flottation par microbulles (FAD ou DAF)

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C’est la flottation normalement utilisée en traitement des eaux. En effet, elle est bien adaptée au traitement de flocs souvent fragiles et de densité relativement faible car constitués d’hydroxyde et/ou de produits orga­niques. Les différentes technologies des flottateurs degremont® seront décrites à la section les "flottateurs".

production des microbulles par pressurisation en FAD

La pressurisation constitue la technique de production de microbulles la plus répandue.

  • L’eau est mise en contact avec le gaz (air, azote ou gaz naturel) sous une pression de quelques bar dans un ballon dit ballon de pressurisation ou une pompe spécialement développé par SUEZ (Poseïpump) pour la dissolution de gaz dans l’eau sans ballon de pressurisation. Le gaz se dissout (suivant la loi de Henry) et la courbe de la figure 34 indique par exemple la concentration en air d’une eau saturée à 20 °C pour différentes pressions.
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Figure 34. Solubilité de l'air dans l'eau à 20 °C
  • On utilise comme liquide à pressuriser soit tout ou partie du débit d’eau brute (pressurisation directe), soit une fraction de l’eau traitée recyclée (pressurisation indirecte) (figure 35).
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Figure 35. Les différents types de flottation à gaz dissous
  • Dans le traitement de clarification d’eau de surface ou d’ ERI, la pressurisation est indirecte ; le débit d’eau pressurisée représente 5 à 50 % du débit à traiter avec des pressions de l’ordre de 4 à 6 bar. En pra­tique, on réalise une dissolution de gaz à un taux d’environ 70 à 95 % de la saturation à la pression considé­rée et la consommation en gaz comprimé varie beaucoup d’une application à l’autre (tableau 11 en fin de §).
  • Dans le cas de l’épaississement de boue (boue d’hydroxyde ou boue activée en excès), la pressurisation se fait de façon directe car on a besoin de beaucoup plus d’air vu la concentration des MES à flotter (2 à 6 g · L–1).
  • Les bulles sont ensuite obtenues par détente de l’eau pressurisée dans un organe spécifique et la figure 36 donne le volume d’air libéré sous forme de microbulles si la saturation et la désaturation sont effectuées à 100 %. La nature de l’organe de détente a une influence déterminante sur la qualité (taille, homogénéité) des bulles produites.
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Figure 36. Air disponible après saturation en air et dépressurisation (en supposant un rendement de pressurisation de 100 %)

On notera que 1 seule bulle de 2 mm de diamètre utilise autant d’air que 106 bulles de 20 μm. En outre, des bulles de cette taille créent une turbulence nuisible au bon mélange de l’eau « blanche » (lait de bulles) avec l’eau floculée (photo 2 – vue d’un jet d’eau blanche : on remarque la quasi absence de grosses bulles).

Remarque 1 : Les ballons à garnissage permettent d’obtenir des rendements de dissolution de plus de 90 %, mais d’une part ils présentent des risques de salissures élevés, d’autre part toute perte de charge en ligne sur le circuit de distribution de l’eau pressurisée provoque un début de détente et les bulles ainsi for­mées « prématurément » conduisent à la formation de grosses bulles dans l’organe déprimogène. Nous ne recommandons donc pas leur usage.

Remarque 2 : Il a également été proposé de réaliser la production de microbulles par électrolyse de l’eau (électroflottation), mais cette technique n’est pratiquement plus utilisée.

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Photo 2. Lait de bulles en FAD

technologie

Les flottateurs FAD comportent tous :

  • une zone de floculation à l’amont ;
  • une zone de mélange des flocs et de l’eau dépressurisée, juste après l’apparition des microbulles ;
  • une chambre de flottation à la surface supérieure de laquelle le gâteau est raclé ou évacué hydraulique­ment (par débordement) ;
  • enfin une zone de récupération de l’eau traitée par sous-verse.

Ces zones parcourues successivement peuvent être agencées de diverses manières décrites à la section les "flottateurs".

On notera que sur des eaux résiduaires, il n’est pas toujours possible de flotter toutes les matières en sus­pension. Inévitablement, une partie de celles-ci, trop lourde, s’accumule à la longue sur le radier de l’appa­reil. Aussi les flottateurs traitant des ERU, des ERI ou des boues sont-ils toujours équipés d’un système d’élimination des boues de fond (radier fortement conique ou racleurs de fond).

domaines d’utilisation de la FAD

Les applications de la FAD dans le domaine du traitement des eaux sont multiples :

  • séparation de matières floculées en clarification d’eau de surface peu agitées (riches en MO, algues et/ou fortement colorées, ) ;
  • séparation et récupération de fibres des eaux de papeterie, ou de matières grasses et protéines en IAA ;
  • séparation d’huiles sur des eaux résiduaires de raffinerie, d’aéroports, de métallurgie ;
  • séparation d’hydroxydes métalliques ou de pigments ;
  • clarification de liqueur de boues activées en lieu et place d’un clarificateur (cas assez rare) ;
  • traitement tertiaire physico-chimique ;
  • épaississement de boues en excès provenant du traitement biologique d’eaux résiduaires ou de traite­ment de clarification d’eau potable (dont les boues de lavage de filtres et biofiltres) : voir traitement des boues liquides.

La vitesse de séparation ou vitesse « descensionnelle » de l’eau adoptée dans les flottateurs varie suivant la nature des suspensions à traiter et également suivant le mode de génération et de distribution des micro­bulles et plus encore de l’hydraulique de la zone de séparation (voir les "flottateurs").

Pour un appareil donné, la vitesse de séparation acceptable (ou le flux massique spécifique en cas d’épais­sissement) et la concentration de la boue flottée sont fortement influencées par la valeur du rapport « quantité de gaz dissous/quantité de matière à flotter » comme déjà vu : plus ce rapport est grand, plus impor­tante est la force ascensionnelle communiquée aux particules et plus la vitesse descensionnelle de l’eau peut être élevée. En outre la densité apparente du gâteau décroît alors que sa concentration en matières sèches croît, ce qui lui permet de mieux « sortir » de l’eau et donc de se drainer.

Les conditions d’application en traitement des eaux des différents procédés de flottation sont résumées dans le tableau 11, avec quelques-unes de leurs caractéristiques.

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Tableau 11. Domaines d'utilisation de la FAD