Traitement des eaux avant utilisation - Matières particulaires

Cet article n’est relatif qu’aux eaux directement impliquées dans les procédés industriels par le biais des moyens dont on dispose pour atteindre les objectifs de qualité exigés lorsque la matière première est l’eau douce naturelle, les eaux de mer ressortant des techniques spécifiques de dessalement. Dans de nombreux cas, on constatera de grandes similitudes avec le traitement des eaux de consommation, qui s’apparente à tout ou partie de celui des eaux industrielles.

Que la ressource soit superficielle (rivière, lac naturel ou artificiel) ou souterraine, l’eau brute qu’elle fournit à l’utilisateur présentera l’ensemble ou partie 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 dites « naturelles » ou MON (notamment les substances humiques responsables de la couleur)…,

  • soit apportés par la pollution : macropolluants d’origine anthropique (matière organique carbonée, azotée et phosphorée, nitrates, phosphates), micropolluants minéraux (métaux lourds, métalloïdes, oxohalogénures) ou organiques (pesticides, hydrocarbures, phénols, détergents, substances per- et polyfluoroalkylées ou PFAS, résidus médicamenteux…) ;

• 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 (virus, protozoaires, 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 : réacteurs de coagulation et de floculation ; décanteurs ; flottateurs ; lits de matériaux granulaires à effet filtrant, adsorbant et/ou neutralisant ; réacteurs d’adsorption, d’oxydation, d’échange d’ions ; procédés membranaires, 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] et [W 5 510].

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 classiquement 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 et organique 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 (la filtration sur membranes est abordée ailleurs [G 1 171]) : 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.

D’autres articles du même groupe d’auteurs décrivent les procédés d’élimination des composés dissous [G 1 171] et les filières de traitement des eaux de process industriels [G 1 172] ainsi que des eaux destinées à la consommation humaine ou eau potable [W 5 510]. L’ensemble de ces 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, désinfection, 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 par exemple pour la flottation (utilisée aussi dans l’industrie minière), 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.

Pour de plus amples renseignements, le lecteur pourra consulter des ouvrages spécialisés cités en « sources bibliographiques ». Le lecteur trouvera le tableau des « Sigles et notations » en fin d’article.