décarbonatation et/ou adoucissement

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Les sections élimination de la dureté (calcium et magnésium) et schémas classiques de mise en œuvre décrivent les procédés permettant de corriger les eaux trop incrustantes respectivement par des méthodes de précipitation chimique (décarbonatation) ou d’échange d’ions.

adoucissement par décarbonatation

Lorsque le TH de l’eau est élevé et qu’il s’accompagne d’un TAC important, on peut adoucir l’eau par décarbonatation à la chaux.

Cette décarbonatation peut être faite :

  • de façon « catalytique » par Gyrazur s’il n’est pas nécessaire d’effectuer de clarification conjointe et si la teneur en magnésium est faible ;
  • par décantation dans un Densadeg ou tout autre appareil à recirculation de boues ; le réactif de clarifi­cation à mettre en œuvre est alors le chlorure ferrique ;
  • ou en dissociant les fonctions de clarification et de décarbonatation si des inhibiteurs de décarbonata­tion sont présents de temps à autre (voir plus loin l’exemple de Hanningfield).

Pour les traitements d’EP, on est conduit :

  • soit à ne décarbonater totalement qu’une partie du débit et à la mélanger au reliquat qui éventuellement doit aussi être clarifié ;
  • soit à décarbonater partiellement l’eau en même temps qu’on la clarifie. C’est cette solution qui doit être adoptée lorsque l’on souhaite également éliminer du fer et du manganèse.

Si l’eau brute contient plus de calcium que de bicarbonate (TCa >> TAC), une décarbonatation à la soude est envisageable (variante : chaux + carbonate de sodium).

Pour que l’eau soit agréable à boire, il faudra lui redonner un certain TAC par mélange avec une fraction d’eau non décarbonatée.

Les deux exemples qui suivent illustrent la diversité des filières envisageables sur des eaux de surface.

L’installation de Basse Vigneulles met en œuvre un Densadeg suivi d’une simple filtration sur sable de gra­nulométrie homogène (les MES à la sortie du Densadeg étant toujours très inférieures à 10 mg · L–1).

La station de Hanningfield (230 000 m3·j–1) traite une eau de réservoir qui, outre des concentrations nota­bles en microalgues, matières organiques, pesticides…, présente une dureté trop élevée (24 °F à 42 °F).

Le traitement est conçu suivant la séquence : décantation – décarbonatation (chaux) – filtration – affinage (O3 + CAG).

La décarbonatation était antérieurement pratiquée dans des Accelator. Lors de son extension, c’est le pro­cédé Gyrazur (voir la section le réacteur à masse de contact granualaire Gyrazur) qui a été choisi pour obtenir un adoucissement partiel de l’eau. La figure 47 résume la filière de traitement, qui comprend :

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Figure 47. Schéma du traitement appliqué sur la station de Hanningfield (UK) – Débit : 230 000 m3 · j–1
  • une préozonation (0,5 à 2 g · m–3) ;
  • l’injection d’un coagulant (5 à 22 g FeCℓ3 · m–3) et d’un floculant (0,05 à 0,2 g polymère · m–3) ;
  • décantation dans trois Pulsator de 1 118 m2 de surface unitaire ; en particulier, les substances organi­ques potentiellement inhibitrices de la décarbonatation sont éliminées ;
  • injection de chaux (80 à 130 g · m–3) ;
  • décarbonatation « catalytique » dans huit Gyrazur (photo 26 de la section le réacteur à masse de contact granualaire Gyrazur) ;
  • injection de H2SO4 (0 à 20 g · m–3) pour neutraliser l’alcalinité libre résiduelle ;
  • filtration (seize filtres bicouches et huit Aquazur V) ;
  • oxydation par procédé Perozone (0 à 1 g H2O2 · m–3 et 2 à 4 g O3·m–3) ;
  • filtration sur CAG (douze Carbazur GH) ;
  • injection de chlore (sous forme de chloramine) et de H3PO4 (pour limiter la dissolution du plomb en dis­tribution).

Sur les eaux souterraines, les solutions seront également adaptées à chaque cas, par exemple :

  • à l’Isle-Adam, un Densadeg fonctionnant en décarbonatation a été construit en amont d’une déferrisa­tion biologique sous pression existante ;
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Photo 27. Usine de décarbonatation de Cassan – Région de l’Isle-Adam (95) – Débit : 350 m3· h–1 extensible à 500 m3· h–1
  • photo à Villeneuve-la-Garenne, la station comprenait déjà une nitrification suivie d'une filtration sur sable. Elle a été ensuite rénovée en ajoutant un adoucissement partiel de l’eau filtrée en Gyrazur, après introduction de lait de chaux, et en terminant le traitement par adjonction d’une faible dose de FeCℓ3, filtration bicou­che, rectification du pH par H2SO4, ozonation et chloration finale pour protéger le réseau ;
  • à Ratigen (Allemagne), au contraire (voir la section élimination du fer figure 27), le Gyrazur est placé en tête pour y réa­liser une déferrisation et une démanganisation couplées à une décarbonatation partielle ; l’eau est ensuite aérée, puis clarifiée et nitrifiée sur des filtres bicouches.

adoucissement sur résine

Il est indispensable de se référer à la réglementation du pays considéré pour vérifier quelles résines sont utilisables à cet effet.

Les résines cationiques échangent leurs ions Na+ contre les ions Ca2+ et Mg2+ de l’eau. Les anions ne sont pas modifiés.

L’eau ainsi obtenue a un TH nul : elle est corrosive et n’est pas agréable à boire ; il est nécessaire de main­tenir un certain TH résiduel (8 à 15 °F) en n’adoucissant qu’une partie du débit qui est ensuite mélangée au débit restant.

L’intérêt de ce type d’adoucissement est qu’il ne conduit pas à la production de déchets solides et qu’il peut être effectué sous pression.

Les résines carboxyliques permettent de fixer les ions calcium liés aux bicarbonates ; l’eau produite est acide car les bicarbonates sont transformés en CO2 ; il faut donc compléter le traitement par une élimination du CO2 par stripage, puis par une neutralisation finale à la soude.

électrodécarbonatation

Lorsque l’on ne recherche qu’un abaissement faible du calcium, on peut également réaliser une précipita­tion par génération d’ions OH à la surface d’une électrode au cours de l’électrolyse de l’eau. Il s’agit de l’électrodécarbonatation, elle est généralement faite en ligne.