Maîtrise de la floculation avant flottation DAF : coagulant/polymère, gradient de mélange (G), temps de contact et siccité des flottats

Floculation amont DAF : cibles de performance

Pourquoi le DAF dépend de l'état des flocs

La flottation à air dissous (DAF) sépare les solides et/ou les huiles d'un effluent en favorisant l'attachement de microbulles d'air aux particules agglomérées, puis leur remontée en surface. Dans la plupart des dérives constatées en exploitation (turbidité en sous-verse, entraînement de fines, flottats trop humides, colmatage d'étapes aval ou surconsommation de réactifs), la cause racine se situe moins dans l'hydraulique du flottateur que dans une coagulation-floculation insuffisamment cadrée : neutralisation de charge incomplète, flocs trop fragiles, cisaillement mal maîtrisé, ou temps de contact inadapté.

Techniquement, l'objectif amont du DAF est double :

• Former des flocs attachables aux microbulles (surface et densité apparente compatibles avec la flottation).
• Produire un matelas de flottats drainant, pour améliorer la siccité et réduire les volumes de boues à évacuer.

Cette approche est au coeur des optimisations menées par KWI FRANCE sur des effluents industriels variables (agroalimentaire, chimie, recyclage, papeterie) et sur des applications municipales (clarification/épaississement par flottation), via audits, mise en service, essais et location de pilotes.

Dérives courantes : chimie, Gt et cisaillement

Variabilité d'effluent : le piège du pilotage "dose fixe"

Sur de nombreux sites, les réactifs sont encore pilotés de façon empirique (dose constante ou proportionnelle au débit) alors que l'effluent varie : alternance production/nettoyage, fluctuations de pH et d'alcalinité, variations de température, pics de MES, présence d'huiles et graisses (libres ou émulsionnées), tensioactifs, salinité. Cette variabilité se traduit souvent par une instabilité du couple « coagulation + floculation » : un jour la clarification est stable, le lendemain la sous-verse se charge et les flottats deviennent volumineux et humides.

Choix coagulant/polymère : mécanismes et incompatibilités

Une floculation robuste suppose d'aligner les mécanismes avec la nature de la pollution :

• Coagulants minéraux (sels d'aluminium ou de fer) : neutralisation de charge, formation d'hydroxydes et capture des fines par entraînement (sweep floc).
• Coagulants organiques (ex. polyamines, polyDADMAC) : neutralisation/patching rapide, utiles sur certaines émulsions et colloïdes.
• Polymères (anioniques, cationiques, non ioniques) : pontage entre particules et structuration du floc, mais sensibles au cisaillement et à la qualité de dilution/hydratation.

Les dérives fréquentes sont connues : surdosage de coagulant pouvant conduire à une re-stabilisation de la suspension, polymère inadapté en présence d'OG émulsionnées, ou injection d'un polymère haut poids moléculaire en zone trop turbulente (flocs cassés). Le résultat opérationnel est quasi systématique : flocs moins capturables, turbidité résiduelle, et flottats plus riches en eau interstitielle.

Gradient de mélange (G) et produit Gt : quantifier l'énergie utile

Le gradient de vitesse moyen G (en s-1) est un indicateur classique pour caractériser l'intensité de mélange en coagulation/floculation. En exploitation, raisonner uniquement en « agitation forte/faible » ne suffit pas : il faut relier intensité (G) et temps de contact (t) via le produit Gt, qui exprime une énergie de mélange cumulée et permet de comparer des configurations différentes. Le concept et les définitions usuelles de G (gradient de vitesse moyen) sont décrits dans la littérature technique de référence. Référence technique (SUEZ Water Handbook) sur coagulation-floculation et G.

Deux écueils typiques :

• Mélange trop doux : dispersion incomplète, microflocs insuffisants, attachement bulles/flocs limité.
• Mélange trop intense : flocs cisaillés, relargage de fines, besoin de polymère pour "reconstruire" en continu.

Optimisation : chimie, mélange et temps de contact

Caractériser l'effluent et sécuriser la fenêtre d'efficacité

Avant de modifier les réglages, il est recommandé de consolider des mesures simples mais discriminantes :

• MES (et si possible granulométrie) ; méthode usuelle de référence : NF EN 872 (dosage des matières en suspension).
• Turbidité, conductivité, température, alcalinité, pH.
• DCO totale vs dissoute (indicateur de fraction particulaire à capturer) ; méthodes normalisées historiquement associées à la DCO au dichromate (selon contexte analytique).
• Présence d'OG libres/émulsionnées et tensioactifs (observation + tests de stabilité d'émulsion).

Ensuite, le choix des réactifs doit viser une robustesse industrielle : une combinaison coagulant/polymère offrant une performance maximale dans une fenêtre de dose très étroite est souvent moins intéressante qu'un couple légèrement moins performant au pic, mais nettement plus tolérant aux variations de charge, de pH et de cisaillement.

Jar-tests orientés flottation (et pas seulement décantation)

Des jar-tests restent utiles, à condition d'intégrer des critères réellement corrélés au DAF :

• Taille et résistance au cisaillement des flocs.
• Vitesse de clarification, turbidité résiduelle.
• Comportement du matelas : égouttage, cohésion, facilité de raclage.

Lorsque c'est possible, un essai pilote DAF ou un test "DAF de paillasse" (avec microbullage) améliore fortement la représentativité par rapport à une simple décantabilité.

Séquencer coagulation et floculation : réduire les antagonismes

Une architecture robuste consiste à dissocier :

• Une zone de coagulation à mélange rapide pour disperser le coagulant et déstabiliser les colloïdes.
• Une zone de floculation à mélange plus doux pour favoriser le pontage polymère et la croissance du floc sans le casser.

Cette séparation peut être physique (compartiments) ou fonctionnelle (points d'injection et profils d'agitation différenciés). Elle est particulièrement critique avec des polymères haut poids moléculaire, sensibles au cisaillement à l'injection.

Régler G, t et Gt sur site : méthode pragmatique

Plutôt que d'imposer des valeurs universelles (dépendantes de l'effluent), une démarche opérationnelle consiste à :

• Encadrer l'intensité de mélange (G) par zone (coagulation vs floculation).
• Vérifier le temps de séjour réel (t) : volume utile / débit réel, en tenant compte des by-pass et recirculations.
• Stabiliser le compromis "formation du floc" / "résistance à la rupture".

En pratique, l'optimisation se fait par itérations contrôlées : réglage d'agitation, repositionnement des injections, ajustement des niveaux/volumes utiles, puis suivi d'indicateurs simples (turbidité/MES en sous-verse, texture du matelas, consommation réactifs, stabilité de raclage).

Siccité des flottats : indicateur économique clé

Ce qui influence réellement l'égouttage du matelas

La siccité des flottats dépend notamment :

• De la porosité et de l'eau interstitielle piégée dans le floc.
• De la nature des précipités (ex. hydroxydes métalliques) : ils peuvent contribuer à la capture des fines, mais aussi retenir de l'eau si le floc devient "gélatineux".
• Du caractère hydrophobe/hydrophile des agrégats (huiles, tensioactifs).
• De la cohésion du matelas et du temps d'égouttage en surface avant raclage.

Des sources techniques de terrain indiquent que la flottation peut produire des boues flottées à des teneurs en matières sèches typiquement de l'ordre de quelques pourcents selon application et réglages, ce qui souligne l'enjeu d'optimiser l'égouttage et la logistique boues. Exemple de plage de siccité de boues flottées (DAF).

Surdosage polymère : amélioration apparente, dérive boues

En cas de dérive de qualité, augmenter la dose de polymère peut "masquer" temporairement le problème, mais c'est un faux remède fréquent :

• Risque de mauvaise hydratation et zones à forte viscosité locale (dispersion dégradée).
• Flocs volumineux, plus riches en eau, donc siccité dégradée.
• Flocs parfois plus sensibles à la rupture en hydraulique réelle.

Une correction durable passe souvent par la qualité de mélange, le séquencement d'injection, et la stabilité chimique (pH/alcalinité), plutôt que par l'augmentation continue des doses.

Cadre réglementaire : rejets et pilotage en continu

Références utiles pour stations et industriels raccordés

Les exigences de performance (MES, DCO/DBO, hydrocarbures, phosphore, etc.) dépendent du contexte (ICPE, raccordement au réseau public, rejet au milieu). Pour les systèmes d'assainissement collectif, le cadre français de prescriptions techniques et d'autosurveillance s'appuie notamment sur l'arrêté du 21 juillet 2015 relatif aux systèmes d'assainissement collectif. Pour les stations urbaines, la base européenne est la directive 91/271/CEE sur le traitement des eaux urbaines résiduaires.

Pour les installations industrielles classées, des prescriptions transverses existent sur les prélèvements/consommations d'eau et les émissions. Arrêté du 2 février 1998 (ICPE soumises à autorisation). La conséquence opérationnelle est claire : une floculation instable crée des dépassements intermittents difficiles à expliquer et à corriger du fait des temps de séjour et des effets retard.

Réutilisation des eaux : exigences minimales (selon usage)

Lorsque l'objectif dépasse la conformité de rejet et vise la réutilisation, la clarification doit être encore plus stable, car les étapes aval (filtration, membranes, désinfection) sont particulièrement sensibles aux fines résiduelles. Pour l'irrigation agricole, un cadre européen de référence est le règlement (UE) 2020/741 relatif aux exigences minimales pour la réutilisation de l'eau (à articuler avec les exigences nationales et l'analyse de risques projet).

Solutions DAF KWI : intégrer procédé et équipement

Flottateurs et skids associés aux réglages de floculation

Pour des applications industrielles et municipales, les solutions de KWI s'inscrivent typiquement dans une démarche combinant équipement et mise au point procédé (séquencement d'injection, Gt, temps de contact, recirculation). Sur FranceEnvironnement, les équipements de flottation cités dans ce contexte incluent :

• UNICELL : solution de flottation à air dissous pour clarification d'effluents chargés et/ou gras.
• ECOCELL : skid orienté traitement physico-chimique et flottation, adapté aux stratégies de coagulation/floculation en amont.
• MEGACELL H : flottateur compact visant de hautes performances sur des emprises réduites, où le réglage Gt et le temps de contact deviennent particulièrement déterminants.

Conclusion : la performance se stabilise en amont

Résumé et bénéfices opérationnels

Une flottation DAF stable et "économique en boues" repose d'abord sur une floculation maîtrisée : choix raisonné du couple coagulant/polymère, séquencement coagulation/floculation, réglage quantifié de G et du produit Gt, et temps de contact aligné sur la cinétique réelle. Les gains attendus sont concrets : turbidité/MES en sous-verse plus stables, réduction de surconsommations chimiques, et surtout amélioration de la siccité des flottats pour diminuer les volumes et coûts associés à la filière boues.

Besoin d'un diagnostic ou d'une optimisation sur site ? Contactez KWI FRANCE pour cadrer un audit, des essais (dont pilotes) et une recommandation de réglages et d'équipements adaptés à votre effluent et à vos objectifs de rejet ou de réutilisation.