Traitement de l'eau et des eaux usées

La liste des mesures est fixe : alcalinité (EN ISO 9963), dureté totale et calcique (ISO 6059), CO₂ libre, acidité minérale, matières en suspension (EN 872), profil métallique (EN ISO 11885) et température. Un prélèvement ponctuel n'en représente aucune. On réalise un composite proportionnel au débit sur au moins un poste complet ; sur une ressource superficielle, saison humide et saison sèche sont échantillonnées séparément. Ce qui dimensionne l'installation n'est pas la moyenne mais le rapport pointe/moyenne.

Les flux se séparent à la source. Si bain de décapage acide, bain de dépôt cyanuré, purge de laveur humide et eaux de procédé se rejoignent dans une même fosse, aucun ne peut être traité à son pH optimal. La purge issue d'une ligne de traitement des fumées, par exemple, est chargée en chlorures et en sulfates ; maintenue à part, sa précipitation de gypse se conduit sous contrôle, mélangée elle génère des entartrages imprévus sur toute la filière.

Le produit de la caractérisation n'est pas un tableau unique mais un profil de charge : débit horaire, acidité horaire, charge métallique horaire. Le volume d'homogénéisation se calcule à partir de ce profil. En pratique, 8 à 24 heures d'homogénéisation divisent par deux l'oscillation que la régulation doit suivre et procurent une baisse mesurable de la consommation de réactif.

Une filière porte généralement plusieurs objectifs : limites de rejet, exigence du milieu récepteur, tolérance au pH de l'étage biologique, dureté résiduelle et, en eau potable, indice de saturation. Un seul d'entre eux est contraignant, et c'est lui qui gouverne la dose. Si l'objectif contraignant est un métal, le pH de travail suit le profil métallique ; si c'est la dureté, il suit la plage 10,3 ou 10,8–11,3 ; si c'est la seule neutralisation, il suit 6,5–9,0.

Faute de cette distinction, on finit le plus souvent par travailler à un pH inutilement haut. Sur un flux alimentant un étage biologique, dépasser pH 9 inhibe les nitrifiants et fait monter l'ammonium en sortie, ce qui oblige ensuite à redescendre à l'acide le pH monté à la chaux. Choisir d'emblée la bonne plage, plutôt que de dépenser deux réactifs en série, est le gain le plus rapide sur la plupart des sites.

La courbe de titrage vient en premier : on ajoute par paliers un lait de chaux de concentration connue en enregistrant le pH. Les plateaux plats identifient les postes tampons ; la portion raide indique la plage où la régulation deviendra difficile. Dans un effluent contenant un acide fort, la transition entre pH 4 et 10 est quasi verticale, et cette courbe montre dès le bureau d'études pourquoi un bassin de neutralisation à un seul étage va osciller.

Le jar-test se conduit dans le cadre de l'ASTM D2035 : six béchers de 1 L, 1 minute d'agitation rapide à 120 tr/min, 15 minutes d'agitation lente à 30 tr/min, 30 minutes de décantation. Sur chaque bécher, on mesure pH, turbidité, volume de boues décantées à 30 minutes et concentration métallique. Un détail est décisif : les métaux doivent être dosés à la fois sur échantillon filtré à 0,45 µm et sur échantillon brut. Les limites de rejet portent sur le métal total ; quand le résultat filtré paraît parfait alors que le brut dépasse la limite, le problème n'est pas chimique mais un entraînement de fines, et la réponse est un adjuvant de coagulation ou une filtration.

L'âge de l'échantillon fausse le résultat. Un échantillon conservé absorbe le CO₂ de l'air, le fer ferreux s'oxyde et la demande réelle en chaux est mal mesurée ; l'essai doit être réalisé sous 24 heures. Du laboratoire au site, on applique un facteur d'extrapolation de 1,1 à 1,3, car l'homogénéité de mélange et le temps de contact du réacteur réel restent en deçà des conditions du bécher.

La lecture d'un certificat suit un ordre : chaux disponible (CaO ou Ca(OH)₂), perte au feu (indicateur de carbonatation), taux de refus, finesse et, pour la chaux vive, réactivité. Le CaO total seul est trompeur : une chaux surcuite paraît propre à l'analyse mais s'éteint lentement, laisse des refus et n'apporte rien à la réaction alors qu'elle figure au calcul de dose. En eau potable s'ajoutent les limites en métaux lourds et impuretés de EN 12518, les méthodes d'essai étant définies dans EN 12485.

Le contrôle à réception se fait sur chaque livraison, pas une fois par an. Deux points perdus sur la teneur active se traduisent directement par une dérive de pH sur un doseur volumétrique et par une hausse de dose que l'exploitant ne sait pas expliquer. Les conditions de silo comptent également : la chaux hydratée se carbonate lentement au contact de l'humidité et du CO₂ de l'air, et une perte d'activité de 1 à 3 % par mois est courante dans un silo dont l'air d'évent n'est pas déshumidifié.

L'extinction conditionne la qualité de tout ce qui suit. Un extincteur à pâte se conduit à un rapport eau/chaux de 2,5–3,5 : 1, un extincteur à suspension à 4–6 : 1. On vise 82–93 °C en fin de réaction : avec une eau trop froide ou trop abondante la chaux est « noyée » et forme des grains grossiers à faible surface ; portée à ébullition, elle s'agglomère. Dans les deux cas la réactivité du Ca(OH)₂ obtenu chute et il faut une dose supérieure pour le même pH.

Un classificateur de refus s'impose en sortie d'extincteur. Variant de 2 à 10 % selon la qualité d'alimentation, cette fraction grossière et abrasive use rapidement rotors de pompe, sièges de vanne et coudes si on la laisse dans la ligne. Le refus séparé est aussi un indicateur qualité : une hausse brutale du taux est le premier signe que la chaux livrée est plus dure de cuisson qu'auparavant.

Le lait préparé se conserve en bâche couverte sous agitation continue. Dès l'arrêt de l'agitateur, les solides commencent à se séparer en 10 à 20 minutes, et une croûte de CaCO₃ se forme sur toute surface au contact de l'air. Le stockage ne devrait pas dépasser 24 à 48 heures. La concentration se suit le plus simplement par la densité : un lait à 5 % avoisine 1,03 g/cm³ et un lait à 20 % 1,12 g/cm³, si bien qu'un densimètre sur la boucle vérifie en continu le chiffre sur lequel repose le calcul de dose.

La ligne de lait de chaux se construit en boucle : elle quitte la bâche, dessert les points de dosage et y retourne, de sorte qu'elle ne soit jamais stagnante. La vitesse se tient entre 1,2 et 2,5 m/s : en dessous les solides décantent, au-dessus l'érosion s'accélère. Bras morts, longues descentes verticales et coudes vifs sont les points d'amorce des bouchages ; les vannes de dosage se piquent sur la boucle par de courtes antennes et se rincent à l'eau claire en fin de poste.

Le choix des équipements suit la même logique. Pompes péristaltiques ou à rotor hélicoïdal excentré supportent bien la suspension ; les pompes à membrane à clapets se bouchent en quelques semaines. Côté robinetterie, on privilégie les vannes à manchon ou à guillotine. Le point d'injection se place en zone turbulente — juste au refoulement du mobile d'agitation — et non sur une surface calme ; sinon il se crée une zone locale au-delà de pH 12 où les hydroxydes métalliques précipités ne se redissolvent plus et forment une croûte permanente à la bouche du piquage.

Dans cet environnement, l'électrode de pH est un consommable. Le CaCO₃ déposé sur le verre ralentit la mesure et la fait dériver vers le bas, avec pour conséquence un système qui surdose la chaux. Un porte-électrode rétractable, un nettoyage automatique par jet et un étalonnage hebdomadaire en deux points (tampons pH 7 et pH 10) suppriment cette dérive.

La réaction démarre en zone de mélange rapide : G de 300 à 1000 s⁻¹ pendant 1 à 3 minutes. Vient ensuite la floculation à G de 20 à 80 s⁻¹ pendant 15 à 30 minutes, soit un produit Gt dans la plage 30 000–100 000. Si ces deux étages ne sont pas séparés, ou bien la nucléation reste insuffisante, ou bien le floc formé est cassé par un cisaillement élevé et réapparaît en turbidité fine au décanteur.

La recirculation des boues est le réglage le moins connu et le plus efficace de ce procédé. En renvoyant une part des boues du décanteur vers le réacteur, les cristaux de CaCO₃ et d'hydroxydes métalliques déjà présents servent de germes ; le solide nouveau croît sur ces germes au lieu de nucléer en fines dans la solution. Il en résulte une boue plus grossière, plus rapide à décanter et bien meilleure à déshydrater — c'est exactement la boucle à boues à haute densité (HDS) du traitement des drainages acides, qui porte la siccité des boues de 1–5 % à 20–30 %.

L'architecture de régulation ne peut pas être monoétagée. Sur un flux contenant un acide fort, la courbe de titrage est quasi verticale entre pH 4 et 10 ; vouloir tenir cette plage avec une seule vanne dans un seul bassin produit une oscillation permanente. La bonne réponse consiste à monter deux ou trois étages en série, à confier à chacun 2 à 4 unités pH et à placer une vanne de finition de faible capacité au dernier étage. En y ajoutant une anticipation calculée à partir du débit et de l'acidité d'entrée, le système répond à un pic de charge sans attendre le retard de mesure.

Côté boues, la chaux remplit deux fonctions. En conditionnement, dosée à 10–25 % de la matière sèche avec du chlorure ferrique, elle abaisse la résistance spécifique à la filtration et permet au filtre-presse de sortir un gâteau à 25–35 % de siccité, là où une presse à bandes conditionnée au polymère plafonne à 18–22 %. L'effet se quantifie par le temps de succion capillaire (EN 14701-1) ou la résistance spécifique sur entonnoir de Büchner — juger à l'aspect du gâteau est trompeur. En stabilisation, l'objectif est d'atteindre pH ≥ 12 et de s'y maintenir deux heures, puis de rester au-dessus de 11,5 pendant 22 heures. Deux contreparties : la masse de gâteau augmente et, au-delà de pH 11, l'ammonium passe entièrement en ammoniac libre, si bien que le filtrat revient en tête d'installation avec une forte charge azotée. Les boues stabilisées à la chaux peuvent, dans les limites applicables, servir d'amendement calcique en agriculture et amélioration des sols.

Le réglage saisonnier fait naturellement partie du procédé et tient à deux causes physiques. D'abord, la solubilité du carbonate de calcium est rétrograde : il se dissout davantage en eau froide. Tenir la même dureté résiduelle en hiver impose donc de relever le pH de 0,2 à 0,3 unité. Ensuite la viscosité : de 1,31 mPa·s à 10 °C, l'eau passe à 0,89 mPa·s à 25 °C, de sorte qu'un même floc décante environ un tiers plus lentement à froid. D'où la nécessité, en hiver, de baisser la charge superficielle, de mettre des lamelles en service ou d'allonger la floculation. Ajoutez la dilution de l'alcalinité en saison humide : une dose fixe est alors soit insuffisante, soit consommatrice de réactif et productrice de boues pour rien.

À la mise en service, la dose est augmentée par paliers et, à chaque palier, pH, turbidité, volume de boues, siccité du gâteau et métal de sortie sont relevés ensemble. L'objectif n'est pas de trouver un point de fonctionnement unique mais de voir où la courbe atteint son plateau et de caler les seuils d'alarme en conséquence. Caractérisation de l'eau, protocole de jar-test, spécification de la chaux et architecture de dosage peuvent être établies pour votre installation avec notre équipe technique.