Traitement des eaux usées - Réactifs utilisés en décantation physico-chimique. Harmonisation et normalisation des protocoles de comparaison des coagulants minéraux

Parmi les procédés de traitement intégrés au sein des filières de traitement, la décantation physico-chimique lamellaire apparaît comme une étape clé de traitement qui nécessite de grandes quantités de réactifs. 

« Ce procédé de séparation solide-liquide est utilisé pour retirer les particules en suspension et les ions ortho-phosphates des effluents, explique Sam Azimi, Directeur adjoint de l’Innovation au SIAAP (Service Public de l’Assainissement Francilien). Une injection de réactifs, combinaison de sels métalliques et de polymères, favorise la coagulation et la floculation des particules et de ce fait, permet d’augmenter les vitesses de passage des effluents comparativement à une décantation classique. Pour traiter les effluents arrivant sur ses usines, le SIAAP a recours à près de 50 000 tonnes de coagulant chaque année, principalement sous forme de chlorure ferrique. « Cela représente près de 40 % de la quantité totale de réactif achetée et un montant avoisinant les 7 millions d’euros annuel, confirme Sam Azimi. C’est pourquoi nous avons engagé depuis plusieurs années maintenant des actions de recherche pour aider nos opérateurs à réduire les quantités injectées, mais également pour rechercher des réactifs de substitution, tout aussi adaptés et présentant un coût environnemental moindre ».

Les champs d’investigation sont larges et les compétences requises sont nombreuses pour lever les verrous techniques et scientifiques qui se présentent et atteindre ces objectifs d’optimisation. « Depuis 2012, de nombreuses actions de recherche ont été engagées au sein de notre direction, explique Vincent Rocher, Directeur Innovation du SIAAP. Des actions portant sur la recherche de réactifs de substitution complètent la construction de modèles de prédiction et l’étude de modes de régulation. Je prends pour exemple nos travaux expérimentaux menés depuis l’échelle laboratoire jusqu’aux essais industriels, qui nous ont d’ores et déjà permis de déployer l’alufer, mélange de chlorure ferrique et de chlorure d’aluminium, sur nos usines de Colombes ou Marne Aval, et cela en lieu et place du chlorure ferrique ».

Cependant, si la comparaison des performances de décantation et de piégeage du phosphore de différents réactifs apparaît comme une expérimentation simple à mettre en œuvre, il est essentiel de disposer d’outils et de protocoles de comparaison adaptés. « Les réactifs de coagulation ont des puretés différentes et les cations métalliques qui les composent ont des masses molaires différentes, donc la comparaison de quantités équivalentes de réactifs en volume ou en masse peut mener à des écarts importants en termes de quantité de principe actif », explique Romain Mailler, Responsable du service Mécanismes Epuratoires au sein de la Direction Innovation. Les pratiques d’étude en laboratoire et les indicateurs utilisés par la communauté technique ne sont pas normalisés, ce qui peut conduire à de mauvaises interprétations lors de la comparaison des performances de différents coagulants minéraux. Cela a également pour conséquence une optimisation incomplète de l’injection de réactifs et donc une variabilité non négligeable des performances constatées à l’échelle industrielle ». 

C’est dans cet objectif qu’en partenariat avec Philippe Sauvignet, Industrialisation Manager au sein de l’unité Business Support and Performance chez Veolia SA, la Direction Innovation du SIAAP a mené un travail pour proposer des bonnes pratiques en matière de comparaison de coagulants minéraux utilisés en décantation. « Outre l’application de protocoles améliorés et validés de Jar-test, étape essentielle de définition des doses optimales en coagulant, le travail s’est appuyé sur le protocole VICAS (vitesse de chute en assainissement) de détermination des classes de vitesses de chute des particules », explique Romain Mailler. Ce protocole, développé par les hydrologues du domaine de l’assainissement pour être appliqué aux matières en suspension a été adapté aux effluents urbains dans les années 2000 par les équipes du laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains de l’Université Paris-Est Créteil. « Il a fallu tout d’abord adapter ce protocole pour être capable d’évaluer la sédimentation des flocs formés lors de la coagulation-floculation. Suite à quoi, l’application de taux de traitement normalisés et équivalents en cation de différents coagulants commerciaux a permis de démontrer qu’ils avaient une efficacité comparable en ce qui concerne la décantation et le piégeage du phosphore », décrit Romain Mailler.

« Cette harmonisation des pratiques et l’élaboration de méthodes normalisées permet de comparer, de manière objective, les performances des différents coagulants minéraux disponibles sur le marché, comparaison qui a complété ce travail collaboratif dont les résultats ont récemment été synthétisés dans la revue Environmental Technology[1] », conclut Vincent Rocher, Directeur Innovation au SIAAP.