Principe de la décantation: la vitesse de sédimentation

La décantation est un processus de séparation des particules solides dans l’eau, basé sur leur densité.

  • Particules lourdes : Elles se déposent rapidement au fond du bassin, car elles sont plus denses que l’eau.
  • Particules légères : Si leur densité est proche de celle de l’eau, elles restent en suspension et ne se déposent pas facilement.

Indicateur clé : L’aptitude des boues à se décanter est mesurée par l’indice de boues (ou Sludge Volume Index – SVI). Plus cet indice est bas, plus les particules se décantent facilement.

Les différents types de décantation

  • Décantation gravitaire : Simple et économique, elle repose sur la séparation naturelle des particules en suspension par gravité.
  • Décantation centrifuge : Utilisée pour des particules plus fines, elle accélère la séparation en créant une force centrifuge.
  • Décantation lamellaire : Une version optimisée, où des plaques inclinées permettent d’augmenter la surface de contact pour une séparation plus rapide.
Dimensionnez votre décanteur lamellaire

Comment la décantation sépare les particules solides des liquides ?

La décantation est un processus physique utilisé pour séparer les particules solides des liquides, basé sur leur différence de densité. Ce processus se déroule en plusieurs étapes dans un bassin de décantation. 

  • Tout d’abord, on mélange les particules solides en suspension dans un liquide, puis on laisse reposer un certain temps.
  • Pendant ce temps, les particules solides perdent de leur énergie cinétique, se déposent au fond du récipient et forment une couche séparée.
  • L’objectif, c’est que les particules perdent leur énergie cinétique pour qu’on puisse facilement les ramasser en fond d’ouvrage.

Il est important de noter que la décantation ne peut pas séparer les particules solides de densité similaire à celle du liquide. Dans le cas, la filtration est à privilégier. Si les particules flottent, d’autres méthodes comme la filtration ou la flottation sont recommandées

Comment réduire la taille des particules ?

La décantation est un processus physique utilisé pour séparer les particules solides des liquides, basé sur leur différence de densité. Ce processus se déroule en plusieurs étapes dans un bassin de décantation. 

  • Tout d’abord, on mélange les particules solides en suspension dans un liquide, puis on laisse reposer un certain temps.
  • Pendant ce temps, les particules solides perdent de leur énergie cinétique, se déposent au fond du récipient et forment une couche séparée.
  • L’objectif, c’est que les particules perdent leur énergie cinétique pour qu’on puisse facilement les ramasser en fond d’ouvrage.

Il est important de noter que la décantation ne peut pas séparer les particules solides de densité similaire à celle du liquide. Dans le cas, la filtration est à privilégier. Si les particules flottent, d’autres méthodes comme la filtration ou la flottation sont recommandées

Les forces physiques qui permettent la décantation

Vitesse de sédimentation 1h2o3

La vitesse de sédimentation d’une particule est sa vitesse descendante théorique dans l’eau claire et stagnante. Et une particule ne sédimentera que si :

  • Dans un flux longitudinal, le rapport de la longueur du réservoir à la hauteur du réservoir est supérieur au rapport de la vitesse de l’eau à la vitesse de sédimentation.
  • Dans un flux ascendant vertical, la vitesse de l’eau ascendante est inférieure à la vitesse limite de sédimentation.

La décantation suit ce que l’on appelle la loi de Stokes. Cette loi montre que la vitesse de chute d’une particule est proportionnelle au carré de la dimension. De plus, elle dépend également de la différence de masses volumiques entre la particule et le liquide.

Par conséquent, l’augmentation du diamètre des particules favorise la sédimentation de façon importante. C’est d’ailleurs pourquoi la floculation est une technique largement répandue dans le traitement de l’eau, que ce soit en assainissement ou pour la production d’eau potable.

Il y a des forces physiques qui jouent également un rôle dans la décantation comme la viscosité et le diamètre des particules.

 

Augmenter la vitesse de sédimentation grâce à la coagulation floculation

La coagulation floculation est un processus utilisé pour augmenter la vitesse de sédimentation des particules solides en suspension dans un liquide. Il consiste à ajouter des produits chimiques, appelés coagulants, pour rendre les particules solides plus collantes et les faire se regrouper en flocons. Ces flocons sont plus lourds et plus faciles à séparer des liquides par décantation.

Elle permet d’alourdir les particules et donc de limiter la taille des ouvrages de décantation. De plus, certains éléments, comme le phosphore par exemple, sont précipités grâce à l’ajout de produits chimiques. Ils ne se retrouvent donc pas dans le surnageant. La clarifloculation, combinaison d’une coagulation floculation à une décantation, est largement répandue dans le traitement de l’eau. Elle permet de retirer efficacement les particules en suspension et les impuretés de l’eau.

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Que contiennent les effluents à décanter ?

Dans une usine d’épuration, tout dépend de l’endroit où l’on place le bassin de décantation et les objectifs de son 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).

Effluents à Décanter
Type d’Effluent Description
Matières en suspension (MES) Les particules solides à séparer pour obtenir un surnageant le plus propre possible.
Graisses Elles flottent et représentent une importante fraction de pollution, pouvant obstruer les filtres.
Filasses Des amas de cheveux, lingettes et tissus qui se mélangent avec les graisses pour former une croûte.
Sable Composé de pierres variées, il peut être récupéré, nettoyé et réutilisé comme remblais.
Gros objets Des morceaux de bois, canettes, bouteilles, à éliminer dès le début avec un dégrillage grossier.

Points clés à retenir :

  • Décantation primaire: reçoit des matières solides comme les graisses, sable, filasses, et gros objets.
  • Décantation tertiaire: principalement utilisée pour les boues tertiaires (flocs de boues en suspension).

Qu'est ce qui est collecté en sortie de décanteur ?

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 puisque le temps de séjour est l’un des principaux paramètres de la décantation. 

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 ajoutant un cône de décantation, on améliore le processus de séparation. Avec un fond plus profond, le décanteur digesteur est idéal pour stocker et réduire les boues. 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. En effet, celles-ci flottent à la surface du décanteur.

Dans un clarificateur, des boues flottent en surface à cause de la dénitrification. Et le surnageant contient souvent des particules, car toutes n’ont pas une densité supérieure à l’eau. De plus, toutes les particules ne sont pas piégées pendant la décantation. C’est ce qu’on appelle les flottants. Les flottants doivent être retenus pour optimiser l’opération de décantation. Leur présence nuit au bon 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. Les décanteurs lamellaires sont munis d’une goulotte équipée d’une cloison siphoïde. Les clarificateurs sont quant à eux munis d’un système de raclage de surface pour collecter les flottants.

Les boues

Tout dépend de la qualité de boue recherchée. 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. Une fois l’ouvrage de stockage saturé, les boues ne peuvent plus être éliminées. Elles finissent par se déverser dans la rivière d’une manière ou d’une autre.

FAQ

Quelle est la durée idéale du processus de décantation ?

La durée idéale de décantation dépend de plusieurs facteurs, comme la vitesse de sédimentation des particules, le débit de l’effluent et la taille du bassin. En général, la décantation peut durer de quelques heures à plusieurs jours pour permettre une séparation optimale des solides.

La vitesse de sédimentation peut être améliorée par la floculation, qui regroupe les particules pour les alourdir et faciliter leur dépôt.

L’indice de boues (ou SVI – Sludge Volume Index) mesure l’aptitude des boues à se séparer de l’eau pendant la décantation. Plus cet indice est bas, meilleure est la capacité de séparation des boues, ce qui améliore la qualité de l’eau traitée.

Les coagulants (comme le chlorure ferrique) et floculants sont utilisés pour agglomérer les particules fines, rendant leur séparation plus facile pendant la décantation. Cela permet d’améliorer l’efficacité du traitement, notamment pour les boues légères ou les particules très fines.

Un décanteur lamellaire mal dimensionné peut entraîner une efficacité réduite dans la séparation des particules solides, augmentant ainsi le coût opérationnel et affectant la qualité de l’eau traitée. Le bon dimensionnement permet d’optimiser le temps de séjour, le débit et la performance globale du traitement.

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