
  • Elle est utilisée en aquaculture et pisciculture. Son rôle est de concentrer les boues et d’améliorer la qualité de l’eau des bassins.
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Applications de la décantation

Traitement des eaux usées : utilisation de la décantation pour éliminer les matières en suspension

L’utilisation de la décantation pour éliminer les matières en suspension est un élément important de ce traitement. Le traitement primaire des eaux usées avec un bassin tampon est recommandé car cela permet de nombreux avantages:

  • Les bassins primaires réduisent la teneur de matières en suspension ainsi que les polluants incorporés dans ceux-ci. 
  • Peut aider à lisser le débit sur la biologique, pour faciliter la vie des microorganismes épurateurs.
  • Réduction de la taille des équipements installés, notamment de l’aération biologique, ce qui peut entraîner des économies de coûts.
  • Il permet de réaliser des économies d’électricité en évitant les pics de débits en période de pointe. De plus, le tampon élimine une partie de la pollution carbonée.

Production d'eau potable : utilisation de la décantation pour éliminer les impuretés et protéger le filtre en aval

Pour garantir la qualité de l’eau, il est important d’éliminer les impuretés avant de la filtrer. C’est là que la décantation entre en jeu.

Il s’agit d’un processus de séparation physique de la boue et des impuretés en suspension dans l’eau.  Elle consiste à faire flotter les particules en suspension pour les séparer de l’eau claire.

Le processus se déroule en plusieurs étapes :

  • L’eau est lentement ajoutée à un réservoir de décantation pour permettre aux particules en suspension de se déposer au fond.
  • Ensuite, l’eau claire est pompée à partir du dessus du réservoir, laissant les impuretés au fond. Cette étape est importante, car elle protège le filtre en aval et augmente son efficacité et sa rentabilité.

En effet, produire de l’eau potable et l’utiliser pour laver un filtre n’a pas de sens. Plus un filtre se lave et plus l’unité de production perd en efficacité et rentabilité.

Pour éliminer les MES, les décanteurs lamellaires en amont de la filtration garantissent la qualité de l’eau produite. Ils éliminent les grosses impuretés, réduisant ainsi la charge du filtre en aval et prolongeant sa durée de vie.

Aquaculture : concentration des boues en sortie de filtre à tambour

L’aquaculture consiste à élever des organismes aquatiques tels que les poissons, les mollusques et crustacés et même les plantes. Parce que 70% de la surface planétaire est recouverte d’eau, les humains ont compris son importance en tant que ressource.

L’aquaculture exploite intensément l’eau comme ressource. Elle présente des défis uniques pour le traitement des boues après filtration au tambour.

Les boues produites par les systèmes de filtration à tambour sont très liquides, ce qui les rend difficilement concentrables. Transporter des boues liquides en aquaculture coûte cher. Un traitement adéquat est nécessaire pour préserver la qualité environnementale.. C’est là qu’intervient un décanteur lamellaire.

Cet équipement augmente la concentration des boues après filtration, facilitant leur déshydratation

Séparation des particules lourdes et des huiles des effluents industriels

La séparation des particules lourdes et des huiles des effluents industriels est une étape très importante. Les effluents industriels peuvent contenir des substances nuisibles à l’environnement. Ces substances incluent des métaux lourds, produits chimiques et huiles. Il est donc important de les traiter avant de les rejeter dans l’environnement.

De nombreux procédés utilisent des principes actifs qu’il est préférable de réutiliser. Par exemple, des jus de découpe contiennent une eau savonneuse, des huiles et les particules lourdes. Un décanteur lamellaire comme ceux que nous fabriquons permet de recycler séparément ces trois flux. Cela permet de minimiser la quantité de déchets produits et de maximiser les ressources réutilisées. D’où l’importance d’avoir une collecte séparée des flottants pour optimiser le traitement des effluents industriels.

Quels sont les différents types de décanteurs ?

Les décanteurs primaire et décanteurs digesteurs

Ces deux types de décanteurs jouent un rôle important dans le traitement des eaux usées. En effet, ils contribuent à l’élimination des polluants et des résidus organiques. Cela améliore la qualité de l’eau rejetée dans l’environnement.

  • Les décanteurs primaires sont utilisés pour séparer les solides et les graisses des eaux usées. Ils fonctionnent en faisant circuler lentement les eaux usées à travers un compartiment, séparant gros déchets et graisses au fond. Les boues sont ensuite retirées et envoyées aux décanteurs digesteurs pour un traitement supplémentaire.
  • les décanteurs digesteurs sont utilisés pour décomposer les matières organiques en substances plus simples à travers un processus de fermentation contrôlée. Ce sont des réacteurs biologiques qui utilisent des bactéries pour décomposer les matières organiques restantes dans les boues.
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Les décanteurs multi chambre tels que ceux qui sont utilisés depuis des années en Allemagne sont les plus performants.

Ils devraient être systématiquement inclus dans chaque station d’épuration. Il n’est pas essentiel de stocker les boues longtemps, mais il est crucial d’éliminer une grande partie de la pollution carbonée. Lissage du débit évite les à-coups de charge hydrauliques et organiques.

Les décanteurs multichambre sont généralement vus comme plus efficaces que les décanteurs simples. Ils assurent une meilleure séparation des phases, réduisant les boues produites et améliorant la qualité de l’eau traitée.

Les clarificateurs

Leur objectif principal est de séparer les solides en suspension dans l’eau pour produire une eau claire et sûre. Les clarificateurs ont des conceptions variées, mais leur fonctionnement général consiste à faire circuler lentement l’eau à traiter à travers une surface de sédimentation. Cela permet aux solides de se déposer au fond du clarificateur.

Ce sont généralement des ouvrages circulaires, alimentés par le centre. Après le traitement biologique, ils séparent les boues de l’eau traitée, permettant un épaississement des boues. 

C’est l’ouvrage le plus répandu en traitement tertiaire, mais il nécessite beaucoup d’emprise au sol. De plus, il est rare qu’un clarificateur soit équipé d’une récupération des flottants.

Un décanteur lamellaire permet donc d’atteindre les mêmes performances qu’un clarificateur sur une surface 10 fois plus petite. Cependant, il est important de noter que les clarificateurs ne peuvent pas éliminer tous les polluants des eaux usées. Ils doivent être utilisés avec d’autres traitements pour obtenir une eau complètement traitée. Il est important de choisir un clarificateur adapté aux exigences du site, comme la taille et la capacité de traitement. Les caractéristiques de l’eau à traiter doivent également être prises en compte.

Les décanteurs lamellaires

L’utilisation de décanteurs lamellaires est fréquente dans l’industrie de l’eau.

Contrairement aux clarificateurs, qui nécessitent beaucoup d’emprise au sol, les décanteurs lamellaires nécessitent moins d’espaces et restent performants. Ils fonctionnent en utilisant des plaques inclinées pour séparer les effluents en trois flux : le surnageant, les flottants et les boues.

Le surnageant est traité ailleurs, tandis que les boues subissent un traitement ultérieur. Les décanteurs lamellaires ont une goulotte spécifique pour récupérer les flottants. Cela assure une meilleure séparation et diminue les déchets pour le traitement final. C’est le plus compact des ouvrages de décantation. Les décanteurs lamellaires peuvent être utilisés pour traiter un large éventail d’effluents industriels et municipaux. On peut l’utiliser particulièrement pour les applications où l’espace est limité.

Quand est-ce que la décantation n'est pas recommandée?

Faible sédimentation d'un effluent

La faible sédimentation d’un effluent peut poser un défi considérable pour son traitement adéquat.

  • Si l’effluent ne se sépare pas bien en eau claire et sédiments, son traitement devient compliqué. Cela rend difficile la réduction de sa charge en matières en suspension. Avant d’envisager un ouvrage de décantation, il est recommandé de réaliser un test de décantation. Ce test évalue la performance de l’effluent et détermine les mesures d’amélioration nécessaires.
  • Si la coagulation floculation est prévue en amont, un jar test est d’abord réalisé. Ce test détermine les dosages optimaux de coagulants et de floculants pour améliorer la sédimentation de l’effluent. Optimiser la sédimentation de l’effluent améliore la performance globale du système de traitement.
  • Cependant, il peut être nécessaire de tester différentes approches pour trouver celle qui fonctionne le mieux pour chaque effluent spécifique.

Facteurs qui peuvent affecter l'efficacité de la décantation

La décantation est essentielle au traitement de l’eau, mais divers facteurs peuvent influer sur son efficacité.

  • L’un des principaux facteurs est le débit important. Un débit élevé peut réduire l’efficacité en diminuant le temps de séjour nécessaire à la sédimentation des particules.
  • De plus, une faible concentration en matières en suspension (MES) peut affecter l’efficacité de la décantation. Il peut être plus difficile de séparer ces matières de l’eau claire. La température est un facteur crucial à considérer dans la décantation. En effet, des variations de température peuvent influencer la solubilité des coagulants et des floculants, impactant ainsi la formation de flocons.
  • Le pH joue un rôle dans l’efficacité de la décantation. En effet, il influence la charge de surface des particules en suspension et leur aptitude à s’agglomérer.

Pour garantir une décantation efficace, il est donc important de contrôler ces facteurs et d’ajuster les dosages en conséquence.

Limitations en termes de capacité de traitement

La décantation est efficace pour séparer l’eau claire des matières en suspension (MES). Cependant, elle peut présenter des limites en capacité de traitement.

Un décanteur lamellaire peut atteindre un rendement de 80 à 90% en réduisant la MES. Toutefois, dans certaines situations, le taux de MES restant peut dépasser 30 mg/L. Dans certains cas, répondre aux normes de qualité de l’eau est complexe. Il peut alors être nécessaire d’ajouter d’autres étapes de traitement.

C’est pourquoi, dans de tels cas, nous préconisons de combiner un filtre à tambour en aval d’un décanteur lamellaire. Ce système peut aider à réduire considérablement les niveaux de MES restants. Cela permet ainsi une meilleure séparation des particules fines, améliorant la qualité de l’eau. Ainsi, on peut assurer une qualité d’eau conforme aux normes. Cela minimise le coût et l’impact environnemental du traitement.

Dimensionnement et coûts

Le stockage des boues

Pour améliorer le rendement de décantation, il est possible de rajouter des produits chimiques type coagulants et floculant. Plus une molécule est lourde, meilleure est sa décantation. Considérons par exemple du sable, il va très bien décanter! A contrario, des particules très légères comme des boues très aérées par exemple, vont décanter très doucement. Dans ces cas-là, on utilise ces fameux coagulants et floculants pour accroître la masse des particules et donc leur décantabilité. Certains procédés mettent en oeuvre du microsable en plus de l’action des coagulants et floculants.

Dans une usine d’épuration, le coagulant le plus souvent utilisé est le chlorure ferrique : FeCl3. C’est un liquide rouge orangé, très efficace et meilleur marché que les autres coagulants que l’on peut trouver.

En ce qui concerne les floculants, il y en a de tous types, et chaque type de boue à un floculant avec lequel elle réagit le mieux. Il faut tester plusieurs produits pour identifier le candidat idéal, en réalisant des jar tests.

En fait, dans le budget de fonctionnement d’une station d’épuration, les coagulants et floculants représentent un poste de dépense important.

Coagulants et floculants

Un autre paramètre important de dimensionnement est le temps de stockage des boues. Cela impacte directement les OPEX (coûts d’exploitation) et CAPEX (coûts de construction). Un bassin de décantation largement dimensionné peut contenir davantage de boues. Cela réduit la fréquence de vidange nécessaire. En fait, plus on investit au départ (CAPEX), et plus on réduit les OPEX après. Comme dans tout projet, il vaut mieux avoir une vision long terme et estimer les coûts globaux.

Le décanteur lamellaire n’est pas conçu pour stocker les boues. En revanche, le décanteur digesteur est spécifiquement dimensionné pour cette fonction. Généralement, tous les ouvrages dont la vocation est de stocker des boues sont réalisés en béton.

La concentration des boues dépend de son temps de séjour. Cependant, cette progression de la concentration n’est pas linéaire. Passé un certain temps, généralement 6 mois, la concentration ne varie presque plus. Pour autant, dimensionner largement un décanteur pour le stockage des boues peut permettre d’accroître la concentration de celles-ci de 50% ! Donc, cela diminue d’autant le volume des boues et du coût les coûts d’exploitations !

Enfin, passé une certaine taille de station, le volume de boues produites est tellement important qu’il faut envisager d’autres moyens d’extraction, comme la filtre à bande ou la centrifugation.

Les autres paramètres

 Enfin, plusieurs autres éléments rentrent en compte. Par exemple : charge en DBO5, débit de pointe, volume tampon, volume de sédimentation, impact du FeCl3 et de la dénitrification… Tous ces paramètres influent le calcul d’un bassin de décantation de l’eau. Pour aller plus loin, nous avons créé un formulaire de dimensionnement en ligne d’un décanteur lamellaire, et un autre pour déterminer votre indice de boues et votre vitesse de Hazen!

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