Lors de l'augmentation de température de l'eau brute (période printemps-été), il se produit des poussées algales au niveau de l'eau brute (eaux de surface, barrages...). Cela pose des problèmes d'exploitation des usines de traitement d'eau ainsi que des problèmes de qualité (couleur, goûts et odeurs dues aux métabolites des algues). Sur le plan de l'exploitation, l'apparition d'algues pose d'autres problèmes. Au stade de la floculation-décantation, on peut observer une quantité importante de flottants au niveau des décanteurs, du fait de l'ajout important de floculants. Les algues provoquent également la diminution de la durée des cycles de filtration, par colmatage.
Afin de réduire ces difficultés, il est possible de limiter les poussées algales au niveau de l'eau brute (ajout de sulfate de cuivre...), mais cela n'est pas toujours possible. Il est alors nécessaire d'effectuer un prétraitement, soit par oxydation soit par élimination physique des algues (flottation, décantation, etc.).
Les procédés Flottazone® et Ozoflot® permettent de combiner les deux prétraitements évoqués.
L'Ozoflot génère de fines bulles d'ozone grâce à un courant d'eau de balayage venant casser les bulles obtenues au niveau de poreux de diffusion de gaz ozoné. Il est alors possible de générer des bulles de 200 à 500 µm. Le procédé est efficace pour des eaux de turbidité relativement faible, présentant de fortes teneurs en algues.
Le procédé Flottazone permet également de générer des fines bulles d'ozone en mettant en pression de l'eau de process dans laquelle l'ozone est injecté. On obtient ainsi de l'eau ozonée sous pression, qu'il est possible de détendre au niveau d'un flottateur et de produire ainsi de nombreuses fines bulles d'ozone. Ce procédé ressemble à la flottation à l'air, mais reste spécifique du fait de l'utilisation d'ozone.
On peut parler d'un réel procédé d'ozone-flottation, qui permet de traiter des eaux de plus forte turbidité, contenant des algues.
Principes du procédé
Le but est de combiner les propriétés d'oxydation de l'ozone et de flottation physique, au sein d'une même cuve.
En ce qui concerne la flottation, il est nécessaire de « calibrer » les bulles ainsi que leur nombre. Les bulles générées dépendent de la solubilité du gaz, de la pression de dissolution (la taille des microbulles générées décroît avec la pression de dissolution). La dissolution de l'ozone dans l'eau de process dépend également, bien sûr, de la concentration en ozone dans le gaz à injecter ainsi que du débit d'eau de process.
[Photo : Schéma du procédé Flottazone.]
L'ajout du coagulant en amont de la colonne de flottation permet de séparer les particules et de les retenir au niveau de la surface du flottateur, cela, comme en flottation traditionnelle. Cependant, l'ajout d'ozone améliore la floculation et permet une meilleure séparation par flottation.
Le procédé présente également les mêmes avantages que la préozonation : décoloration, réduction de la chlorophylle A, dégradation des parois des cellules... Le fer, le manganèse sont également oxydés.
Description du procédé
La figure 1 présente le procédé dans ses grandes lignes.
La dissolution d'ozone est réalisée en ligne, à l'aide d'un hydro-injecteur suivi d'un mélangeur statique.
Le venturi permet d'aspirer le gaz ozoné et de l'injecter dans l'eau de process sous pression. Ce système permet en même temps de réaliser une première étape de dissolution de l'ozone, du fait du mélange intime créé au niveau de l'aspiration.
Le mélangeur statique situé en aval du venturi permet de compléter le mélange gaz/liquide et le transfert d'ozone. Le mélange gaz ozoné + eau de process pénètre ensuite dans un réacteur travaillant sous pression, qui permet de séparer l'eau de process ozonée du gaz appauvri en ozone.
La sortie du réacteur de séparation G/L est raccordée sur un jeu de buses de détente de l'eau de process ozonée et c'est à ce niveau que les fines bulles d'ozone sont générées.
Résultats des essais sur pilote
Résultats de transfert d'ozone
Les conditions de fonctionnement étaient les suivantes :
- concentration O₃/gaz : 80 – 150 g/Nm³ ;
- pression eau motrice : 7 bars ;
- ratio G/L : 10 – 30 %.
Dans ces conditions, le transfert d'ozone est de 75 à 90 %. Le gaz s'échappant du réacteur de séparation gaz/liquide contenant encore de l'ozone, il peut éventuellement être réinjecté au niveau d'une autre étape de traitement.
Résultats de traitement d'eau
Lors des essais pilote, la buse de génération de fines bulles est placée au niveau du radier d'une colonne de flottation. Le coagulant est injecté en amont sur l'eau brute (trois minutes de floculation).
La vitesse au niveau du flottateur varie de 15 à 30 m³/m² h.
Pour une vitesse supérieure à 25 m/h, on obtient une élimination de turbidité de 45 % et une réduction de la DO UV 254 nm de 55 %, avec un sel d'aluminium en présence de polymère anionique.
En utilisant du sulfate ferrique, on obtient les résultats du tableau 1.
Description de l'installation d’Agen
[Photo : Schéma de l’installation d’Agen.]
L'usine d'Agen Le Rouquet est alimentée soit par l'eau de la Garonne, soit par des forages en cas de pollution au niveau de la Garonne. Cette usine est exploitée par la CEO (Compagnie des Eaux et de l'Ozone) et a été rénovée très récemment.
L'ancienne usine assurait un traitement Floculation/Décantation/Filtration sable/Chloration. Le nouveau traitement est Flottazone/Floculation/Décantation/Filtration sable/Interozonation/Filtration CAG/Chloration.
L'étape de flocculation-décantation est maintenue du fait de la grande vitesse à laquelle le Flottazone est contraint de travailler, pour des raisons d'implantation des ouvrages de traitement (vitesse supérieure à 30 m/h).
Le process est schématisé sur la figure 2. L'eau de process est ici de l'eau filtrée sable. L'ozone produit à partir d'oxygène est injecté à la fois au niveau de l'injecteur du Flottazone et au niveau des poreux d'interozonation. Les évents du réacteur de séparation gaz/liquide sont également réinjectés au niveau de l'interozonation. Cela permet d'utiliser la quasi-totalité de l'ozone produit et d'augmenter le rapport gaz/liquide au niveau de l'interozonation, favorisant ainsi le mélange gaz/liquide.
La cuve de flottation est équipée en partie basse de goulottes de collecte de l'eau traitée et d'évacuation des boues susceptibles de décanter en fond d'ouvrage. En partie haute, des goulottes permettent, par remontée de plan d'eau, l'évacuation des flottants au niveau du plan d'eau.
L'ensemble de l'installation est entièrement automatisé.
[Photo : L’installation d’Agen.]
Tableau I
Résultats essais sur pilote (utilisation de sulfate ferrique).
| Coagulant Sulfate ferrique | Taux Flocculant | Taux Ozone | Q/Process/ Qtotale | Vitesse Flottation | Abattement Turbidité | Abattement Fer | Fer après filtres |
|---|
| --------------------------- | ----------------- | ------------ | -------------------- | -------------------- | ---------------------- | ---------------- | ------------------- |
|---|
| Unités mg/ℓ | mg/ℓ | mg O₃/ℓ | % | m/mn | % | % | mg/ℓ |
| 1 | 13,5 ANSEPSIS 0,05 mg/ℓ | 0 | 15 | 16,5 | 67,5 | 60 | <0,2 |
| 2 | 17,3 ANSEPSIS 0,05 mg/ℓ | 2 | 15 | 16,5 | 75 | 65 | <0,2 |
| 3 | 22 ANSEPSIS 0,05 mg/ℓ | 1,4 | 11 | 25 | 65 | 50 | <0,2 |
| 4 | 30 ANSEPSIS 0,05 mg/ℓ | 0,8 | 21 | 16,5 | 81 | 78 | <0,2 |
| 5 | 30 ANSEPSIS 0,05 mg/ℓ | 1,2 | 25 | 16,5 | 95 | 88 | <0,2 |
| 6 | 29 ANSEPSIS 0,05 mg/ℓ | 0,8 | 15 | 25 | 90 | 81 | <0,2 |
| 7 | 25 ANSEPSIS 0,05 mg/ℓ | 1 | 12,5 | 20 | 83 | 71 | <0,2 |
| 8 | 30 ANSEPSIS 0,05 mg/ℓ | 0,6 | 12,5 | 20 | 84 | 80 | <0,2 |
Tableau II
Bilan matière ozone.
| Organe Transfert | Temps de Contact | Concentration Ozone/gaz (g/Nm³) | Résiduel Ozone (mg/ℓ) Entrée | Sortie (mg/ℓ) | Taux Ozone |
|---|
| ----------------------------- | ------------------ | --------------------------------- | ------------------------------ | --------------- | ------------ |
|---|
| Injecteur | 0,1 s | 100 | 0 | 10,2 | 19,2 |
| Mélangeur statique | 0,3 s | / | 10,5 | 13,8 | / |
| Réacteur séparation G/L | 45 s | / | 13,7 | 14,6 | / |
| FLOTTAZONE | 1,5 min | / | 1,8 | 0,4 | 1,8 |
| Interozonation | 20 min | 33 | 0,4 | 0,8 | / |
Résultats de performances sur l'usine d'Agen Le Rouquet
Le tableau II présente les résultats de bilan-matière à 250 m³/h (demi-débit nominal) au niveau de chacun des éléments entrant dans la chaîne de préparation de l'eau ozonée. Le débit d'eau de process est fixe, à 35 m³/h.
Il est donc possible d'obtenir 15-16 mg/ℓ en ozone dissous dans l'eau de process et d'injecter en Flottazone presque 2 mg/ℓ à 250 m³/h.
Le transfert global d'ozone est de 90 % au niveau de la pressurisation de l'ozone, dans la mesure où la concentration en ozone du gaz s'échappant du réacteur de séparation gaz/liquide est de l'ordre de 10 à 15 g/Nm³. L'oxygène est également absorbé dans l'eau de process d'où une petite diminution de gaz (débit injecté 6,5 Nm³/h, débit mesuré au niveau des évents du réacteur de pressurisation 5,2 Nm³/h). Ce transfert de 90 % est obtenu en moins de 1 minute, et l'ozone non transféré est réinjecté au niveau de l'interozonation. Le transfert d'ozone au niveau de la colonne de flottation est excellent, puisque l'ozone n'est présent que sous forme de traces au niveau des évents du flottateur.
Eau brute
pH : 7,1Turbidité : 15 NTUTaux ozone : 1,6 mg/ℓDemi-débitUtilisation d'Alpochlor
Eau traitée (sortie Flottazone)
Élimination turbidité : 60 %Élimination d'aluminium dissous : 75 - 90 %
En ce qui concerne la qualité de l'eau, quelques premiers essais sur l'eau de la Garonne ont été effectués.
Conclusion
Ce procédé fondé sur un nouveau moyen de génération de fines bulles d'ozone a été développé jusqu'au stade industriel, dans le cas de l'usine d'Agen Le Rouquet.
Il s'agit d'une étape efficace de prétraitement, permettant de protéger l'usine des poussées algales et de soulager l'étape de floculation/décantation située en aval.
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