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Traitement primaire de l'eau

Les ressources en eau douce de surface comme les cours d'eau fournissent une eau brute qui contient énormément de pollutions qui la rendent non potable; il faut donc les éliminer. Dans ce but l'eau va subir un certain nombre de traitements nécessaires pour la rendre potable. Le traitement primaire de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) est composé des opérations suivantes:

Le dégrillage est la première étape d'une filière (Une filière est une suite de formalités, d'emplois à remplir avant d'arriver à un certain résultat: la filière administrative.) de traitement, qui consiste à retenir tous les gros déchets tels que les morceaux de bois, les bouteilles (Sur les anciens navires à voiles, on appelait les bouteilles deux petits compartiments, un de chaque côté du tableau arrière servant de toilettes aux officiers du bord.) en plastiques, les canettes... Pour ce faire, on met en place un système de grilles, dont l'espacement est d'environ 50 mm. Dès que les grilles sont encombrées par les déchets, un racleur (appelé plus simplement râteau) monte le long des grilles et fait tomber ces déchets dans une benne (Une benne est le caisson qui reçoit les matières transportées par un camion de type porteur ; le mot remorque désignant cet élément dans les camions...) qui une fois pleine va bien évidemment à la décharge.

La floculation

Après avoir subit le traitement de coagulation, l'eau va être transférée dans un autre bassin. C'est dans ce bassin où va commencer véritablement l'accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.). En effet rien ne s'oppose plus alors au rassemblement des colloïdes neutralisés. Il faut donc maintenir une agitation (L’agitation a comme principale fonction d’accélérer les transferts de grandeurs extensives au sein d'un fluide homogène ou d’une dispersion hétérogène au moyen d'un agitateur. Cela veut dire que...) lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) pour favoriser les accrétions. Celle-ci est accélérée par l'ajout d'un polymère c'est-à-dire d'une grande molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...) constituée par la répétition d'un motif de base qui emprisonne les matières colloïdales agglomérées et formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) ainsi des flocons volumineux qui se déposent par gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). C'est le floc. Elle est aussi accélérée par une régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) d'un pH optimum pour obtenir la meilleure précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis à des processus de condensation et d'agrégation à...) possible de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des hydroxydes métalliques qui viennent d'apparaître grâce à la réaction de coagulation. On se sert d'hydroxyde de calcium Ca(OH)2 appelé aussi du lait de chaux ou chaux éteinte et d'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) sulfurique H2SO4 pour réguler ce pH optimum qui se situe entre 8.45 et 8.9.

La décantation

Après avoir rassemblé les différentes petites particules en de beaucoup plus grosses, il va maintenant falloir faire décanter tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ceci. Dans un corps d'eau immobile les particules en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de transport des sédiments. ...) plus lourdes que l'eau sont soumises à leur poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la...) apparent (poids réel moins poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) d'Archimède). Elles chutent lentement pour s'accumuler sur le fond : c'est la décantation. Leur vitesse (On distingue :) de chute obéit à la loi de Stokes :

Une suspension se compose :

  • D'un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) dans lequel les particules baignent  : masse volumique (Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une...) r1 et viscosité m
  • De particules solides en suspension : masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...) volumique r2 et de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) apparent (on assimile la particule à une sphère) D.

Ces particules sont donc soumises à une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) résultante Fr, résultant

  • Du poids : P = m.g = V.r2.g
  • Force d'Archimède : Fa = V.r1.g

avec V le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) d'une particule: Fr = V(r2-r1)*g.

De par cette force, les particules se mettent en mouvement (elles subissent une accélération). À mesure que la vitesse augmente, une nouvelle force appelée " traînée " et notée Ff apparaît. Elle s'oppose au mouvement. Lorsque Fr+Ff = 0, la vitesse se stabilise : c'est la vitesse de sédimentation Vs.

La loi de Stokes (La loi de Stokes, nommé en l'honneur de George Stokes est une loi liant la vitesse de chute d'une sphère dans un liquide par l'action de la gravité. Cette loi est utilisée pour calculer la...) donne cette vitesse Vs et soit :

  • D le diamètre apparent de la particule en décantation, (son volume V est 1/6 D3)
  • µ: viscosité du fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines...)
  • g : accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui indique la...) de la pesanteur (Depuis les expériences de Galilée, on observe que dans un lieu donné tous les corps libres chutent en subissant la même accélération verticale. Ce phénomène est...)
v = 2 /9 . [( r1 - r2 ).g *D² ] / µ

Le terme : 2 /9 . [( r1 - r2 ). g ] / µ est constant: c'est la constante de Stokes notée C. La formule peut donc plus simplement s'écrire v = C . D²

La loi de Stokes est valide pour des particules sphériques dont la taille n'excède pas 0,1 mm. En première approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore assez significative pour...), elle est appliquée à toute particule sédimentaire de petite taille (sable fin, limon, argile).

Une des techniques les plus simples concernant la décantation est la décantation statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut être employé comme :) par exemple avec un décanteur vertical. L'alimentation se fait par le bas, les particules sédimentent et peuvent être récupérées au fond du cône, tandis que l'eau traitée est évacuée par le haut, par débordement. La vitesse de sédimentation est malheureusement généralement faible. Il faut donc faire appel à la décantation dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) grâce à laquelle on peut agir sur la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) pour séparer en continu des particules de taille et de masse volumique différentes. Ce type de décanteur est aussi appelé décanteur à lamelles. Il améliore considérablement la vitesse de décantation. Les décanteurs actuellement utilisés sont dans de petites installations des décanteurs horizontaux à lamelles mais pour de très grosses installations, on lui préférera des décanteurs fonctionnant grâce à ce principe mais avec un fonctionnement encore un peu plus optimisé. Après cette étape très importante de la décantation, il reste encore à éliminer les particules plus petites encore grâce à une filtration (La filtration est un procédé de séparation permettant de séparer les constituants d'un mélange qui possède une phase liquide et une phase solide au travers d'un milieu poreux.).

La filtration

Les premiers principes de filtrations avaient été inspirés par le filtrage naturel de l'eau par les différentes couches de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par...) que traversait l'eau avant d'atteindre des " réservoirs souterrains ". Malheureusement ce procédé était beaucoup trop lent pour de grosses quantités d'eau à traiter. Il faut quand même noter que ce procédé est par contre excellent au niveau de la qualité de l'eau filtrée.

On utilise maintenant des batteries de filtres en fonctions du traitement qu'a subitl'eau avant d'arriver à ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement...). Pour une station de traitement d'eau classique, les divers traitements ont étés : mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) rapide avec un coagulant, floculation, décantation, filtration.

La filtration nécessaire après tous ces traitements est un filtrage rapide appelé filtration conventionnelle mono ou bi-couche. Les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) de filtration rencontrés dans le traitement des eaux de consommation sont nombreux. Ils doivent présenter les qualités suivantes : ils doivent être insolubles, non friables, et ne doivent relarguer aucune substance susceptible d'altérer les qualités de l'eau.

Les trois matériaux les plus employés sont :

  • Le sable : Le sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension...) utilisé en filtration est un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) naturel, à base de silice, provenant de rivières, de gisements naturels, de dunes ou obtenu à partir de galets marins. Sa densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) réelle est d'environ 2.5. à 2.7.
    • Le sable concassé est obtenu par un broyage de silex de carrière ou de galets de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.), suivi d'opérations de lavage, séchage et tamisage. Il présente des grains anguleux, favorables à la rétention des particules lors de la filtration.
    • Le sable roulé est un sable naturel, tamisé après lavage et séchage. Contrairement au sable concassé, il possède des grains arrondis, et existe dans des gammes de granulométrie c'est-à-dire de dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...) du sable plus restreinte.
  • L'anthracite: c'est un matériau à base de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), obtenu par calcination de matériel végétal tel que le bois ou la tourbe (La tourbe est le produit de la fossilisation de débris végétaux sur 1000 à 2500 ans dans des milieux humides anaérobies que l'on appelle tourbières. Cette matière, parfois considérée comme roche ou comme sol, est constituée de 10 à 20% de...). Il se présente sous la forme de grains durs et anguleux. Sa densité réelle est de l'ordre de 1,45 à 1,75.
  • Le charbon actif est également un matériau à base de carbone, obtenu par calcination et activation (Activation peut faire référence à :) de bois, houille (La houille (mot wallon francisé), est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition d'organismes du carbonifère.), tourbe ou noix de coco.

Pour une filtration classique les matériaux les plus courants sont le sable et l'anthracite. Le sable est employé seul en tant que monocouche ou associé à de l'anthracite dans les filtres bicouches. Les supports de filtration biologique (déferrisation, démanganisation, nitrification, dénitrification) sont le sable et le charbon actif en grains.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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