fndae35_a

Les Clari-floculateurs

plus particulirement utiliss en traitement tertiaire

2

Ministre de lEcologie, du Dveloppement

et de lAmnagement Durables

FNDAE N35

Document technique

Jean-Pierre Canler Jean-Marc Perret

Dpartement Milieux Aquatiques, qualit et rejets

Unit de recherche Qualit des Eaux et Prvention des Pollutions

Groupement de Lyon

3 bis, Quai Chauveau - CP 220

69336 LYON cedex 09

Tl. 04 72 20 87 87 - Fax 04 78 47 78 75

Cemagref 2007 ISBN : 978 2 85362 671 7



FICHES TECHNIQUES



3

Ce document de synthse a pu aboutir grce au soutien financier de la Direction de l'eau du Ministre de

l'Ecologie, du Dveloppement et de lAmnagement Durables.

Il est issu du travail de lquipe traitement des eaux rsiduaires du groupement de Lyon, avec laide

importante dOlivier Peyronnard, stagiaire de lINSA de Lyon.

Nous tenons aussi remercier les Matres douvrages pour la mise disposition de leur installation ainsi que

les exploitants des stations tudies pour leur aide dans le bon droulement de ltude : installations de Aix

en Provence (13), Bourg en Bresse (01), Divonnes les bains (01) et Reims (51). Enfin, un dernier

remerciement est adress lquipe du laboratoire danalyses physico-chimiques des milieux aquatiques

paramtres majeurs et micro polluants inorganiques du Cemagref de Lyon pour leur importante

participation au volet analytique de cette tude.



4

Prambule .....................................................................................................................6

Chapitre 1 Rappels sur lvolution des diffrents composs au sein dune filire de traitement de type biologique en un seul tage............................................................7

Rappels et commentaires sur les limites concernant les niveaux dexigences de qualit des rejets en phosphore et en matire organique ................................................................................9

Chapitre 2 Le traitement tertiaire par clarifloculation..............................................12

Rappel du principe du traitement physico-chimique ............................................................ 13

Rle des ractifs physico-chimiques : tapes dites de Coagulation puis de Floculation............ 13

Prsentation des principaux systmes commercialiss en France.......................................... 15

Les possibilits dinsertion dans la filire de traitement des eaux.......................................... 17

Les paramtres de dimensionnement ................................................................................ 19

Chapitre 3 Rsultats des mesures ............................................................................25

Les performances mesures en Tertiaire............................................................................ 25

Analyse des paramtres de fonctionnement ....................................................................... 28

Rappels des principaux paramtres de fonctionnement et dexploitation ............................... 34

Principales difficults rencontres et propositions de recours ............................................... 36

Contraintes dexploitation ................................................................................................. 39 Conclusion .41

Sommaire



5

Fiches techniques43

Fiche n1 - Rappel des diffrentes formules et tests utiliss sur ce type d'ouvrage.44

Fiche n2 - Calcul de la rduction du TAC sur une filire de traitement..51

Fiche n3 - Calcul du volume de coagulant en solution commerciale apporter par jour.55

Fiche n4 - Dmarche de la vrification des taux de traitement..57

Fiche n5 - Calcul de la production de boue issue du traitement physico-chimique tertiaire59

Fiche n6 - Consquence d'une mauvaise optimisation du dosage de coagulant sur la production de boue physico-chimique.62

Fiche n7 - Exemples de type d'asservissement pour l'injection des ractifs en vue de l'optimisation des quantits injecter.64

Annexes69

Annexe 1 - Evolution des concentrations sur des procds de traitement pousss situs l'amont d'un clari-floculateur70

Annexe 2 - Estimation des concentrations minimales envisageables en sortie de clarifloculation en traitement tertiaire partir d'une Eau Use Domestique normalement concentre..71

Annexe 3 - Niveaux de rejet demands pour les STEP quipes d'un tertiaire72

Annexe 4 - Les tapes de Coagulation et Floculation.73

Annexe 5 - Concentrations mesures en Fer..74

Annexe 6 - Liste (non exhaustive) des collectivits franaises quipes de clarifloculateurs en 2004..75

Annexe 7 - Rsultats des mesures sur site..77

Bibliographie.80



6

Afin de protger le milieu rcepteur, les services

de ltat imposent certaines collectivits des

niveaux de rejet plus pousss en sortie de stations

dpuration, en particulier pour le traitement du

phosphore et de la matire organique. Pour

rpondre ces nouvelles contraintes, des

traitements complmentaires se sont implants

laval de ltage de traitement biologique

secondaire. Parmi les diffrentes technologies

disponibles en traitement tertiaire, le clari-

floculateur bas sur un traitement physico-

chimique est un des procds rcemment

dvelopps.

Ce traitement complmentaire, de type tertiaire,

ncessite :

Pour rpondre une rduction de la matire

organique, dintervenir dabord sur la fraction

particulaire ce qui permet de rduire les

lments constitutifs de cette fraction : DCO,

DBO5, azote et phosphore.

Et pour rduire la pollution phosphore,

dintervenir sur la fraction soluble compose

dortho-phosphates dont llimination se fera

par prcipitation laide de sels mtalliques

(fer ou aluminium).

Cette technologie, appele clari-floculateur, est

base sur un principe de dcantation associ un

traitement chimique dont certaines particularits

permettent de travailler des vitesses plus

leves, do la notion de racteurs grande

vitesse, permettant la mise en place douvrage

compact.

Prambule



7

CHAPITRE 1

Les eaux rsiduaires urbaines (ERU) admises en

entre des stations dpuration des collectivits

vhiculent conventionnellement trois grands types

de pollution : la pollution carbone reprsente

par la DCO, la DBO5 et les MES, la pollution

azote reprsente principalement par lazote

kjeldahl (NTK) compos dazote organique et

dazote ammoniacale (N-NH4+) et la pollution

phosphore avec le phosphore total (PT)

compos de phosphore organique et

dorthophosphate (P-PO43-). Ces trois types de

pollution se rpartissent sous trois classes

physiques : particulaire, collodale et soluble.

Les caractristiques moyennes dune eau

rsiduaire urbaine normalement concentre

(collecte par rseau sparatif) et les flux

polluants apports par habitant sur des

installations importantes sont rassembls dans le

tableau suivant :

Type de

pollution Paramtres

Concentrations

en mg/L

Habitant *

pour une

collectivit

importante

en g/Hab.j-1

Equivalent-

Habitant

en g/EH.j-1

Carbone DCO 700 - 750 de lordre de 115 145

DBO5 300 de lordre de 50 60

MES 250 de lordre de 45 55

Azote NTK = NT 75 - 80 de lordre de10-12 12 15

N-NH4+ 60

Phosphore PT 12 - 13 de lordre de 2,5 2,5 3

P-PO43- 8 - 10

Tableau 1 Caractristiques moyennes dune eau rsiduaire urbaine normalement concentre (Source Cemagref)

* fonction de la taille de la collectivit

Labattement de cette pollution fait appel des

procds physiques (dcantation) pour liminer la

pollution particulaire, des procds physico-

chimiques pour les fractions particulaire, collodale

RAPPELS SUR LEVOLUTION DES DIFFERENTS COMPOSES AU SEIN DUNE FILIERE DE TRAITEMENT DE TYPE BIOLOGIQUE EN UN SEUL ETAGE



8

et soluble prcipitable (ngligeable lexception

des orthophophates) et des procds

biologiques pour lensemble des fractions (filire

de traitement indispensable pour abattre la partie

soluble).

Compte tenu de lapplication de la loi sur leau, les

procds mis en place sont de type biologique et

la filire la plus implante est le procd boue

active en aration prolonge. En dehors de son

traitement pouss, il permet de produire une

quantit de boue limite associe un taux de

matire organique (MVS) bas. Ce procd permet

de traiter :

La matire carbone de faon pousse.

Llimination de la fraction soluble est

obtenue par assimilation par des bactries

arobies (besoins doxygne) afin de former

de nouvelles bactries (synthse cellulaire).

Cette assimilation (mtabolisme bactrien)

saccompagne de besoins azots sous forme

dazote ammoniacal et de besoins phosphors

sous forme dorthophosphates dans la

proportionssuivante :

DBO5 / N-NH4+ / P-PO4

3- de 100 / 5 / 1 ce qui

signifie que labattement de 100 mg de DBO5

saccompagne dune diminution de 5 mg

dazote et de 1 mg dortho-phosphate par

assimilation. Dans le cas dun traitement

biologique dune ERU, labattement en azote

et en phosphore sont de lordre de 20%

25%. Au-del de ces abattements, des

traitements spcifiques de lazote et du

phosphore devront tre mis en place.

Lazote [Document Technique FNDAE n25] :

Il est trait par le procd boues actives

dimensionnes dans le domaine de laration

prolonge pour maintenir la biomasse

autotrophe, responsable du traitement de

lazote. Dans cette filire, lazote est

transform en azote gazeux par nitrification et

dnitrification pour atteindre des

concentrations en sortie infrieure 2 mg N-

NH4+/L et infrieure 5 mg N-NO3

-/L et des

rendements globaux en NGL de 90 %, y

compris la part assimile.

Et le phosphore selon deux techniques :

biologiques et physico-chimiques [Document

technique FNDAE n29]. Le traitement du

phosphore par sur-accumulation, appel aussi

dphosphatation biologique, permet un

rendement dlimination de lordre de 60 70

% pour une eau rsiduaire normalement

concentre. Le mcanisme du processus de

sur-accumulation aboutit une teneur en

Phosphore pouvant atteindre 5 6 % des

MVS soit 2 3 fois celui dune biomasse

classique. Le traitement physico-chimique du

phosphore peut galement tre utilis, avec

diffrents lieux dajout du ractif (avant le

racteur biologique : pr prcipitation, aprs

le racteur : post prcipitation ou dans le

racteur : prcipitation simultane). Avec ce

type de traitement, seule la forme dissoute

(P-PO43-) disponible est prcipite avec le Fer.

Les performances obtenues dpendent de la

concentration en P-PO43- des eaux rsiduaires

et du ratio molaire Fe / P-PO43- appliqu.

Sur une filire de type boue active en un seul

tage bien dimensionne avec un traitement

pouss du carbone par assimilation, de lazote par

nitrification-dnitrification et du phosphore par

traitement biologique et physico-chimique et

traitant des eaux normalement concentres, les

concentrations rsiduelles attendues en sortie

sont les suivantes :

Sortie du procd boue active en temps sec : traitement du C, du N et du P

(avec dphosphatation biologique et physico-chimique)

C N P

DCO DBO5 MES NTK Noxy NGL PT P-PO43-

En mg/L 60 - 70 10 - 15 15 - 20 < 5-6 2 < 8 1,2 - 1,5 0,2 - 0,3

Rendement

moyen % 91 96 93 93 90 89

Tableau 2 Concentrations rsiduelles en sortie du procd boue active : traitement du C, du N et du P en temps sec



9

A ce stade du traitement secondaire, un lger

rsiduel en ortho-phosphates savre invitable

pour permettre un traitement biologique suffisant.

Une pr-prcipitation pousse pourrait bloquer ou

limiter le processus biologique compte tenu d'une

insuffisance de composs nutritionnels (en

particulier le P-PO43-) indispensable au

mtabolisme bactrien.

Des niveaux de rejet plus bas (en particulier le PT

infrieur 1 mg/L et la DCO infrieure 50 mg/L)

ncessitent un traitement complmentaire appel

Tertiaire. Les MES est sortie de la filire boue

active avec traitement physico-chimique du

phosphore tant constitues de 4,5% de

Phosphore, lobtention de valeurs plus faibles

ncessite dliminer le particulaire (MES).

En effet, il faut rappeler quun gramme de MES en

sortie de traitement secondaire pouss

reprsente, par de la perte de biomasse, un rejet

de :

1,2 g de DCO et 0,5 g de DBO5,

0,065 g dazote ( 6 7%),

et 0,045 g de P (4,5% en raison dun traitement biologique et physico-chimique amont du phosphore).

Suite un traitement secondaire pouss, la mise

en place dun traitement tertiaire pour liminer

principalement le particulaire (de lordre de 10 mg

de MES limin/L, soit une sortie proche de 5 mg

MES/L) donne, par exemple, une trs bonne

qualit d'eau de sortie suivante :

DCO DBO5 MES NGL PT

Entre tertiaire en Temps sec en mg/L 60 10 15 8 1,2

Llimination de 10 mg de MES/L donne

Sortie tertiaire en mg/L 48 5 5 7,2 0,75

Tableau 3 Concentrations rsiduelles en sortie du traitement tertiaire pour llimination de 10 mg/L de MES sur ltage

Cet exemple montre que llimination de la

fraction particulaire permet le respect des normes

de rejet pousses sur le phosphore (PT <

1 mg/L) et sur la DCO (DCO < 50 mg/L, sauf

pour une DCO soluble rfractaire anormale et

suprieure 35 mg de DCO dure/L).

Remarque :

Notion de flux de Phosphore traiter et ratio PT / Eq Hab

Lors du dimensionnement des installations, le

ratio PT / EH frquemment utilis pour les calculs

de charge traiter en entre de station

dpuration est encore souvent de 4 g P/EH .

Les rsultats des nombreuses mesures sur sites

montrent que ce ratio est en baisse depuis plus

dune dizaine dannes avec la mise sur le march

de lessives sans phosphates .

En prenant pour hypothse de calcul quun quivalent habitant rejette 60 g de DBO5 /jour, la quantit moyenne de phosphore rejete par un EH, est de lordre de 2,5 g P/EH soit un ratio

DBO5/PT proche de 25. En priode de pluie, la

charge en phosphore est augmente et peut atteindre en moyenne 30% de plus.

Ainsi, le calcul des flux de phosphore rels traiter en entre station est relativiser pour les stations existantes (avec gnralement une charge annonce de dimensionnement nettement suprieure la ralit).

Lors des projets de dimensionnement des nouvelles installations, une valeur de 2,5 g P/EH devra tre utilise.

RAPPELS ET COMMENTAIRES SUR LES LIMITES CONCERNANT LES NIVEAUX

DEXIGENCES DE QUALITE DES REJETS EN PHOSPHORE ET EN MATIERE ORGANIQUE

Dun point de vue rglementaire, une partie du

territoire franais est classe en zones

sensibles en raison de la sensibilit du milieu

naturel aux paramtres Azote et Phosphore,

notamment pour les zones sujettes

leutrophisation.



10

Les rejets de phosphore au milieu naturel doivent

bien entendu tre rduits dans ces zones et des

contraintes dlimination sont dfinies pour les

stations dpuration recevant des charges traiter

en DBO5 suprieures 600 kg/j (soit 10 000 EH).

Ces contraintes de traitement sont bien entendu

des valeurs minimales.

Charge brute traite

par linstallation

(en kg DBO5/ j)

Charge brute traite

(en EH)

[PT] maximale

en moyenne

annuelle

Ou rendement mini

en PT en moyenne

annuelle

600 6000 10 000 100 000 2 mg PT/L

> 6000 > 100 000 1 mg PT/L 80 %

Tableau 4 Contraintes dlimination du P pour les installations recevant des charges traiter en DBO5 > 600 kg/j.

Pour les stations dpuration recevant des charges

infrieures 600 kg de DBO5, les objectifs de

traitement sont galement fixs par arrt

prfectoral suivant le milieu naturel rcepteur.

Ainsi, pour le phosphore, une grande variabilit

des exigences de qualit est rencontre.

La concentration en phosphore demande en

sortie dinstallation peut tre exprime en une

moyenne annuelle uniquement ou en une valeur

atteindre durant une priode donne. Ce point est

important et doit bien tre prcis dans le cahier

des charges.

La notion de rendement est toujours dlicate dans

le cas deaux traiter fortement dilues par des

eaux parasites en priode sche ou par temps de

pluie. Parfois, la prise en compte de cette notion

de rendement peut impliquer des exigences de

concentration en PT en sortie irralistes, la

concentration en entre tant excessivement

faible, due un facteur de dilution trop lev

aggrav par des eaux de teneur en phosphate de

plus en plus faible.

Une collectivit situe hors zone sensible peut

aussi avoir des contraintes fortes sur le rejet

compte tenu dun milieu rcepteur trs fragile et

non rpertori comme zone sensible.

A lexception de la notion de rendement qui

dpend de la concentration dentre et peut tre

trs exigeant pour des eaux uses trs dilues, on

parlera de contraintes fortes lorsque la

concentration demande du rejet est infrieure

1,2 1,5 mg de PT/L et dune DCO totale

infrieure 70 mg/L. Dans ces deux cas, un

traitement tertiaire devient indispensable avec

toutes les consquences qui en dcoulent : cots

dinvestissement et dexploitation pour une

fraction limine sur ltage relativement faible.

La limite des principaux paramtres est la

suivante :

Pour la DCO totale :

La composition dune eau de sortie aprs une

filire de traitement biologique (boue active ou

biofiltration) issue dune eau use domestique

normalement concentre est compose :

- Dune fraction soluble appele DCO dure ou

rfractaire (non biodgradable) qui peut

reprsenter 30 35 mg de DCO soluble / L.

- Dune autre fraction soluble biodgradable mais

non biodgrade. Sa concentration peut tre

approche par la valeur mesure en DBO5

soluble multiplie par 2,4 (valeur issue du ratio

DCO/DBO5 des eaux traiter).

- Et dune fraction particulaire compose de

biomasse rejete dont la concentration est

obtenue par la concentration en MES multiplie

par 1,2 (valeur issue de la mesure de la DCO

particulaire en sortie station).

Des rejets infrieurs 30 40 mg de DCO/L

demands sur des eaux normalement concentres

ncessiteraient dliminer toute la fraction

particulaire (techniques membranaires) ainsi que

la fraction totale biodgradable. Ce dernier point

est aussi difficilement envisageable car on

observe pour des traitements pousss un rsiduel

biodgradable en DCO de lordre de 3 mg/L li

aux variations journalires et de mineurs courts

circuits hydrauliques.



11

Rappelons que pour le milieu rcepteur, cest bien

la fraction biodgradable reprsente par les MES

et la DBO5 qui est nfaste au milieu.

Pour le phosphore total :

Au niveau du rejet au milieu naturel en sortie de

station dpuration, on retrouvera essentiellement

le phosphore, des concentrations variables

suivant la filire de traitement retenue, sous les

formes suivantes :

- Le P-PO43- rsiduel qui na pas t limin

biologiquement et chimiquement. Dans le cas

dun traitement pouss amont, la valeur dortho-

phosphates peut atteindre 0,2 0,3 mg/L.

- Le Phosphore des MES compos de P constitutif

de la biomasse (MVS) et de P non solubilis

adsorb. Ce phosphore particulaire peut

atteindre une concentration de lordre de 0,8

mg/L d 15 20 mg de MES avec un taux de

P de 4,5 % (en raison dune dphosphatation

biologique et physico-chimique lamont).

Rappelons que pour les milieux rcepteurs

sensibles leutrophisation, la fraction pnalisante

est reprsente par les orthophosphates dont les

concentrations sont dj trs faibles.

Photo : Goulotte de rcupration des eaux dcantes



12

CHAPITRE 2

Un traitement tertiaire par clarifloculation permet

uniquement :

Une limination (voir un affinage en raison

des faibles concentrations lentre de

louvrage) de la pollution particulaire par la

rduction des MES du rejet en sortie de

traitement secondaire. Labattement de ces

MES (principalement composes de flocs)

permet une rduction des paramtres

constitutifs de la biomasse limine (appele

aussi MVS) :

1 mg de MVS permet un abattement de lordre

de :

de 0,6 mg DBO5

de 1,45 mg de DCO

de 0,09 mg dazote ( 9% des MVS)

et de 0.02 0.06 mg de Phosphore (2 6

% des MVS en fonction du type de

traitement du phosphore lamont).

Et une rduction des formes solubles du

phosphore reprsentes par les ortho-

phosphates, par lajout de sels mtalliques

(de fer ou daluminium) conduisant la

formation dun prcipit dcantable.

Dans le cas des eaux rsiduaires domestiques

normalement concentres, la clarifloculation

tertiaire laval dun traitement biologique

permettrait datteindre les concentrations

suivantes :

DCO totale MES PT

45 50 mg DCOT /L

En raison dun talon dur ou rfractaire de

30-35 mg/L, de la DCO lie aux MES de

lordre de 10 mg/L (8 mg MES/L x 1,2), et

de la DCO soluble biodgradable de lordre

de 5 mg/l (2 mg DBO5 / L x 2,4)

8 mg MES/L 0,7 0,8 mg PT/L

En raison dun rsiduel de 0,1 0,2 mg de

P-PO43-/L et de 0,5 mg/L de P organique

(cas dune dphosphatation biologique

lamont (8 mg MES/L x 0.06)

Compte tenu des concentrations moyennes

rejetes par un traitement biologique classique

pouss, les rendements escompts par un

clarifloculateur sont les suivants :

LE TRAITEMENT TERTIAIRE PAR CLARIFLOCULATION



13

Paramtres

Concentration lentre

du clarifloculateur (ou en

sortie traitement

biologique secondaire

pouss) en mg/L

Concentration escompte

en sortie clarifloculateur

en mg/L

Do les rendement

escompts moyens pour

un traitement tertiaire

par clari floculateur

%

DCO totale 60 - 70 45 30

MES 15 - 20 8 55

PT 1,2 - 1,5 0,75 50

Tableau 5 Rendements escompts sur un clari-floculateur en tertiaire

On observe des rendements globalement faibles

en raison du traitement pouss sur la filire

amont.

RAPPEL DU PRINCIPE DU TRAITEMENT PHYSICO-CHIMIQUE

Le traitement physico-chimique est effectu par la

mise en place dun dcanteur de type lamellaire

associ lintroduction de ractifs chimiques

couramment utiliss. Cet abattement physico-

chimique met en jeu trois mcanismes dont deux

essentiels :

La prcipitation des fractions particulaire et

collodale aprs neutralisation des particules

par lajout dun coagulant.

La prcipitation des ortho-phosphates (forme

soluble) par lajout dun sel mtallique.

On observe aussi ladsorption de quelques

composs solubles (matire organique) dont

labattement est relativement ngligeable.

En traitement tertiaire, llimination est plus

dlicate en raison des faibles concentrations

lentre de louvrage en particulier pour

labattement des fines.

ROLE DES REACTIFS PHYSICO-CHIMIQUES : ETAPES DITES DE COAGULATION PUIS DE FLOCULATION

COAGULATION :

Le but de la coagulation est de neutraliser les

charges lectriques des particules collodales afin

de favoriser la formation d'un agglomrat. Ces

particules sont en suspension dynamique dans

leau et le coagulant inject dstabilise les

particules en limitant les forces stabilisatrices des

collodes : la charge superficielle des collodes

(charge ngative) est neutralise par lapport dun

cation (le coagulant), des sels mtalliques sont

gnralement utiliss pour leur forte charge

cationique. Les particules vont alors pouvoir

sapprocher les unes des autres et se lier

convenablement lors dventuels phnomnes de

contact. Cette raction ncessite un brassage

rapide pour faciliter ce contact.

Les ractifs utiliss sont des sels mtalliques (fer

ou aluminium) qui permettent galement la

prcipitation des orthophosphates.

A titre dexemple, la raction du chlorure ferrique

avec les ortho-phosphates est la suivante :

Formation dun prcipit appel phosphate de fer

Une raction parasite a galement lieu en

parallle avec leau avec la formation d'un

hydroxyde de fer :

Cette seconde raction ncessite de travailler avec

des excs de sels mtalliques par rapport la

stchiomtrie pour atteindre le degr dpuration

(ou rendement) souhait. Ces excs sexpliquent

par la comptition entre la raction de

prcipitation des phosphates et celle des

hydroxydes.

La quantit de fer inject est donc toujours

utilise pour la prcipitation simultane des

FePO4 Fe3+ + PO4

3-

FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3 HCl

Formation dun prcipit appel hydroxyde de fer



14

phosphates et des hydroxydes qui saccompagne

dune baisse du pH et dune augmentation de la

conductivit.

FLOCULATION :

La floculation reprsente ltape o les particules

dstabilises sont rassembles en agrgats

(flocs). Cette raction est ralise par lapport de

floculants en raison de leur trs haut poids

molculaire et de leur charge ionique qui permet

de rassembler les particules dstabilises.

La floculation est gnralement ralise en 2

temps :

Injection du floculant : un brassage rapide

permet une bonne rpartition.

Maturation du floc : un brassage plus lent

permet la formation et le rassemblement du

floc.

Remarque : un dcalage dans le temps de 1 3

minutes entre les injections de coagulant et de

floculant est souhaitable pour permettre une

meilleure efficacit.

QUANTITES A INJECTER :

La quantit de fer apporter est principalement

dicte par les rendements dlimination souhaits

en P-PO43- - et en pollution particulaire.

La bibliographie valide par des exprimentations

sur site prconise des ratios molaires sels

mtalliques/phosphore initial (Fe/P) diffrents

pour atteindre un mme rendement suivant la

concentration en orthophosphates au point

dinjection, do des diffrences de dosage selon

le type de traitement retenu : primaire ou

tertiaire.

Le tableau 6 suivant montre bien que la

concentration initiale en orthophosphate est un

facteur important pour lobtention dun rendement

dlimination donn. Ainsi, pour un mme

rendement dlimination, le ratio Fe/P initial sera

plus faible pour des eaux concentres que pour

des eaux peu charges (cf. fiche n3 - Calcul de la

dose de coagulant apporter et fiche n4 -

Vrification du taux de traitement).

Pour un rendement en P de 90 %

Concentration en P-PO43- en mg/L 2 - 5 5 - 10 15

Ratio molaire Fe/P prconis 3,5 2,5 1,5

Tableau 6 Ratio molaire Fe/P appliqu utilis en fonction de [P-PO43-] pour un mme rendement de 90%

En rsum, pour atteindre un abattement en PT

de l'ordre de 80%, on retiendra en premire

approche :

En traitement primaire ou traitement

secondaire, pour une concentration en P de

lordre de 12 15 mg/L, un ratio molaire

Fe / P appliqu de lordre de 1,5 2 pour une

prcipitation physico-chimique seule et un

ratio molaire Fe / P appliqu de lordre de 1,2

1,5 pour une dphosphatation combine

(physico-chimique et biologique).

Par contre, en traitement tertiaire, pour des

concentrations en P-PO43- en entre douvrage

plus faibles, souvent infrieures 5 mg/L, un

ratio Fe / P initial de lordre 2,5 3.

Ces diffrents ratios seront ensuite ajusts

rgulirement en fonction de la concentration en

P-PO43- obtenue en sortie douvrage. Des ratios

levs auront des consquences importantes sur

la production de boues physico-chimiques, sur la

consommation suprieure de TAC pouvant

entraner une baisse du pH , sur des risques de

corrosion et sur les cots dexploitation.



15

PRESENTATION DES PRINCIPAUX SYSTEMES COMMERCIALISES EN FRANCE

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES CLARI-

FLOCULATEURS :

Ils sont caractriss par un dcanteur lamellaire

prcd dune tape de coagulation-floculation

optimise.

Le procd fonctionne en trois tapes :

Coagulation avec apport de sels mtalliques.

Floculation ralise en deux temps : injection

du floculant associe un brassage rapide

puis maturation du floc associe un

brassage plus lent, soit la prsence de deux

zones plus ou moins distinctes en srie.

Dcantation par sdimentation du floc au sein

dun dcanteur lamellaire. Cette dcantation

est optimise par des techniques diffrentes

suivant le procd.

Nom commercial des procds existants en France et leur constructeur :

Densadeg

Degrmont

Delreb

Streau

Actiflo

OTV - Volia

Particularits :

Procd Densadeg / Delreb

La floculation est optimise par une recirculation

des boues prleves en fond de dcanteur

lamellaire qui sont rinjectes dans ou en amont du

floculateur.

Cette recirculation permet une amlioration de la

capture des MES (dites fines), une meilleure

floculation, un lestage du floc par formation du

nouveau floc autour du floc recircul et une

optimisation de la quantit de ractifs utiliss.

Les boues extraites sont suffisamment concentres

pour tre envoyes directement vers la filire

dshydratation.

Procd Actiflo

La floculation et plus particulirement sa

sdimentation est optimise par lapport de

micro-sable dans le floculateur. Celui-ci, avec

laide des ractifs utiliss, joue le rle de noyau

pour le floc qui sera ainsi fortement lest du fait

de la densit leve du sable.

Les boues sableuses dcantes sont diriges

vers un hydrocyclone qui spare le sable (pour

sa recirculation) des boues extraites.

La faible concentration des boues impose

gnralement leur passage par un paississeur

avant la filire de dshydratation.

Dcanteur quip de lamelles Hexagonales nid dabeille

Tableau 7 Particularit des trois principaux procds existants en France



16

Schmas de principe des trois procds

Densadeg Delreb Actiflo

Points dinjection :

- FeCl3 : apport soit dans la canalisation dalimentation soit en tte du bassin de coagulation,

- Floculant : apport sous lhlice du floculateur dans certains cas, une seconde injection est prvue au niveau de la canalisation de la recirculation des boues,

- Boues sont recircules en sortie de coagulation ou dans le bassin de floculation

- FeCl3 : apport dans la canalisation dalimentation ou en surface du bassin de coagulation,

- Floculant : apport en tte de la cuve dinjection ou de la cuve de maturation,

- Sable : il est rintroduit en tte de la cuve dinjection

tulipe

Dcanteur paississeur Racteur

piston Racteur agit

Extraction boues

Reprise des eaux par goulottes

Eau brute aprs

injection coagulant

Recirculation de boues

Racleur + herse

Reprise

des

flottants

floculateur

Mlange rapide

(coagulation)

Eau brute

racleur

Extraction

des boues Recirculation des boues

Reprise des eaux par

goulottes

M

racleur

Eau

brute

reprise des eaux traites par goulottes

Boues sableuses

coagulation injection maturation

hydrocyclone

sable

boues



17

Certains points de conception ne seront pas

abords dans ce document afin de respecter la

confidentialit des donnes spcifiques aux

constructeurs.

Autres particularits de certains de ces systmes :

En surface de certains racteurs, une cope

manuelle (ou automatique) est installe pour

l'limination des flottants au niveau de la zone

dadmission des boues.

En fond de dcanteur lamellaire, on note la

prsence continue dun lit de boue avec en

partie suprieure de la fosse une zone de

concentration des boues plus faible pour leur

recirculation en tte du procd et en partie

infrieure une zone pour leur paississement

avant extraction.

Lpaississement est favoris par la prsence

dune herse fixe sur le racleur.

Photo : Blocs lamellaires vue de dessus (ouvrage vide) Photo : Dcanteur lamellaire en fonctionnement vue de dessus

En conclusion, l'exception des rendements

souhaits, les arguments mis en avant par les

constructeurs pour la mise en place de ces

procds sont gnralement les suivants :

Ouvrage compact, de faible emprise au sol et

donc facile couvrir (intgration paysagre,

traitement des odeurs).

Procd physico-chimique sadaptant aux

variations de charge qui permet des ouvrages

en traitement mixte (tertiaire / pluvial), ce qui

vite des ouvrages spcifiques au temps de

pluie.

Etage modulaire permettant un

agrandissement futur de linstallation de

traitement.

Procd permettant une scurit vis vis du

milieu rcepteur en cas de ncessit de by-

pass temporaire du traitement biologique (lors

des rhabilitations dinstallation par exemple)

ou lors de problmes de dysfonctionnement

biologiques (bulking : bactries

filamenteuses).

Dphosphatation laval du traitement

Biologique qui vite les risques de

dsquilibre nutritionnel par abattement trop

pouss du phosphore en primaire.

Dmarrage immdiat du traitement.

Gain de performance de la dsinfection par

UV situe laval lorsquelle est demande.

LES POSSIBILITES DINSERTION DANS LA FILIERE DE TRAITEMENT DES EAUX.

Ces procds peuvent sintgrer diffrents

niveaux dans la filire de traitement des eaux

uses :



18

EN TRAITEMENT PRIMAIRE

Installs aprs les prtraitements pousss en

raison du bloc lamellaire (dgrillage, dessablage

et dshuilage), ils fonctionnent en traitement

primaire et permettent de soulager ltage

biologique aval par un abattement de la pollution

organique (MES et fraction collodale) et des

orthophosphates (fraction soluble).

On peut noter que dans certains cas, les

prtraitements peuvent tre entirement intgrs

au procd comme par exemple pour le

Densadeg "4D".

EN TRAITEMENT TERTIAIRE

Ils sont installs en aval dun traitement

secondaire biologique (boue active + clarificateur

ou biofiltres).

Leur implantation en tertiaire a deux objectifs

principaux :

Raliser une dphosphatation physico-

chimique par abattement du phosphore

rsiduel dissous en sortie du traitement

biologique dans les cas o des rejets trs

faibles en P sont demands,

Affiner le traitement biologique amont par

rtention des MES (et donc de la fraction

particulaire des autres pollutions) prsentes

en sortie du clarificateur.

Dans certains cas, les niveaux de rejet en PT

demands sont dj atteints lentre de

louvrage tertiaire. Sur ces sites, le traitement

tertiaire par temps sec devra tre mis larrt

avec un fonctionnement en traversier :

- Pour lActiflo : un fonctionnement sans ractif

ni recirculation ou avec ractifs et une

recirculation occasionnelle pour permettre

lvacuation des boues stockes.

- Pour le Densadeg : un fonctionnement sans

ractif mais avec recirculation des boues.

Le by-pass total de ltage peut tre envisag

pour une priode importante dans le cas par

exemple dinstallations rcentes sous charges.

EN TRAITEMENT MIXTE :

TRAITEMENT PRIMAIRE EN TEMPS DE PLUIE ET

TERTIAIRE EN TEMPS SEC

Diffrentes configurations existent pour cette

implantation en traitement mixte. Par temps de

pluie, le traitement des eaux peut tre ralis sur

un clari-floculateur destin un traitement

tertiaire par temps sec. Celui-ci peut alors traiter

la totalit des eaux brutes prtraites, seulement

le volume en provenance de la file orage ou le

mlange des eaux en provenance de la filire de

traitement biologique et de la file orage.

Traitementbiologique

Clarificateur

Clarifloculateur


Clarificateur

Clarifloculateur


Clarificateur

Clarifloculateur

Rejet RejetRejet

Ou

Temps sec Episode pluvieux

Figure 1 Diffrentes configurations dimplantation en traitement mixte



19

Remarque : Gestion des ouvrages mixtes

tertiaire / pluvial

Le fonctionnement des clarificateurs en traitement

mixte, tertiaire et pluvial, peut induire des

contraintes de gestion et dexploitation plus

importantes.

Les prconisations des constructeurs pour ce type

de fonctionnement sont souvent abandonnes sur

les sites visits en raison de laccroissement des

contraintes dexploitation :

Le changement de floculant suivant la priode

(temps sec / temps de pluie) nest pas

ralis : un seul floculant anionique adapt

des caractristiques moyennes des eaux

traiter est utilis.

De plus, la priode dattente, de lordre de 30

minutes, pour la prparation dun nouveau

floculant plus adapt au temps de pluie ne

milite pas pour lutilisation de floculant

spcifique.

Aprs de vritables pisodes pluvieux, le floc est

dstabilis par lessivage (flocs plus petits, pertes

importantes de fines). Le retour un

fonctionnement stable nest pas instantan et un

rejet dgrad est observ durant quelques heures

(perte de fines).

Enfin, le dmarrage rapide du procd semble

galement tre difficile : la cration de flocs

suffisamment importants est le facteur limitant du

procd Densadeg, lActiflo pouvant peut-tre

mieux convenir un fonctionnement discontinu

par lapport de micro-sable qui joue le rle de

support immdiatement utilisable et facilite ainsi

la cration de flocs fortement lests.

EN TRAITEMENT SPECIFIQUE

Louvrage peut galement tre ddi un

traitement spcifique au sein de la filire, comme

par exemple le traitement des eaux de lavage de

biofiltres nitrifiants.

AUTRES SYSTEMES POUVANT REMPLACER LE

CLARI-FLOCULATEUR EN TRAITEMENT TERTIAIRE

En traitement tertiaire, en aval des boues

actives, ces clari-floculateurs peuvent tre

remplacs par un ouvrage ayant un rle unique

de filtration (abattement prioritaire du

particulaire). Dans cette option, le rle de scurit

vis vis du milieu naturel est privilgi

labattement du phosphore.

Deux filires sont actuellement disponibles pour

cette configuration :

La mise en place de membranes en

remplacement du clarificateur. Dans ce cas,

leffluent rejet ne contient pas de MES et

donc aucune forme de phosphore particulaire.

Seul le phosphore sous forme dissoute est

rejet une concentration pouvant tre trs

faible si la filire amont est quipe dune

dphosphatation (0,2 0,3 mg de P/L est

envisageable). Dans le cas dune

dphosphatation physico-chimique amont,

une surveillance accrue du procd devra tre

effectue pour viter les risques de

colmatage.

La mise en place dune filtration sur sable

laval dune clarification secondaire. Cette

filire permet une bonne rtention des MES

(avec un rejet de lordre de 7 8 mg MES/L)

et donc un rejet en PT faible et infrieur 0,8

mg/L. Par contre, cette filire ncessite , pour

une mme gamme de dbit, une surface plus

leve.

LES PARAMETRES DE DIMENSIONNEMENT

RAPPELS DES BASES DE DIMENSIONNEMENT

PROPOSEES PAR LES CONSTRUCTEURS

Dans la suite de ce document, seulement deux

technologies sont prsentes en raison dun

nombre dinstallations quipes significatif : les

procds Densadeg et Actiflo. Le procd

Delreb tant encore peu commercialis et les

donnes disponibles insuffisantes, ses

performances pourront tre approches de celles

du procd Densadeg dont le principe de

fonctionnement est relativement proche.

Aspects Hydrauliques

Les donnes de dimensionnement des

constructeurs sont annonces par rapport au

dbit de pointe horaire, paramtre retenu lors du

dimensionnement de ce type d'ouvrage.

fndae35_a

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