décantation à contact de boue

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Ce type de décantation applique simultanément les principes de la floculation avec contact de boue (voir floculation avec contact de boue) et de la décantation en piston des particules floculées (voir différents types de décantation). L’eau à traiter, préalablement coa­gulée, est mise en contact avec les boues pré-existantes : l’augmentation très importante de la possibilité de rencontre entre les colloïdes de l’eau et les flocs du lit de boue se traduit par une augmentation spectaculaire des vitesses de floculation et de décantation, d’où le nom de décanteurs accélérés souvent donné aussi aux appareils correspondants. Ce sont des floculateurs-décanteurs puisque la zone de floculation est une partie intégrante et optimisée de l’appareil.

Il est important de souligner que ces décanteurs comportent une zone de concentration de boues isolée (au-dessous ou sur le côté) de la zone de décantation proprement dite : à cette dernière ne correspond donc que la partie rectiligne (BC) de la courbe de Kynch (voir floculation avec contact de boue la partie "Décantation en piston des particules floculées") ; le reste de la courbe de Kynch s’applique ensuite respectivement aux concentrateurs de boues intégrés dans les décanteurs (CD) et aux appareils éventuels d’épaississement (DE).

Comme déjà mentionné dans la floculation avec contact de boue, ces principes peuvent être mis en œuvre suivant deux configura­tions.

décantation à recirculation de boue

Les boues décantées et éventuellement raclées sont réintroduites dans l’eau à traiter de manière à assurer un mélange aussi intime que possible.

Ce recyclage peut être :

  • soit externe : reprise des boues en cours d’épaississement par un pompage étudié pour ne pas détruire le floc (ex. : le Densadeg, voir floculateurs - décanteurs - flottateurs) et réintroduction des boues recyclées à l’entrée du réacteur de floculation ;
  • soit le plus souvent interne (figure 26) ; le retour des boues dans la zone de floculation est provoqué par le même dispositif (hélice, turbine, hydroéjecteur…) que celui qui assure la turbulence nécessaire à la flo­culation (voir exemples dans les floculateurs - décanteurs - flottateurs : Accelator, Circulator, Turbocirculator).
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Figure 26. Principe de base d'un décanteur à recirculation interne des boues

décantation à lit de boue

Dans les appareils fonctionnant suivant ce principe, la floculation et la décantation sont parfaitement inté­grées : le lit de boue étant la zone de floculation et la zone de décantation principale.

L’eau, préalablement coagulée, traverse suivant un flux vertical ascendant les matières floculées en cours de décantation (zone 2 de la figure 27).

Certains appareils de ce type sont constitués d’une juxtaposition de cellules pyramidales inversées, dans le fond desquelles un tuyau introduit l’eau à décanter ; l’hydraulique de ces systèmes ne leur permet pas de fonctionner à une vitesse ascensionnelle (calculée sur la surface totale au sol) très différente de celle des décanteurs statiques.

Au contraire, si l’on distribue uniformément l’eau coagulée sur toute la surface du fond d’un appareil à radier plat, les filets liquides seront parfaitement verticaux et correspondront à des vitesses ascensionnelles identiques en tout point du lit de boues.

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Figure 27. Principe d'un décanteur à lit boue

Ce lit présente alors une certaine cohésion qui le rend apte à supporter des vitesses ascensionnelles supé­rieures à celles qu’accepterait un floc isolé. Cette cohésion explique « l’élasticité » du lit de boue qui, tel un ressort, tend à se contracter sous l’action de la pesanteur (décantation des particules) mais s’étire plus ou moins sous l’action du flux ascensionnel de l’eau. Si la vitesse ascensionnelle est trop élevée, la vitesse de décantation du lit de boue n’est plus suffisante et du floc diffus est entraîné avec l’eau.

La cohésion d’un lit peut être mesurée par la détermination de son coefficient K de cohésion de la boue (voir examen des eaux de consommation et fabrication pour sa mesure). Ce paramètre est donc essentiel pour le dimensionnement d’un décanteur à lit de boue.

La pulsation utilisée dans les appareils Pulsator et leurs dérivés lamellaires (voir floculateurs - décanteurs - flottateurs) est un artifice permettant l’introduction d’une énergie forte provoquant une homogénéisation du lit et une floculation opti­male, suivie d’une période de « repos » (vitesse plus faible) qui permet lit de se recontracter. On notera, dans ce cas, que la vitesse moyenne reste supérieure à la vitesse qui pourrait être maintenue en régime permanent.

combinaison avec la décantation lamellaire

Dans un décanteur à contact de boues (recirculation ou lit de boue) l’utilisation de modules lamellaires dans la zone supérieure d’eau claire permet :

  • à vitesse ascensionnelle égale, d’améliorer la qualité de l’eau décantée en arrêtant le floc résiduel qui tenterait de s’échapper du lit de boue ;
  • à qualité d’eau égale, d’augmenter le débit traité par appareil (ex. : Pulsatube, Densadeg, voir floculateurs - décanteurs - flottateurs).

De même, si l’on introduit des plaques inclinées dans un lit de boues maintenues en suspension, on cons­tate une accélération de la décantation au sein de celui-ci : les boues se déposent sur les faces supérieures des plaques et glissent vers le bas sans être freinées par le flux ascensionnel de l’eau, laquelle passe préfé­rentiellement le long des faces inférieures des plaques (figure 28) ; il se crée ainsi de véritables courants de densité, qui permettent une séparation solide-liquide plus rapide.

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Figure 28. Séparation des courants dans un élément de décantation lamellaire

Ce phénomène peut déjà être observé en laboratoire, en comparant les courbes de Kynch (voir différents types de décantation) obtenues, sur une même boue, dans une éprouvette verticale et une autre inclinée à environ 60° sur l’hori­zontale (figure 29). Une telle combinaison de l’effet du « lit de boue » avec celui de la décantation lamellaire permet de concentrer le lit de boues et d’atteindre des vitesses 2 à 3 fois plus élevées que dans la décanta­tion accélérée traditionnelle à contact de boues. C’est le principe qui est à la base des décanteurs Superpul­sator et Ultrapulsator (voir technologie des floculateurs - décanteurs - flottateurs).

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Figure 29. Courbes de Kynch résultant des deux types de décantation