Un nouveau PACS haute basicité pour les eaux faiblement minéralisées

Le WAC HBA® est un polychlorosulfate basique d’aluminium obtenu selon un procédé original mis au point par Atofina. Ce coagulant floculant minéral présente les caractéristiques physico-chimiques décrites dans le tableau 1 et correspond à un produit de type 1 de la norme européenne EN883.

Tableau 1 : Caractéristiques physico-chimiques

Comme le montrent les exemples de cet article, les avantages apportés par le WAC HBA® sont une floculation plus rapide (formation rapide de flocs de plus grosse taille), une meilleure élimination de la couleur et des matières organiques, et un taux de traitement plus faible.

Cas n° 1

Les eaux à traiter proviennent d'un barrage. En temps normal, ces eaux sont peu turbides et les flocs formés avec le PACS 1 utilisé sont légers et décantent difficilement. Nous nommerons PACS 1 le produit concurrent utilisé par le client.

Description de l'installation

• - débit nominal 1 440 m³/h ;
• - une pré-ozonation ;
• - une chambre de floculation avec introduction du coagulant minéral ;
• - un décanteur lamellaire type « nid d'abeilles » ;
• - un décanteur statique ;
• - une batterie de filtres à sable ;
• - une désinfection à l'ozone ;

• une reminéralisation à la chaux et CO₂ ;
• une désinfection finale au Cl₂.

Tests de laboratoire

Ces essais menés en jar-tests ont été réalisés selon la méthode suivante :

• 2 min d'agitation rapide à 160 t/mn ;
• 18 min d'agitation lente à 40 t/mn.

Les mesures de turbidité ont été faites 10 min et 20 min de décantation. Les mesures de couleur ont été réalisées sur l'eau à 20 min de décantation. Enfin les mesures d'aluminium résiduel ont été faites sur l'eau à 30 min de décantation.

Les caractéristiques de l'eau brute sont les suivantes :

• Turbidité : 1,9 NTU
• Couleur : 11 mg/l Pt/Co
• pH : 6,87
• Température : 6 °C
• TH : 2 °F
• TAC : 3,1 °F

Tableau 2 : résultats des essais JAR TEST du cas n°1

Les résultats obtenus (tableau 2) montrent que pour un dosage inférieur de 25 % par rapport à celui du PACS 1 (exprimé en produit commercial), le WAC HBA permet d'obtenir des résultats équivalents en turbidité et élimination de la couleur.

Avec ce même produit, nous avons un taux d'aluminium résiduel (méthode Eriochrome) de – 20 % par rapport au PACS 1 utilisé sur l'installation.

Essai industriel

Cet essai a été réalisé en période froide. Nous avons considéré deux périodes distinctes, une période au PACS 1 utilisé habituellement sur la station, et une période de fonctionnement avec le WAC HBA.

Les caractéristiques de l'eau brute sont les mêmes pour les deux périodes considérées. La seule différence réside dans la valeur de la couleur qui est plus forte pour la période au WAC HBA (tableau 3).

Pour une qualité d'eau brute voisine, le dosage de WAC HBA nécessaire est de 15 % inférieur à celui du PACS 1 avec formation de flocs plus gros qui se forment plus rapidement.

Ce phénomène a une influence sur la qualité de l'eau décantée notamment sur le paramètre turbidité. Le tableau 4 montre qu'à toutes les étapes de traitement, la qualité d'eau est meilleure avec le WAC HBA. Pour le paramètre turbidité les écarts sont compris entre 0 et 40 %. Pour l'élimination des matières organiques ce pourcentage se situe entre 7 et 22 %.

L'écart le plus important est celui de l'aluminium résiduel puisqu'il est de 50 % en faveur du WAC HBA.

Les essais industriels ayant confirmé les résultats de laboratoire, le site est passé en exploitation courante au WAC HBA.

Cas n°2

Cette usine a été entièrement rénovée et modernisée. Un traitement de reminéralisation complexe a été mis en place pour obtenir une meilleure qualité d'eau distribuée. Les eaux à traiter proviennent d'une série de barrages. Ces eaux brutes sont très faiblement minéralisées, ce qui explique le besoin d'un traitement de reminéralisation.

Tableau 3 : caractéristiques de l’eau brute lors de l’essai industriel cas n°1

Le PACS 1, identique au cas n°1, est utilisé depuis la rénovation de la station et a été préconisé par la société qui a effectué les travaux.

Auparavant, le coagulant minéral utilisé était le sulfate d'alumine solide.

Pour des raisons techniques de maintien du lit de boue des décanteurs « Pulsator », un polymère organique est utilisé en tant qu'adjuvant de floculation.

Description de l’installation

• débit nominal : 1540 m³/h ;
• une pré-ozonation ;
• une reminéralisation à la chaux + CO₂ ;
• une installation de charbon actif, ce dernier étant utilisé à certaines périodes ;
• une chambre de floculation où sont introduits le PACS 1 et le polymère ;
• deux décanteurs type « Pulsator » ;
• une adjonction de chaux ;
• deux batteries de 5 filtres à sable ;
• une désinfection à l'ozone ;

Tableau 4 : résultats de l’essai industriel

Tableau 5 : résultats des essais en JAR TEST – cas n°2(WAC HBA vs PACS 1)

• • Dosage optimal (g/m³) : 30 | 40
• • Turbidité à 0 mn (NTU) : 0,83 | 1,06
• • Turbidité à 20 mn (NTU) : 0,68 | 0,85
• • M.O. (UV 254 nm) : 0,035 | 0,042
• • Couleur (mg/l Pt/Co) : 10 | 14
• • Aluminium résiduel (mg/l) : 0,040 | 0,089

• - une destruction de l’ozone résiduel par H₂O₂ ;
• - une batterie de filtres à charbon ;
• - une remise à l’équilibre à la soude ;
• - une chloration finale au Cl₂.

Tests de laboratoire

Ces tests ont été réalisés suivant la méthode décrite dans le cas n°1, sur eau brute reminéralisée. Les caractéristiques sont les suivantes :

• Turbidité : 6,1 NTU
• Couleur : 72 mg/l Pt/Co
• pH : 7,31
• Température : 8 °C
• TH : 11 °F
• TAC : 0,9 °F

Pour un dosage inférieur de 25 % par rapport à celui du PACS 1, le WAC HBA permet d’obtenir (tableau 5) de meilleurs résultats en turbidité (-20 %), en élimination de la couleur (-30 %), en élimination des matières organiques (-17 %) ainsi qu’en aluminium résiduel (-50 % – méthode Eriochrome).

Durant l’essai industriel, le dosage moyen de WAC HBA a été de 15 % plus faible que celui du PACS 1 (tableau 7).

Bien que le dosage de WAC HBA soit plus faible, la qualité d’eau de toute la filière est meilleure sur certains paramètres, comme la turbidité (de 27 à 35 % inférieure suivant l’étape de traitement) ou l’aluminium résiduel plus faible de 20 à 40 %.

Cas n°3

L’eau alimentant la station provient de sources situées sur le relief voisin. Généralement peu turbide, elle peut néanmoins subir, lors des périodes pluviales, d’importantes variations de turbidité et du taux de matières organiques.

Le produit utilisé en coagulation est un autre PACS que sur les sites précédents, que l’on nommera PACS 2.

Description de l’installation

• Débit nominal : 500 m³/h
• Capacité tampon : 2 000 m³
• Chambre de mélange
• Deux décanteurs (couloir et lamellaire en série)
• Filtration sur sable
• Reminéralisation au lait de chaux
• Désinfection au chlore

• - Agitation rapide à 40 trs/mn pendant 1 min 30 s.
• - Agitation lente à 140 trs/mn pendant 13 min 30 s.
• - Arrêt de l’agitation et décantation pendant 15 min.

La turbidité a été déterminée après 1, 5 et 15 min de décantation. Les matières organiques (mesurées par spectrophotométrie UV à 254 nm) et l’aluminium résiduel (mesuré par spectrophotométrie – méthode Eriochrome) ont été analysés après 15 min de décantation. Les tests ont été menés durant le mois de février lors d’une période sèche et froide. Les caractéristiques de l’eau brute étaient les suivantes :

• Turbidité : 4,18 NTU
• Matières organiques (UV 254 nm) : 3,100
• pH : 6,97
• Température : 2 °C
• TH : 4 °F
• TAC : 28 °F

Pour un dosage inférieur de 25 % par rapport au PACS 2 (en produit commercial) le WAC HBA permet d’obtenir des résultats équivalents en terme de turbidité (tableau 8).

En observant l’évolution de la turbidité à 3, 5 et 15 min on constate que les deux coagulants n’ont pas le même comportement. Comparativement au PACS 2, la décantation est plus rapide avec le WAC HBA.

Tableau 6 : caractéristiques de l’eau brute lors de l’essai industriel – cas n°2

La qualité des eaux brutes a été la même pour les deux périodes considérées, excepté un petit écart de 1 °C pour la température de l’eau (tableau 6).

Tableau 7 : résultats de l’essai industriel – cas n°2

Tableau 8 : résultats des essais JAR TEST cas n° 3

Période d’essai du WAC HBA :

• Turbidité : 5,4 NTU
• Matières organiques (UV 254 nm) : 0,51
• pH : 6,9

Tableau 9 : résultats de turbidité de la période de référence du cas n° 3

(Nb val.* : nombre de valeurs – **ED2 : sortie décanteur n° 2)

Tableau 10 : résultats de turbidité de la période de référence du cas n° 3

(Nb val.* : nombre de valeurs – **ED2 : sortie décanteur n° 2)

Tableau 11 : résultats de matières organiques de la période de référence au PACS 2 cas n° 3

(Nb val.* : nombre de valeurs – **ED2 : sortie décanteur n° 2)

Durant 3 mois d’utilisation du WAC HBA, les résultats ont été comparés à ceux obtenus avec le PACS 2 durant la période précédente (2 mois). Les caractéristiques de l’eau brute étant similaires pour les deux périodes, le WAC HBA a été injecté dans la chambre de mélange (en amont du décanteur couleur) en lieu et place du PACS 2.

Le tableau 9 donne, pour le PACS 2, les valeurs moyennes, mini et maxi de la turbidité de l’eau brute, d’eau décantée et d’eau traitée, ainsi que le dosage de coagulant. Le tableau 10 présente les mêmes résultats pour le WAC HBA. Avec un dosage moyen de 44 g/m³ de WAC HBA, la turbidité résiduelle est inférieure (0,38 NTU) à celle obtenue avec 47,6 g/m³ de PACS 2 (0,50 NTU).

Lors de pics de turbidité d’eau brute allant jusqu’à 22 NTU, 40 g/m³ de WAC HBA suffisent pour maintenir une turbidité résiduelle < 0,5 NTU. Le graphique 1 représente la turbidité résiduelle moyenne classée par dosage testé (31 g/m³, 36 g/m³, etc.). Cette comparaison confirme la meilleure efficacité du WAC HBA qui, à dosage identique, permet d’obtenir une turbidité résiduelle environ 35 % inférieure à celle du PACS 2.

Tableau 12 : résultats de matières organiques des essais industriels au WAC HBA cas n° 3

(Nb val.* : nombre de valeurs – **ED2 : sortie décanteur n° 2)

Tableau 13 : élimination comparée des matières organiques pour le PACS 2 et le WAC HBA cas n°3

Élimination des matières organiques

Eau brute / sortie décanteur (ED2) : PACS n°2 57 % — WAC HBA 63 %

Eau brute / eau traitée : PACS n°2 73 % — WAC HBA 83 %

moyens d’aluminium résiduel et de traitement des matières organiques selon le même modèle que les résultats de turbidité.

Le taux moyen d’aluminium résiduel dans l'eau traitée avec le WAC HBA est de 50 µg/l contre 100 µg/l pour le PACS 2 (méthode Eriochrome). Les valeurs maximales constatées étant de 85 µg/l pour le WAC HBA et de 119 µg/l pour le PACS 2.

Ces résultats ont été confirmés par des mesures par absorption atomique.

Lors des tests laboratoire, nous avions constaté que jusqu’à 40 g/m³ (dosage optimum pour le PACS 2) le taux d’élimination des matières organiques était proche pour les deux coagulants. C’était à partir de 40 g/m³ que l’on pouvait constater une différence en faveur du WAC HBA. Industriellement le WAC HBA permet en moyenne l’élimination de 83 % des M.O. (mesure UV à 254 nm), c’est-à-dire 10 % de mieux qu’avec le PACS 2. Comparativement au PACS 2, le WAC HBA présente une plage d’efficacité autour de l’optimum qui facilite la conduite de l’installation et évite les phénomènes de dégradation d’eau traitée liée au sous-dosage et surdosage.

Conclusion

Atofina avait été en 1989 à l’origine du développement des PACS haute basicité qui permettent de limiter les taux d’aluminium résiduel dans l’eau traitée.

Le WAC HB permet de maintenir l’aluminium résiduel en dessous de la valeur réglementaire (200 µg/l) ou à des niveaux exigés par les exploitants (100 µg/l voire 50 µg/l) en minimisant les éventuelles utilisations de réactifs de correction de pH.

Le WAC HBA se situe dans la même lignée que le WAC HB en ce qui concerne l’aluminium résiduel.

Il permet un traitement efficace des eaux faiblement minéralisées (bonne vitesse de décantation, bonnes performances en élimination de la couleur et des matières organiques) et ne présente pas d’effet négatif lié à un éventuel surdosage, ce qui facilite la conduite des installations.

Depuis sa mise sur le marché fin 98, ce nouveau produit a rencontré un très vif succès pour le traitement des eaux faiblement ou moyennement minéralisées auprès de nombreux sites qui l’ont déjà adopté.