La décantation

Ou comment séparer ce qui flotte de ce qui coule

Définition de la décantation en assainissement

Dans le traitement de l’eau, la décantation (ou settling en Anglais) est une opération qui permet de soustraire 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 dans lequel elles se trouvent. Ces particules sont récupérées en fond de bassin. Dans une usine d’épuration, nous parlons de boues primaires dans le cas d’une décantation primaire en amont du 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.

Les éléments y entrant (intrants)

Dans une usine d’épuration, tout dépend d’où est placé le bassin de décantation et quelles seront ses objectifs de traitement. Dans le cas d’une décantation primaire, celui-ci recevra des filasses, du sable, des graisses, de la boue primaire (terre) et des gros objets. Au contraire, les bassins de traitement tertiaire reçoivent essentiellement de l’eau traitée et contenant des flocs de boues en suspension (boues tertiaires).

Les graisses

Elles flottent! Si si je vous jure! Elles représentent aussi une fraction importante de la pollution carbonée reçue par une station d’épuration. Elles peuvent aussi colmater facilement les ouvrages de filtration. Il est important de les séparer le plus vite des eaux à traiter.

Les filasses

Les filasses consistent en un amas de cheveux, lingettes et autres tissus qui arrive par le réseau. Dans un bassin de décantation, une partie de celles-ci se mélange avec les graisses et forme une croûte qui flotte à la surface du décanteur. Cette croûte peut atteindre plusieurs centimètres d’épaisseur. Les filasses entraînent de nombreux bouchages de pompes. L’autre partie décante avec le sable.

Le sable

Lui aussi arrive par le réseau. Il est constitué de pierres de taille plus ou moins importante. S’il est correctement récolté, nettoyé et criblé, il peut servir de remblais par exemple.

Les gros objets

Gros morceaux de bois, bouteilles, canettes… Il est préférable de la éliminer dès de début du traitement. Un ouvrage de dégrillage grossier est largement suffisant.

Les boues

Qu’elles soient primaires ou tertiaires, elles sont à séparer de l’eau à traiter, afin d’obtenir le surnageant le plus propre possible.

Les éléments qui en ressortent

Le surnageant

Le surnageant, c’est la fraction de liquide que l’on récupère en partie supérieure du bassin de décantation : c’est la part clarifiée du liquide. Sa qualité dépend de divers paramètres, notamment :– la densité des particules à décanter
– le temps de séjour dans le bassin de décantation
– la forme de l’ouvrage de décantation.

Plus le décanteur est important, meilleure est la décantation puisqu’un des principaux paramètres de la décantation, c’est le temps de séjour.

En outre, pour améliorer la décantation de l’eau, il y a différentes possibilités. En rajoutant des lamelles dans celui-ci, on améliore la surface de décantation. On parle alors de décanteur lamellaire. En rajoutant un cône de décantation et un fond plus important, on aura un décanteur digesteur, idéal pour réduire les boues et les stocker. En Allemagne, la méthode la plus répandue est le bassin multi chambres (ou three chamber pit en Anglais, dreikammergrube en Allemand).

Les flottants

Dans un bassin de décantation d’une station d’épuration, nous retrouvons systématiquement des graisses. Celles-ci flottent à la surface du décanteur. Dans un clarificateur, une fraction des boues flotte à la surface du bassin, à cause de la dénitrification qui s’y produit. Très souvent, le surnageant contient encore ces particules, puisque toutes n’ont pas une densité supérieure à celle de l’eau et surtout, toutes ne seront pas piégées lors de l’opération de décantation. C’est ce qu’on appelle les flottants. Tous ces flottants doivent être retenus pour améliorer le fonctionnement global lors de l’opération de décantation car ils impactent négativement le fonctionnement d’une station d’épuration.

Pour retenir ces flottants, les fabricants mettent en place des barrières physiques pour les empêcher de traverser le bassin de décantation. Par exemple, dans les petites stations d’épurations, les décanteurs digesteurs ou les bassins à plusieurs chambres utilisent un tuyau té. Les décanteurs lamellaires sont munis d’une goulotte équipée d’une cloison siphoïde. Les clarificateurs sont quand à eux muni d’un système de raclage de surface pour collecter les flottants.

Les boues

Tout dépend de la qualité de boue recherché. Taille de l’ouvrage de décantation de l’eau, forme et volume vont impacter ses propriétés. Certains ouvrages ne sont destinés qu’à la collecte et l’extraction de celles-ci alors que d’autres sont aussi destinés à les stocker. Dans tous les cas, les boues sont à éliminer régulièrement. D’ailleurs, une fois l’ouvrage de stockage arrivé à saturation, les boues ne peuvent plus être éliminées et se retrouvent d’une façon ou d’une autre à la rivière.

Dimensionnement et coûts

Le stockage des boues

Pour améliorer la décantabilité de particules à séparer et donc améliorer le rendement, 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 tout 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). Plus un bassin de décantation sera largement dimensionné pour le stockage des boues, plus il pourra en contenir, et plus faible sera la fréquence de vidange de celui-ci. 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.

Certains décanteurs, comme le décanteur lamellaire, ne font pas fait pour stocker les boues, tandis que d’autres comme le décanteur digesteur sont dimensionné spécifiquement pour les stocker et les concentrer. 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!