Traitement des eaux avant utilisation. Matières particulaires

Le traitement des eaux de chaudières et de refroidissement faisant l’objet d’un autre article, celui-ci et les deux suivants , [G 1 172] ne sont relatifs qu’à celui des eaux directement impliquées dans les procédés industriels (et éventuellement des eaux des services généraux lorsqu’elles sont préparées à l’usine) ; les divers critères de qualité exigés pour les eaux de procédé étant détaillés par ailleurs, il s’agit maintenant de voir les moyens dont on dispose pour atteindre ces objectifs, lorsque la matière première est l’eau naturelle (les techniques de recyclage et de réutilisation sont passées en revue dans un autre article ). Seules les eaux douces sont prises en considération, les eaux de mer ressortant des techniques spécifiques de dessalement par distillation ou osmose inverse.

Que la ressource soit superficielle (rivière, lac naturel ou artificiel) ou souterraine, l’eau brute qu’elle fournit à l’utilisateur présentera dans le cas le plus général l’ensemble des caractéristiques défavorables suivantes :

• critères organoleptiques : turbidité, couleur, goût, odeur ;

• critères chimiques, correspondant à des constituants :

  • soit naturellement présents dans l’eau : sels minéraux (exemple : dureté, sulfates, chlorures…), fer, manganèse, ammonium, fluorures, arsenic, matières organiques (notamment les substances humiques responsables de la couleur)…,

  • soit apportés par la pollution : micropolluants minéraux (métaux lourds, nitrates) ou organiques (pesticides, hydrocarbures, phénols, détergents…) ;

• critères biologiques : il s’agit surtout des germes pathogènes apportés par la pollution fécale, mais aussi des organismes dont l’eau est l’habitat naturel (microalgues planctoniques ou phytoplancton, micro-invertébrés ou zooplancton, bactéries de l’environnement).

Pour éliminer ou corriger tous ces paramètres défavorables, le traiteur d’eau dispose d’un certain nombre d’outils qui doivent d’abord être passés en revue : décanteurs ; flottateurs ; lits de matériaux granulaires à effet filtrant, adsorbant et/ou neutralisant ; réacteurs de floculation ou d’oxydation ; échangeurs d’ions ; membranes, etc. Ces outils seront combinés dans des filières plus ou moins complexes, suivant l’industrie considérée et l’usage de l’eau [G 1 172].

Le présent article décrit les traitements d’élimination de tous les constituants insolubles (on dit aussi « particulaires ») contenus dans les eaux superficielles et certaines eaux souterraines directement influencées à partir de la surface du sol : matières en suspension inertes (microsable ; limons ; colloïdes : argiles, formes précipitées de divers métaux, matières organiques floculées, etc.) ou organismes vivants (phyto- et zooplancton, plus une fraction significative des bactéries et des virus).

L’ensemble de ces traitements est généralement désigné sous le nom de clarification, car leur objectif est avant tout d’obtenir une eau claire ; toutefois, ils permettent souvent d’éliminer aussi une proportion notable de quelques substances dissoutes, par exemple : macromolécules organiques (en particulier celles qui constituent la couleur réelle de l’eau), certains métaux lourds.

Après un prétraitement approprié, destiné à éliminer les matières insolubles les plus grossières, un traitement de clarification, dans sa version la plus complète, est constitué de quatre phases successives : coagulation, floculation, décantation ou flottation, filtration.

L’article passe en revue ces différentes phases :

• réactifs et technologie de la coagulation et de la floculation (en y incluant les conséquences éventuelles de l’emploi de certains coagulants sur la composition minérale de l’eau) ;

• principes et appareils des différentes méthodes de décantation : statique, à contact de boues (lit de boues ou recirculation de boues), à floc lesté, lamellaire (ce dernier type de décantation pouvant être combiné avec chacune des autres techniques) ;

• examen de la flottation, qui constitue une variante intéressante à la décantation pour clarifier les eaux peu chargées en matières en suspension, mais colorées et/ou riches en microalgues planctoniques ;

• les différents modes de la filtration classique (un paragraphe spécifique sera consacré à la filtration sur membranes ) : en profondeur sur milieu granulaire (à sable ou multicouche) ou en surface sur support (filtres à cartouches, à bougies ou à précouche) ; la filtration sur sable est particulièrement développée dans ce chapitre, du fait de la variété de ses appareils (technologie, mode de lavage…) et de l’importance de ses applications.

Après avoir complété le présent article par l’examen des traitements d’élimination ou de correction des composés dissous , le dernier article [G 1 172] sera consacré aux filières de traitement et à leur mise en œuvre dans quelques industries majeures.

L’ensemble de ces trois articles montre que, dans son métier, le traiteur d’eau dispose de toutes les applications du génie chimique : neutralisation, oxydation, précipitation, adsorption, séparation solide-liquide, séparation gaz-liquide, etc. Les technologies appliquées pour leur mise en œuvre seront souvent familières aux industriels, car il existe de nombreuses similitudes entre les appareils utilisés en traitement des eaux et ceux que l’on peut trouver dans divers procédés industriels ; parfois, d’ailleurs, il s’agira d’un véritable transfert de technologie entre les deux domaines, comme ce fut le cas pour la flottation par exemple [1] ou [A 5 350], d’abord utilisée dans l’industrie minière qui, du reste, est l’un des secteurs où l’on trouve le plus grand nombre d’appareils également appliqués en traitement des eaux et des boues : décanteurs épaississeurs, hydrocyclones, centrifugeuses, filtres divers (à sable ; à bande ; sous vide ; filtres-presses), etc. D’autres techniques seront également communes à l’eau et à l’industrie, comme l’échange d’ions ou les membranes (hydrométallurgie ; industries agroalimentaires), l’ozone (papeterie), etc., certaines d’entre elles ayant leur origine dans le traitement des eaux.

Les techniques de préparation des eaux industrielles vont maintenant être passées en revue ; pour de plus amples renseignements, le lecteur pourra consulter des ouvrages spécialisés [2] [3] [4] [5] [6]. Dans de nombreux cas, on constatera de grandes similitudes avec le traitement des eaux de consommation [2] [7] [8] ou , qui s’apparente à tout ou partie de celui des eaux industrielles.

Le lecteur trouvera le tableau des « Sigles et notations » en page 5.