les flottateurs de clarification

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Tous ces appareils fonctionnent en pressurisation indirecte.

les flottateurs circulaires

SUEZ utilise deux versions de flottateurs circulaires : soit une construction métallique (Flotazur BR) qui est standardisée jusqu’à 8 m de diamètre (figure 29) ; soit une construction en béton (Sediflotazur) qui est standardisée jusqu’à 20 m de diamètre (voir un exemple sur la photo 28).

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Figure 29. Flotazur BR
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Photo 28. Installation de Barranca Berreja (Colombie) pour Ecopetrol. Débit : 72 000 m3 · j–1. Flottation d’eaux huileuses. Quatre Sediflotazur Ø 15 m

Ces appareils ont à la fois un raclage de surface et de fond. Suivant les applications, la vitesse varie de 2 à 10 m · h–1 et le % d’eau pressurisée de 15 à 60 %. Le nombre de lamelles de racleur, voire de goulottes, est ajusté en fonction de la quantité de matières à éliminer.

les flottateurs rectangulaires

flotazur P (flottateur conventionnel)

Le Flotazur P (figure 30) est la combinaison d’un floculateur (1) et d’un flottateur (2) de forme rectangu­laire. Il est particulièrement bien adapté au traitement d’eaux peu chargées, conduisant à un floc léger et fragile. La vitesse de séparation est de 6 à 12 m · h–1 avec un recyclage d’eau pressurisée variant de 6 à 12 %.

Après un temps de séjour de 15 à 30 min dans un floculateur équipé d’agitateurs lents, l’eau entre directement :

  • soit dans des pots de mélange (3) disposés en parallèle ;
  • soit dans une zone où est disposé un réseau de busettes,

où elle est mise en contact avec l’eau pressurisée (4) détendue. La boue flottée est évacuée à l’extrémité opposée (7) par un pont racleur (5) animé d’un mouvement de va-et-vient permettant d’écumer la portion du bassin où la boue s’épaissit (environ le tiers ou la moitié) sans perturber la zone d’expansion au-dessus des pots de mélange. Suivant la dimension des bassins, le pont est entraîné par un vérin (6) ou un moteur électrique.

Ces appareils sont normalisés jusqu’à 120 m2 de surface et ne sont normalement pas équipés de racleur de fond.

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Figure 30. Flotazur P

les flottateurs rectangulaires à grande vitesse : Aquadaf

particularité de la flottation à lit de bulles

L’origine de cette technologie vient du désir d’augmenter les vitesses de séparation au-delà de 10-12 m · h– 1 et par là même de réduire la taille des ouvrages.

En travaillant l’hydraulique des flottateurs conventionnels (circulation théoriquement sur une diagonale du bassin), on a essayé par des moyens divers de « redresser » ces filets fluides, les principales voies de développement étant :

a) la diffusion de l’eau pressurisée sur la totalité de la surface de flottation ;

b) l’utilisation de collecteurs disposés sur le fond, ou d’un plancher perforé, avec pour objectif de collecter l’eau sur la totalité de la surface et non à une extrémité ;

c) l’utilisation de systèmes lamellaires immergés dont le rôle principal était de piéger les bulles, d’assurer leur coalescence, et donc de favoriser leur remontée.

À partir de l’idée b), en améliorant empiriquement la conception du flottateur, on a pu créer un véritable lit de bulles de 1 à 2 m de haut.

Ce « lit de bulles », en fait un matelas à concentration décroissante du haut vers le bas, poursuit la flocu­lation, améliore l’accrochage entre les bulles d’air et le floc et s’avère permettre des fortes vitesses ascen­sionnelles des agrégats bulles-flocs en faisant passer la vitesse ascensionnelle des microbulles de 5 à 30‑40 m · h–1 par coalescence et/ou agglomération. L’utilisation conjointe de l’idée c) permet d’accroître encore un peu ces vitesses.

L’influence de ce lit de bulles est comparable à celle d’un lit de boue dans un appareil du type Pulsator : à l’intérieur, la floculation peut se poursuivre, mais également la séparation solide/liquide peut s’affiner grâce à une concentration de bulles et de flocs plus élevée que dans un réacteur diffus conventionnel, ce qui aug­mente les chances de rencontre. Par ailleurs, les bulles « libres » vont également pouvoir coalescer entre elles.

En conséquence :

  • la forme d’un flottateur à lit de bulles sera différente de celle d’un flottateur conventionnel ; la « longueur » (qui sépare l’entrée d’un appareil de la sortie) sera inférieure à la « largeur » pour que le lit intéresse la totalité du volume de l’appareil ;
  • la durée de la floculation préalable pourra être restreinte à 10-15 min (au lieu de 20-30 min) ;
  • les vitesses utiles seront bien plus élevées : 20 à 40 m · h–1 selon les caractéristiques du floc et la tempé­rature de l’eau ;
  • le déversement par débordement est bien adapté à la forme de la cellule (courte en longueur et assez large). Un « couteau hydraulique » aide à décoller le gâteau des parois, et limite la quantité d’eau déversée avec le gâteau.

La figure 31 donne une idée de la différence d’échelle existant entre un flottateur conventionnel et un flot­tateur Aquadaf. Ce dernier est donc l’appareil de choix pour toutes les eaux de relativement faible turbidité, en particuliers les eaux de surface du type lac (même eutrophe), les eaux colorées, le traitement tertiaire des ERU et de certaines ERI…

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Figure 31. Schéma comparant flottateur conventionnel et flottateur Rictor (Aquadaf)
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Figure 32. Illustration issue de la Note de Commercialisation déjà ancienne (2008) suite à l’introduction du floculateur piston.

le flottateur lamellaire poseidon (figure 33)

Le système Poseidon qui existe en configurations horizontale rectangulaire (modèle PPM) ou circulaire vertical (configuration Saturn permettant des vitesses ascensionnelles jusqu’à 70 m/h) est une amélioration de la flottation lamellaire, qui élimine la tendance à l’encrassement des lamelles. L’eau floculée et mise en contact avec les fines bulles est dirigée vers une zone de pré-séparation. Seuls les flocs résiduels sont dirigés vers la zone lamellaire ce qui élimine l’encrassement et permet des vitesses très élevées.

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Figure 33. Schéma le flottateur lamellaire Poseidon

le flottateur-filtre

Vu que les vitesses dans un flottateur traditionnel et dans un filtre sont les mêmes (5-12 m · h–1), l’idée est venue de mettre à contribution la partie basse du flottateur pour en faire la partie haute d’un filtre (figure 34) : à la place du radier traditionnel, on va disposer un matériau filtrant au-dessus d’un plancher équipé de buselures ; sur la sortie de l’eau filtrée, un organe de régulation (siphon ou vanne papillon) va maintenir le plan d’eau amont constant quel que soit l’état d’encrassement du filtre.

Avec ce type d’appareil, il convient de réaliser des cellules indépendantes qui comprennent « floculateur/ flotatteur/filtre » car pendant le lavage

  • le floculateur ne doit pas être alimenté ;
  • le flotatteur doit être mis en débordement (évacuation des eaux de lavage et au besoin du gâteau).
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Figure 34. Schéma de principe du flottateur-filtre

cas particulier de l’IGF (induced gas flotation)

Ces appareils sont très utilisés dans l’amont pétrolier, pour séparer l’huile de l’eau de production.

En amont pétrolier, on désigne par l’eau de production l’eau extraite du gisement en même temps que le pétrole, et séparée de celui-ci dans une première étape de séparation triphasique.

Les eaux de production contiennent encore des particules d’huile et la technologie établie pour les séparer est l’IGF.

Les IGF sont moins onéreux que les flottateurs à gaz dissous. Les bulles sont créées par des pompes émultrices ou une pompe puis un éjecteur, sans système de détente. Ils sont souvent réalisés sous pression, l’huile s’accumule en partie supérieure de l’appareil et est évacuée par ouverture d’une vanne. Un temps de séjour de 2 à 4 minutes suffit dans la plupart des cas. L’objectif est d’atteindre une concentration de 30 mg/L d’huile, fréquemment jugée suffisante. Le cas échéant, il faut doser un polymère cationique, parfois spécialement formulé.

Ces appareils ne permettent pas d’élimination significative des matières en suspension.

La société SUEZ Oil & Gas Systems réalise ce type d’appareil.