Maîtrise de la séparation lamellaire (3eme partie) expérimentations et performances

3e PARTIE

L’extension des débits en décantation : un problème résolu par le D.L.M. « SERPAC » ; deux exemples industriels :

© en huilerie végétale : L’HUILERIE SODEPALM à BOUBO (Côte-d’Ivoire)

© en industrie textile : LA BLANCHISSERIE de PONT-DE-NIEPPE (Nord)

par P. DECREME, Ingénieur, Chef Région-Afrique ERPAC ;

G. BAILLEUL, Ingénieur, Adjoint-Chef Région-Nord ERPAC ;

M. MAES, Ingénieur-Conseil en Assainissement.

Dans un premier article publié dans cette revue (1) nous avons eu l’occasion de présenter l’analyse comparative des différents modes de conception modulaire de la décantation en lames minces (D.L.M.) : D.L.M. à co-courant, à contre-courant, à courants croisés. C’est ce troisième mode qu’a adopté ERPAC, et qui est présenté sous ses diverses réalisations « SERPAC ».

(1) « EAU ET L’INDUSTRIE » – n° 14, mars 1977 : article de G. Treyssac et M. Maes, pages 34 et suivantes.

OPERATION LYS PROPRE

1ʳᵉ tranche

La recirculation des boues, qui n’a pas encore été mise en service, devrait permettre d'après les essais, de réduire les consommations d'ingrédients aux concentrations suivantes :

Pratiquement, l'eau traitée dessert la concession, à l'entière satisfaction des familles, et permet le fonctionnement de l'huilerie recevant 60 m³/h en toute saison.

L'INSTALLATION DE LA BLANCHISSERIE DE PONT-DE-NIEPPE (Nord)

Dans le bassin hydrographique Artois-Picardie, les pompages intensifs en nappe souterraine obligent à recourir au réseau de surface pour l'alimentation en eau potable de la métropole Lille-Roubaix-Tourcoing. Le prélèvement d'eau sera effectué dans la LYS en amont d'Armentières. Comme la LYS et ses deux affluents, la LAWE et la CLARENCE, drainent la pollution déversée par le bassin industriel et minier d'Auchel et de Béthune, il a fallu reconquérir le bassin de la LYS par un effet d'épuration important. C'est le but de l'opération « LYS PROPRE » déclenchée courageusement par l'Agence de Bassin Artois-Picardie (fig. 5a). Évidemment, les industries prélevant les eaux de la LYS en aval, dont B.P.N., bénéficieront de cette opération.

La Blanchisserie de Pont-de-Nieppe (Nord) peut s'enorgueillir, à juste titre, d'être la seule usine en France produisant 2·10⁵ m³/mois de textiles à partir de fibres très diverses : coton, polyester-coton, lin et métis, jute, fibres synthétiques. Cette production est absorbée par la confection de linge de maison, tapis, revêtements de sol, tissus d'ameublement, stores, velours, nous apprend M. GAULARD, Directeur de l'Usine.

On sait que les diverses opérations du tissage : blanchiment (28 %), teinture (40 %) et impression (32 %), réclament 50 à 300 m³ d'eau propre/tonne de tissu. En fait, l'extension de la production de cette blanchisserie de 30 à 40 % nécessitera bientôt la disposition de 6600 m³ d'eau/jour.

OPERATION LYS PROPRE

2ᵉ tranche

C'est la LYS qui est utilisée comme rivière de prélèvement. Soumise à une pollution d'origine multiple et périodique bien qu'atténuée par l'opération « LYS PROPRE », cette rivière subit des fluctuations dans ses titres physico-chimiques que les analyses quotidiennes décèlent bien (Tab. 5b).

Tab. 5b

CARACTÉRISTIQUES ANALYTIQUES DE L'EAU DE LA LYS

1. Stabilité saisonnière :

2. Fluctuations journalières :

Dès 1966, la Blanchisserie disposait d'une ligne de traitement de 80 m³/h des eaux de LYS, dont les phases se succédaient ainsi : chloration, coagulation par FeCl₃, décarbonatation à la chaux en décanteur dit à circulation accélérée, filtration, adoucissement. Cette installation, encore en service, nous permettra de tester les progrès réalisés à partir de ce schéma ancien de traitement, d'après les critères analytiques TH, TA et TAC. Les besoins en eau croissant avec la productivité, l'usine textile…

fit installer par le même constructeur, en 1972, une seconde ligne apportant 120 m³/h. Avec plus d’acuité, le problème d'extension devait se reposer en 1975, selon deux échéances prévisibles :

• un accroissement de 40 m³/h à l’horizon 77 ;
• un nouvel accroissement de 80 m³/h vers l’horizon 82, soit plus de 120 m³/h au total.

Les consultations, très ouvertes, étaient lancées fin 1975. Tandis que les concurrents proposaient le doublement de la tranche précédente de 120 m³/h, ERPAC, qui participait activement à cette étude, prenant en compte les préoccupations de financement d'une telle opération, remettait une offre plus nuancée. Le projet ERPAC incitait l'industriel :

• dans l’immédiat, à modifier l'installation en service en y incorporant 8 cellules de DLM, de façon à obtenir un débit de 160 m³/h ;
• vers l’horizon 82, à compléter la ligne de 12 cellules permettant d’atteindre le débit souhaité à cette époque, soit 240 m³/h.

Les exigences du traitement demandé, outre la clairance et la normalité du pH des eaux épurées, étaient surtout marquées sur les degrés TH et TAC : impérativement TH et TAC < 9 °f. Plutôt que proposer un poste d'adoucissement onéreux à l'exploitation, il a semblé plus logique de prévoir un poste de dosage de Na₂CO₃ en combinant une épuration calco-sodique.

Enfin, une clause importante du marché stipulait que le montage devrait être terminé en un mois seulement, pour des raisons propres aux programmes de fabrication BPN. Ce délai pouvait être respecté grâce à la rapidité de pose des cellules de DLM.

a) Prix de revient : installation et maintenance.

Les bilans financiers comparatifs laissent apparaître des écarts dans les investissements :

en horizon 82

On remarque l’économie réalisée avec l'installation SERPAC (1) qui équivaut aux intérêts de 24 000 F/an pour une telle somme placée. On remarque également les différences de coût de génie civil qui s’expliquent par la suppression des superstructures et la réduction des fondations. Différences aussi de surface occupée au sol qui entraînent la libération de 70 m² récupérables : au prix de revient BPN de 160 F/m²/an de surface en matériel installé, ce dégagement équivaut à une épargne de 11 000 F/an. Enfin, en évitant le doublement de la chaîne, on évite encore la pose d'une nouvelle amenée d'eau de LYS, coût de chantier et de collecteur en moins.

— Les frais d’exploitation, quant à eux, sont influencés par le maintien d'une seule chaîne de traitement dans le projet ERPAC. De ce fait :

• – L’effectif de contrôle est inchangé, la surveillance a peine augmentée. Or, le personnel d’exploitation représente une rubrique, salaires et charges incluses, de 63 000 F/an ;
• – L’entretien courant du matériel (main-d’œuvre, EDF, graissage, revêtement) est nettement limité dans le projet n° 2, l’économie en sa faveur est de 54 000 F/an ;
• – L’entretien des locaux (main-d’œuvre, matières premières) fait enregistrer un écart de 70 000 F/an.

Le prix de revient de l’exploitation accuse aussi une différence due au traitement de la dureté permanente : l’économie d’eau avec l’emploi de Na₂CO₃ vis-à-vis de l’adoucisseur partiel représente 12 000 F/an. De plus, le traitement sodique est moins cher de 0,043 F/m³, soit une économie de 14 000 F/an pour un débit annuel de 325 000 m³ d’eau adoucie.

En résumant ces considérations financières, on enregistre :

• — un écart d’investissement total de 212 000 F 1976
• — un gain minimal de 35 000 F/an (intérêts de placement, surface au sol)
• — une réduction des frais d’exploitation de 213 000 F/an (M.O., kW, ingrédients, réactifs)

soit un avantage annuel de 248.10³ F/an sur le coût d’exploitation et une économie d’investissement de 212.10³ F pour le projet n° 2 garantissant un service de valeur au moins identique.

Ce sont de telles conclusions, formulées à une époque d’expansion industrielle pénible, qui ont favorisé l’agrément de ce projet (schéma 6). Que renferme son descriptif technique ?

b) Spécifications du traitement et du matériel approprié.

Depuis septembre 1976, l’installation modifiée est en service. Cette ligne, capable de traiter un débit de 160 m³/h d’eau de LYS aux conditions analytiques exigées, comporte :

• — Le poste de chloration initial. La chloration évite la prolifération des algues et micro-organismes, désagrège les matières organiques et élimine les composés réducteurs fréquemment représentés en période estivale. Le dosage est calculé de manière à laisser une concentration en Cl₂ libre < 0,1 mg/l en aval des filtres. Seul, le point d’injection a été changé : il est placé en amont du réacteur ;
• — Le poste de coagulation initial. L’emploi de FeCl₃ a pour but d’agglutiner les matières colloïdales par atténuation de leurs forces répulsives et de précipiter les particules en suspension présentes dans les eaux brutes. La turbidité disparaît après décantation du floc d’hydroxyde et de boue. Là aussi, le point d’injection révisé est placé en amont, juste avant l’introduction des eaux brutes dans le réacteur ;
• — Le poste de décarbonatation à la chaux modifié. Cette opération vise à éliminer par précipitation la dureté temporaire et le gaz carbonique dissous dans les eaux brutes. Les précipités formés sont principalement du carbonate de calcium et de l’hydroxyde de magnésium, sels très peu hydrosolubles. Lorsque le traitement est intégral, la valeur du TAC correspond à la limite de solubilité de ces sels (4 °F environ) et TA devient sensiblement la moitié de TAC. Le dosage de chaux permet de garantir les relations :

  TA = TAC/2 + 0,5  
  (contrôle opératoire : si TA < TAC/2 : insuffisance de chaux ; si TA > TAC/2 + 0,5 : excès de chaux)
  
  TAC < 9 °F TH = TAC + TH permanent de l’eau de LYS.

  Le point d’injection de la chaux a été ramené dans la cheminée centrale du réacteur, à mi-hauteur. L’équipement a été modifié avec la mise en place d’une sole doseuse DOSAPRO sous la trémie de stockage, d’un bac de préparation du lait de chaux muni d’un niveau constant et d’un groupe motopompe centrifuge LEFI ;
• — Le poste de décalcification sodique. En vue d’éliminer la dureté permanente des eaux, réduite en dureté calcique à la suite du chaulage, il convient d’introduire dans le fût central du réacteur du carbonate de soude qui se chargera de la précipiter sous forme insoluble CaCO₃.

  CaSO₄ + Na₂CO₃ → Na₂SO₄ + CaCO₃  
  CaCl₂ + Na₂CO₃ → 2 NaCl + CaCO₃

  ce qui assure TH et TAC < 9 °F.

  (contrôle opératoire : si TAC > TH : excès de Na₂CO₃ ; si TH > 9 °F : insuffisance de Na₂CO₃)

  Le matériel installé pour ce dosage est pratiquement le même que pour le poste précédent, à savoir : trémie, vibreur, bac avec électro-agitateur à niveau constant. Cependant, l’organe de distribution pour Na₂CO₃ est ici une vanne alvéolaire JAUDT (sole tournante et vanne alvéolaire sont commandées par les temps affichés en minuterie déclenchée par les tops du compteur émetteur d’impulsions) ;
• — Le poste de floculation conservé inchangé, sauf en ce qui concerne le point d’injection qui, situé à la partie supérieure du réacteur, est à l’intérieur de la cheminée, noyé à 5 cm sous le plan d’eau. L’injection du floculant ERPAFLOC SAV s’effectue à l’aide d’une tuyauterie annulaire percée de trous. La floculation a pour but de rassembler les divers précipités formés au cours des traitements précédents : micro-flocs de Fe(OH)₃, Mg(OH)₂, microcristaux de CaCO₃.

sation d'un polyélectrolyte anionique, à fort PM et à longue chaîne moléculaire, apporte, par le pouvoir réticulaire élevé du polymère, un pontage rapide en gros flocs aisément décantables ;

— le réacteur, ex-décanteur à circulation rapide modifié. Le réacteur est un ouvrage cylindro-conique vertical pourvu de deux cheminées concentriques. La première de ces cheminées, conique, se termine par une collerette évasée dans laquelle aboutit la tuyauterie d’arrivée d'eau de LYS. Par effet de trompe, un recyclage des boues, dans la cheminée elle-même, se trouve amorcé à la base du cône, là où les boues justement se sédimentent. La seconde, cylindrique, plus extérieure, permet de reprendre vers le fond du réacteur le mélange eaux brutes-boues recyclées-réactifs qui aurait tendance à se déverser directement dans le chenal périphérique alimentant par débordement le SERPAC (fig. 8). La régulation de l’arrivée des eaux brutes est prévue par vanne AMRI, à ouverture variable, commandée par pression d'air modulée. La modulation d’air moteur s'effectue sur appareil REGULACTAIR fonction du niveau d'eau maintenu dans la colonne d’effluent, sortie SERPAC, assurant la distribution des filtres. Les extractions de boues sont automatisées par électrovanne.

(Contrôle opératoire : 1) volume V des boues en % après 5 min de décantation dans une éprouvette de 1 l permettant le réglage des chasses :    1) à la partie inférieure du réacteur : 40 % < V < 60 % ;    2) à la partie supérieure du réacteur : V < 10 % ;

2) limpidité du surnageant et turbidité en gouttes mastic permettant le réglage optimal de la coagulation-floculation) ;

— le chenal de liaison entre réacteur et SERPAC ;

— le poste de séparation rapide des matières en suspension comportant 2 unités de 4 cellules de DLM (2 × 80 m³/h) travaillant en parallèle. Chacune des unités est équipée d'un système d'extraction automatique des boues basé sur le même principe que celui du réacteur ;

— le bac de régulation de débit, en aval du séparateur rapide ;

— le poste de filtration initial de 3 filtres auquel on a adjoint un quatrième de 40 m³/h en débit nominal ;

— le poste de régulation par vanne AMRI et régulateur REGULACTAIR décrits précédemment ;

— le poste de reprise initial des eaux décarbonatées et filtrées est conservé.

On constatera que les modifications apportées sur l'installation primitive :

— maintiennent les fluctuations des titres entre les valeurs extrêmes suivantes (tabl. 9 et tabl. 10) :

Tab. 9. — CONTRÔLE ANALYTIQUE DE L'EAU ÉPURÉE EN AVAL DES FILTRES

Installation primitive – Q = 80 m³/h – sans SERPAC Installation réaménagée – Q = 160 m³/h – avec SERPAC

Tab. 10. — RÉDUCTION DES MATIÈRES EN SUSPENSION ET DE LA TURBIDITÉ Examen de juillet 1977 —

Note : Filtration immédiate des échantillons prélevés sur filtre Millipore, pesée ultérieure des membranes en laboratoire.

• — TH : 6,9-10,1 au lieu de 19,2-25,0
• — TAC : 5,3-12,0 au lieu de 7,4-11,6
• — TA : 2,6-6,6 au lieu de 3,1-6,1
• — assurent, pour la période relevée, TH = 8,3 et TAC = 7,6, valeurs inférieures à 9 °F en vérifiant sensiblement l’équation

TAC/TA + 0,5 et TH > TAC, signe d’un bon dosage calco-sodique (fig. 11).

CONCLUSION

À une époque où les objectifs de productivité industrielle ne peuvent être calculés qu’à court terme, l’investissement se trouve réglé, modulé par la satisfaction des besoins immédiats.

La faculté qu’offre le SERPAC de s’insérer vite et bien dans une chaîne d’épuration d’eau en service, parce que ses cellules de DLM sont montées au fur et à mesure de l’évolution de la demande en débit comme en qualité, cette faculté en est d’autant plus appréciée par les industriels qui manquent, eux, de place, de temps, de personnel et de crédit.

P. Decreme — G. Bailleul — M. Maes.