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METALSORB TM Heavy Metal Chelating Agents 10027-CouvMetalSorb_SP 1 26/01/10 17:55:19

TRAITEMENTS PHYSIC O- CHIMIQ UES LÕinf orma tion prŽs entŽe dans c ette br ochur e est donnŽe de bonne f oi. En lÕŽtat de nos connais sanc es ac tuelles, elle r efl?t e la vŽritŽ. Il est de la r esponsabilitŽ de lÕ utilisateur de f aire un bon us age des pr oduits mentionnŽs ˆ lÕintŽrieur de c ette br ochur e. SNF FL OERGER ZA C de Milieux 4 2163 AndrŽzieux C edex - FRANCE T el: + 33 (0)4 7 7 36 86 00 F ax: + 33 (0)4 7 7 36 86 96 f loer ger@snf .fr GUTENBERG ONLINE REGIONS - TŽl. 04 77 42 35 0 0 / 01 - 20 03 23 SOMMAIRE GŽnŽralitŽs sur la c oagulation et la f loculation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1. La coagula tion : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. 1. 1. Les principes de base de la c oagulation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. 1.2 . Les par ticules c ollo•dales : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. 1. 3. Les mŽc anismes de la c oagulation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. 1. 4. Les coagulants : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 . La flocula tion : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 .1. Les principes de base de la f loculation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 .2. Les par ticules dŽst abilisŽes : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 .3. Les mŽc anismes de la f loculation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 .4. Les floculants : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1 Essais industriels : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.1. La mise en plac e dÕun es sai : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.2 . Les par am?tres ˆ surv eiller et lÕ exploitation des rŽsulta ts : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4 Cons eils en cas de pr obl?mes : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.1. A lÕŽchelle labor atoir e : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.2 . A lÕŽchelle industrielle : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5 ProcŽdŽs de tr aitement des e aux par voie physico-chimique : . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1. Le schŽma gŽnŽr al dÕun pr ocŽdŽ phy sico-chimique : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2 .2 . Les ma tŽriels de tr aitement des e aux : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2 .2 .1. Le bassin de c oagulation et de f loculation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2 .2 .2. Les dŽc anteurs : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2 .2 .3. Les flotta teurs : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2 .2 .4. Les filtr es : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2 .3. Les param?tres ˆ considŽr er dans le choix des pr oduits : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 .3. 1. Les carac tŽr istiques de lÕ effluent : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 .3.2 . Les c onditions de tr avail : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 .3. 3. Les rŽsult ats souhaitŽs : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 Essais labor atoir es : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1. LÕŽchantillonnag e : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3. 1.1.De la solution ˆ tr aiter : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3. 1.2 .Des polym?r es : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2 . Le ma tŽriel de labor atoir e : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.3. Les procŽdur es de tests : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3. 4. Les par am?tres ˆ surv eiller et lÕ exploitation des rŽsulta ts : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3 sommaire Il exist e aujour dÕhui de nombr eux procŽdŽs pour tr aiter les eaux rŽsiduair es. Le plus frŽquemment emplo yŽ dans le monde utilise des c oagulants et des floculants : il s Õagit du pr ocŽdŽ physic o-chimique. 1 45 GŽnŽralitŽs sur la c oagulation et la f locula tion 1 1.1. La c oagulation : La coagula tion reprŽs ente l'Žtape du tr aitement o? les par ticules collo•dales ( assimilables ˆ des sph?r es de taille infŽrieur e ˆ 1 microm?tre) d' une e au donnŽe s ont dŽstabilisŽes. 1. 1.1. Les pr incipes de base de la c oagula tion : Le mot coagulation est is su du latin " coagular e " qui signifie agglomŽr er. En tant que pr o- c es sus unitair e du traitement de l' eau, la c oagulation rŽsult e de l'addition de rŽac tifs chi- miques dans des suspensions aqueus es, afin d'assembler en agrŽga ts plus gros (f locs ou micr oflocs), les par ticules collo•dales dispersŽes. La c oagula tion est une Žtape int ermŽdiaire mais primor diale pour la rŽus site des pr ocŽdŽs phy sico-chimiques de tr aitement des e aux. Elle implique l'Žlimina tion des particules collo•- dales. C ette phas e est la pr emi?re Žtape de la dŽstabilis ation qui c onsiste essentiellement ˆ neutr aliser ou diminuer la char ge Žlec trique et ˆ f av oris er ainsi le r approchement des c ollo•des. 1. 1.2 . Les par ticules c ol lo•dales : Les collo•des s ont des par ticules en suspension dans l' eau dont la taille, infŽrieur e ˆ 1 µm, leur c onf?re une gr ande stabilitŽ. Elles peuv ent ?tre d'origines div erses : lminŽr ales : limons, ar giles collo•dales, silic es, hydroxy des et s els mŽtalliques. lorganiques : acides humiques et fulviques, c olorants, t ensio-ac tifs,... Remar que : Des micro-organismes tels que les bac tŽries, le plancton, les algues, les virus f ont aus si partie des c ollo•des et peuv ent de ce fait ?tr e ŽliminŽs par c oagulation. 1. 1.3. Les mŽc anismes de la c oagula tion : La stabilitŽ et donc l'instabilitŽ des par ticules en suspension dŽpendent de diffŽr entes f or- c es rŽpulsiv es et attr ac tiv es : l Les f orces de V an der W aals, l Les forces de rŽpulsions Žlec trosta tiques, l La gr avitŽ, l Le mouv ement br ownien. La c oagula tion est ˆ la f ois un procŽdŽ chimique et phy sique qui gr‰ce aux rŽactions entre les par ticules et les c oagulants permet la f ormation et l'Žv entuelle sŽdimenta tion des agrŽgats f ormŽs. Les c oagulants qui sont t oujours cationiques, neutr alisent les char ges nŽga tives des c ollo•des et f orment ainsi une mas se spongieus e appelŽe microfloc . Le mŽcanisme de la c oagulation peut s e rŽsumer en 2 Žtapes : 1 - La neutr alisation des char ges : qui c orrespond ˆ une diminution des f orces Žlec triques rŽpulsiv es. 2 - L'agrŽga tion des par ticules. 1. 1.4. Les c oagulants : Deux grandes familles de c oagulants sont actuellement utilisŽes : 1 - Les c oagulants minŽr aux : Principalement ˆ base de sels de F er (FeCl 3, F e(S O 4)2,...) ou d' Aluminium (PAC , sulf ate d' alu- mine,...), c e sont les pr oduits les plus rŽpandus. La char ge ca tionique est appor tŽe par les ions Fe 3+ ou Al 3+ qui v ont f ormer au c ontact de l' e au des hy droxy des de f er : Fe(OH) 3ou d' aluminium : Al(OH) 3. Les principaux a vantag es de c es coagulants s ont une universalitŽ d' applica tion et un faible prix dÕ acha t. gŽnŽralitŽs gŽnŽralitŽs TRAITEMENTS P HYSICO-CHIMIQ UES La coagula tion et la f loculation sont deux phas es bien distinc tes dans un tr aitement phy sico- chimique. C ollo •des stables C ollo •des instables F o rm atio n de micr o flo cs C OA GULA TION 67 2 - Les coagulants or ganiques : La charge ca tionique est appor tŽe par une fonction ammonium qua ternair e fixŽe sur une longue cha”ne polymŽrique. Qua tre principales f amilles de coagulants or ganiques exist ent : l Les polyamines (Floqua t FL 17, Floqua t FL 28 P2 , ....) l Les polyDADMA C (Floqua t FL 45 C , Floquat FL 45 CL V, ...) l Les rŽsines dic yandiamides (Floqua t DEC 50...) l Les rŽsines mŽlamine-f ormaldŽhyde (Floquat FL 42, Floqua t FL 61) Les a vantag es sont un faible do sag e et une quantitŽ de boue pr oduite plus f aible quÕav ec un c oagulant minŽr al (pas de production d'hy droxy des). De plus c es coagulants n 'aff ectent pas le pH ni le Titr e AlcalimŽtrique C omplet (TAC). 3 - Les mŽlang es coagulant minŽr al/coagulant or ganique : Ces mŽlang es permet tent de r assembler a vec un s eul rŽac tif les avantag es des c oagulants minŽr aux et c eux des c oagulants or ganiques (SŽrie Floqua t FLB). Le c oagulant minŽr al utilisŽ pour rŽalis er ces mŽlang es est souvent un s el d'aluminium : le P AC . gŽnŽralitŽs gŽnŽralitŽs TRAITEMENTS P HYSICO-CHIMIQ UES 1.2. La f loculation : La flocula tion reprŽs ente l'Žtape o? les par ticules dŽstabilisŽes s ont rassemblŽes en agrŽga ts. 1.2 .1. Les pr incipes de base de la f locula tion : L'Žtape de f loculation ne peut ?tr e envisagŽe que sur une e au contenant des par ticules dŽjˆ dŽstabilisŽes . Elle est donc la suit e logique de l'Žtape de c oagulation. CH 3 I N+ CH2 CH 2 I CH CH 3 I OH EXEMPLE DESPOLYAMINES n EXEMPLE DESPOLYDAD MA C CH 2 CH CH CH 2 I I CH 2 CH 2 N + CI- CH 3 CH 3 n C ollo •des instables " P onta ge " F o rm a tion de flo cs FL OCULA TION CI- 1.2 .2 . Les par ticules dŽst abilisŽes : L'origine des par ticules dŽstabilisŽes est tr?s v ariŽe et dŽpend essentiellement de la pr ovenanc e de l' eau ˆ tr aiter. Elles peuv ent ?tre issues d' une Žtape de c oagulation prŽliminair e. La char ge (+ ou -) appor tŽe par le floculant sera sŽlec tionnŽe en f onction du type de par ticules dŽstabilisŽes prŽs entes dans l' eau. D' une mani?r e gŽnŽrale, elle peut ?tr e : l Plus ou moins anionique ( - ) pour les particules minŽrales . l Plus ou moins cationique ( + ) pour les par ticules organiques . 1.2 .3. Les mŽc anismes de la f locula tion : Les f loculants, de par leur tr?s haut poids molŽculair e (longue cha”ne de monom?res) et leur pour centag e de char ge ( de 0 ˆ 100%), fix ent les particules dŽstabilisŽes et les r assem - blent sur leur cha”ne. Il va s'en suivr e un grossis sement de la taille des par ticules prŽsentes dans la phas e aqueuse au cours de l'Žtape de f loculation av ec la f ormation de flocs . Les types de liais on, entre les par ticules dŽstabilisŽes et le f loculant, sont principalement des liais ons ioniques et des liais ons hydrog?nes . 1.2 .4. Les f loculants : Parmi plus de 800 f loculants diffŽrents (gamme FL OPAM), nous pouv ons distinguer deux gr andes ca tŽgories de f loculants : 1 - Les f loculants anioniques et non-ioniques : qui appor tent dans le milieu des char ges (-) DiffŽr entes f ormes c ommerciales exist ent : l sous f orme s olide (SŽrie Flopam AN 900, Flopam AN 900 SH, ...) l sous f orme liquide (SŽrie Flopam EM -3-) 2 - Les f loculants ca tioniques : qui appor tent dans le milieu des char ges (+) De m?me, diffŽr entes f ormes c ommerciales exist ent : l sous f orme s olide (SŽrie Flopam FO 4000, Flopam FO 4000 SH, ...) l sous f orme liquide (SŽrie Flopam EM -4- L , Flopam EM -4- CT, ...) 8 9 gŽnŽralitŽs gŽnŽralitŽs TRAITEMENTS P HYSICO-CHIMIQ UES n CH 2 =CH + m CH 2 =CH + NaOH CH 2 CH CH 2 CH I I I I C=O C =O C =O C =O I I I INH 2 OH NH 2 O- Na + n m Acrylamide Acide Acrylique Soude P olyacrylamide anionique Remar que : av ec m = 0, le poly acrylamide est non-ionique POLYA CR YLAMIDES ANIONIQUES ETNON-IONIQUES C opolym?r es dÕacrylamide et dÕ acide acrylique charge anionique(-) R RI I n CH 2 =CH + m CH 2 =C CH 2 CH CH 2 C I I I I C=O C =O C =O C =O I I I INH 2 O CH 3 NH 2 O CH 3 I I I ICH 2 CH 2 N + CH 3 ,C I- CH2 CH 2 N + CH 3 ,C I- I ICH 3 CH 3 n m Acrylamide Monom?r e chloromŽthylŽ P olyacrylamide ca tionique Remarque : av ec R = H AD AM ( acrylate de dimŽth ylaminoŽthyle ) av ec R = CH 3 MAD AM ( mŽthacryla te de dimŽth ylaminoŽthyle ) POLYA CR YLAMIDES CATIONIQUES C opolym?r es dÕacrylamide et dÕ un monom?re chloromŽthylŽ charge c ationique(+) 2 1011 ProcŽdŽs de tr aitement des e aux par v oie phy sico-chimique 2 Ces pr ocŽdŽs s ont caractŽrisŽs par : l une sŽpar ation des s olides de la phas e liquide ( physico-). T rois pr ocŽdŽs s ont le plus s ouvent utilisŽs pour c ette sŽpar ation : la dŽcanta tion, la flottation et la filtr ation. l l'emploi de rŽac tifs ( chimiques) pour la dŽstabilis ation et l' augmenta tion de taille des par ticules c onstituant la pollution. 2 .1. Le schŽma gŽnŽr al dÕun pr ocŽdŽ phy sico-chimique : Les rŽac tifs les plus s ouvent utilisŽs s ont : des coagulants minŽr aux et/ou organiques, des adju - v ants de f loculation (silic e activŽe, talc, charbon ac tif, ...), des f loculants anioniques ou ca tio- niques et des rŽac tifs de rŽgulation de pH tels que les acides et les bas es. Des chŽla tants de mŽtaux lour ds peuvent aussi ?tre injec tŽs au niv eau de l'Žtape de c oagulation. 2 .2 . Les ma tŽriels de tr aitement des e aux : 2.2 .1. Le bassin de c oagula tion et de f locula tion : LÕŽtape de rŽac tion des collo•des et/ ou des particules dŽstabilisŽes a vec les diffŽr ents rŽactifs mis en Ïuvr e a lieu dans des bas sins de formes tr?s v ariŽes. Ces derniers s ont parfois inclus dans le dŽcant eur (DŽcant eur-flocula teur ). Quelques r?gles doiv ent ?tre cependant r espectŽes : l Le volume de c es bas sins sera f onc tion des char ges appliquŽes. l Les points d'injec tion de chaque rŽac tif seront dŽt erminŽs en f onction de leur spŽcificitŽ. P ar ex emple, un c oagulant sera t oujours injec tŽ avant un f loculant. l Les agitateurs (vit esse et taille ) seront aus si sŽlectionnŽs en f onction des rŽac tifs utilisŽs. L 'agita tion doit ?tr e rapide pour l'Žtape de c oagulation (pr ocŽdŽ de f lash mixing a vec un gr adient de vit esse c ons eillŽ de 1000 s -1 ) et lent e pour la f loculation (gr adient de vit esse de l' ordre de 100 s -1 ). 2.2 .2 . Les dŽc ant eurs : DiffŽr ents types de dŽcant eurs existent. Ils doiv ent permettre la sŽpar ation des s olides de la phas e liquide par dŽcanta tion et sont donc dimensionnŽs ˆ par tir d'une vitesse de sŽdimenta tion de par ticule . Les plus c ourants s ont : l Les dŽcant eurs raclŽs : Ils sont alimentŽs par le c entre et l'Žv acuation gr avitair e de l' eau tr ai- tŽe s 'eff ectue sur t oute la pŽriphŽrie v ers une goulotte. Un s yst?me de r aclage Žvit e un talutag e des boues sur les par ois du dŽcanteur et permet un r egroupement de c es derni?res dans une z one destinŽe ˆ leur s outirage. procŽdŽs de tr aitement procŽdŽs de tr aitement TRAITEMENTS P HYSICO-CHIMIQ UES T u y aut erie d' amenŽ e de l' effluent 1 1 T u y aut erie d' Žva c ua tion de s bo ues 2 2 Zo ne de d Žcanta tion 3 3 O uvra g e d' amen Že et de r Žp ar titi o n de l' effluent 4 4 Foss e ˆ bo ues 5 5 Goul ott e de r Žce p ti on de s e au x c larifi Že s 6 6 Po nt t ournant 7 R ac leur de boues 8 8 7 Bac de c o agul ation (f la sh m ix ing ) Bac de f lo cul ation (m Žla ng e le nt ) D Ž ca ntation FL OCUL ANT C O AG UL ANT O RG AN IQUE ( p ol ya m ine, p ol yD A D M AC ) C O AG UL ANT M IN ER AL ( A I 3+, F e 3+) F lot ta tion F ilt ra tion E A U B R U TE E A U T R A I T ƒ E DŽcant eur statique ˆ f ond r aclŽ 1213 procŽdŽs de tr aitement procŽdŽs de tr aitement TRAITEMENTS P HYSICO-CHIMIQ UES l Les dŽcanteurs cylindro-coniques (ˆ flux v ertical) : A la diffŽr ence des dŽcant eurs raclŽs, ils ne po ss?dent pas de s yst?me de r aclage et c 'est l'inclinais on du c™ne qui orient e les boues v ers leur point d'Žv acuation. Ils s ont alimentŽs par le c entre du c ylindre et l'Žv acuation gr avitair e de l' eau tr aitŽe s ' effectue sur t oute la pŽri - phŽrie v ers une g oulotte. l Les dŽcant eurs ˆ f lux horiz ontal : Encore appelŽs dŽcant eurs longitudinaux, ils s e caractŽris ent par leur f lux d'eau horiz ontal. l Les dŽcanteurs lamellair es : Ils sont compo sŽs d' un empilag e de dŽcant eurs ŽlŽmentair es dont les sur fac es pr ojetŽes horiz ontalement v ont s'additionner . Une inclinais on du faisce au d'ŽlŽments permet aux boues de glis ser v ers le bas s ous l'effet de la pes anteur. Sor tie e au clarifi Že 60 ¡ Ex tr ac tio n d es b oue s Arri vŽ e eff luent 5 6 7 1 Entr Ž e d' e au brut e 4 1 Sorti e d' eau clar ifi Že2 Floc ulat ion3 3 Cana l de r Žp ar tit io n d' eau f lo cu lŽ e 4 D Žcanta tio n la m ell aire5 C onc entr atio n de s b oue s 6 7Ex tr ac tio n de s b oue s 2 2 Arriv Že eff luent So r t ie gra vit a ir e e au dŽca ntŽe 2.2 .3. Les Flo ttateurs : A l'inv erse des dŽcant eurs, la sŽpar ation s olide/liquide s e fait par flot tation . C ette f lot tation peut ?tr e naturelle ( densitŽ des par ticules infŽrieur e ˆ 1) ou provoquŽe (fix ation de micr o-bulles sur les s olides). L 'Žlimina tion des boues s e fera donc dans la par tie supŽrieure des Žquipements. P our une f lottation pr ovoquŽe, l' obtention de micr o-bulles est rŽalisŽe par pr essuris ation s oit de l' e au ˆ tr aiter : c 'est la f lot tation dir ecte , s oit par mŽlang e d'une e au auxiliair e prŽalablement s a turŽe d' air sous une pr ession de quelques bars : la flot tation est alors d”t e indirecte . 2.2 .4. Les Filtr es : La filtr ation est un pr ocŽdŽ utilisant le passag e d' un mŽlang e solide-liquide ˆ tr av ers un milieu por eux, pour r etenir les s olides et lais ser pas ser les liquides. Les filtr es sont une t echnologie adaptŽe aux eff luents peu chargŽs ou en traitement de finition. Simplement, nous distinguer ons : l Les filtres ˆ sable. l Les filtr es ˆ toile ou ˆ poches. l Les filtr es ˆ dŽr oulement papier . l Les filtres sous vide (ˆ dis ques ou ˆ plate au) . l LÕultr afiltr ation sur membr anes. Eff luent f loculŽ MŽla n ge air /eau B oue s Rejet e au cl arifiŽ e Rec ircul ation e au D Ž t e n te Mi cro -b ulle s s e f ix a nt su r le s f loc s Air B allon de p re ss uri sa tion 1 1 S ab le 2Pla nch er bŽ t o n 3 3 Bus elure s 4 Entr Že d e l 'e ff lu ent 5C olle cteu r de s o uff le rie 6 E ntr Že ea u d e la va ge e t s or tie ea u f il tr Že 7G oul ot te s d' Žva c u ation des b o ues 2 4 5 6 7 DŽcant eur cylindr o-conique Flottateur Filtre ˆ s able DŽcant eur lamellair e DŽcant eur ˆ flux horiz ontal 3 1415 essais laboratoir es procŽdŽs de tr aitement TRAITEMENTS P HYSICO-CHIMIQ UES 2.3. Les par am?tres ˆ considŽr er dans le choix des pr oduits : Plusieurs par am?tres devront ?tr e pris en c ompte pour la prŽ-sŽlec tion laboratoir e des c oagu- lants et des f loculants ˆ tester mais aus si dans le choix final du c oagulant et/ou du floculant. Nous de vons pr endre en c onsidŽr ation : 2.3.1. Les c ar ac tŽr istiques de lÕ eff luent : l Le pH l La c oncentr ation en ma ti?re s?che l La demande ionique l Le r atio minŽr al/organique l .... 2.3.2 . Les c onditions de tr av ail : l La prŽs ence d'un Flash mixing ou non l Les points d'injec tion l Les conditions de mŽlang e l Le temp s de c ontact l Le temp s de dŽcanta tion l .... 2.3.3. Les rŽsult ats souhaitŽs : (en t erme d Õaba ttement) l MES l TurbiditŽ l C ouleur l DC O Mais aus si la vit esse de dŽcanta tion s ouhaitŽe : INFLUENCE DU POID S MOLECULAIRE Rela tions entr e vit es s e de d Žcanta tion et clarifica tion F o rte F a ib le F a ib le Ele vŽ Clarification V it es s e de d Žcanta tion F a ib le F o rte P o ids mol Žcu lair e du f loc ulant Es sais labor atoir es 3 Les essais labor atoir es s ont indispens ables. Au vu de la lar ge gamme de c oagulants et de f loculants (plus de 1000 pr oduits), les essais labor atoir es doiv ent permet tre : l De sŽlec tionner le ou les pr oduits les plus adaptŽs qui seront t estŽs ˆ l'Žchelle industrielle. l D'av oir une idŽe sur les per formanc es des pr oduits sŽlec tionnŽs : aba ttement MES , DCO, turbiditŽ,... l De dŽt erminer les plag es de dosag es des pr oduits sŽlec tionnŽs (ordre de gr andeur ). l D'optimis er les conditions de mis e en Ïuvre ˆ l'Žchelle industrielle (points d'injec tion, agita tion,...). Remar que : Il f aut toutefois s e gar der d' extrapoler les rŽsulta ts laboratoir es ˆ l'Žchelle industrielle. 3. 1. L ÕŽchantillonnag e : 3.1.1. De la solution ˆ tr ait er : Avant t out es sai labor atoir e, un Žchantillonnag e reprŽs entatif de l'effluent de vra ?tr e rŽalisŽ. P our c e faire, une c onnais sanc e du pr ocess et/ ou de la fili?r e est obligatoir e : l QualitŽ des e aux (pH, MES, MS, couleur , turbiditŽ, DC O,...). l DŽbit hor aire et dŽbit de point e. l Varia tion po ssible de la qualitŽ. l Equipement ac tuel et/ou envis agŽ. 3.1.2 . Des polym?r es : Pour les c oagulants et les f loculants, il n'est pas nŽc essair e dans un pr emier temps de t ester t ous les pr oduits disponibles : lPour les c oagulants , se limit er aux principales f amilles. Par exemple : une poly amine (Floquat FL 17 ), un polyD ADMA C (Floqua t FL 45 C), une rŽsine dic yandiamide (Floqua t DEC 50) et un sel mŽtallique (P AC). l Pour les f loculants , commenc er par sŽlec tionner la char ge ˆ appor ter en t estant les pr oduits is sus d' une gamme po ssŽdant le m?me poids molŽculair e. Par ex emple : la sŽrie Flopam AN 900 SH pour les f loculants anioniques poudr es et la sŽrie Flopam FO 4000 SH pour les f loculants catio- niques poudr es. 1617 essais laboratoir es essais labor atoir es TRAITEMENTS P HYSICO-CHIMIQ UES 3.2. Le ma tŽriel de labor atoir e : L 'Žquipement le plus utilisŽ pour rŽalis er des tests sur un pr ocŽdŽ physico-chimique est le jar-t est . Il permet, en eff et, d'appliquer la m?me agita tion dans plusieurs bŽchers (gŽnŽr alement 6) et ainsi de c omparer directement plusieurs rŽac tifs ou des dosag es cr oissants du m?me rŽac tif. Il f aut aus si prŽvoir de quoi do ser les rŽac tifs : seringues, pipet tes,...ainsi qu 'un chr onom?tr e pour c ontr™ler les t emps d'agita tion. Remar que : Se rŽfŽr er ˆ la brochure PrŽpar ation des P olym?res Organiques pour les mŽthodes de dis solution des c oagulants et des f loculants. 3.3. Les pr ocŽdures de tests : Le but de c e paragraphe n 'est pas d'impo ser une pr ocŽdure de test mais de dŽcrir e les phas es es sentielles et c ommunes aux diffŽr entes pr ocŽdur es existant es. En effet, chaque t est rŽalisŽ doit ?tr e adaptŽ aux c onditions industrielles et ?tr e fonc tion des v olontŽs de l' exploitant. Sur c es crit?r es, chaque t est sera spŽcifique. 3. 4. Les par am?tres ˆ surv eiller et lÕ exploita tion des rŽsulta ts : Les principaux par am?tres ˆ contr™ler dur ant ces essais labor atoir es s ont : lle t emp s de rŽac tion l la taille des f locs l la vit esse de dŽcanta tion l la clarifica tion l le mŽlang e l la rŽsistanc e des flocs Ces par am?tres peuv ent ?tre contr™lŽs visuellement ou ˆ l' aide d'Žquipement tel que le turbi- dim?tr e ˆ 6 sondes dŽv eloppŽ par SNF Floer ger qui permet une mesur e de la turbiditŽ en continu. T out es c es donnŽes s eront r ecueillies dans un table au pour permet tre l' analy se des rŽsulta ts suivant les par am?tres primor diaux retenus. l La dŽcanta tion des flocs : une fois les f locs f ormŽs, une phas e de dŽcantation dŽbut e avec par ex emple des t emps de 20 minut es pour les c oagulants et 10 minut es pour les f loculants. lL'injec tion des rŽac tifs : apr?s a voir prŽparŽ les diffŽr en- t es s olutions de rŽac tifs ˆ tester, leur injec tion doit a voir lieu simultanŽment et ˆ des do ses prŽdŽfinies. l Le mŽlang e des rŽactifs ˆ l'effluent : suit e ˆ l'injec tion, une phas e d'agita tion est indispens ablepour rŽpar tir correctement les rŽac tifs dans l' effluent. C es phases d'agita tion peuv ent v arier en int ensitŽ et en t emps. Nous pouv ons citer en ex emple : P our un c oagulant : 250 rpm pendant 2 minut es puis 40 rpm pendant 15 minut es. P our un f loculant : 250 rpm pendant 10 s ec ondes puis 40 rpm pendant 5 minut es. 500 4 00 3 00 2 00 1 00 0 00 :00 :00 00:0 1:00 00:0 2:00 00:0 3:00 00:0 4:00 00:05 :00 00:0 6:00 00:0 7:00 00:0 8:00 00:0 9:00 00:1 0 :00NTU 1 2 3 TEMPS (mn) So nde 1 E tap e 1 : Injec tion du c oagulant et agita tion r apide ( D Žstabilis a ti on des c olloides ) E tap e 2 : A gita tion lent e ( Aug m enta tion de la taille des flocs ) E tap e 3 : D Žcanta tion Jar-t est aut omatique Jar-t est manuel 5 4 Essais industriels 4 Les es sais industriels doiv ent permettre de c onfirmer les rŽsulta ts obtenus ˆ l'Žchelle labor atoir e. 4. 1. La mis e en place dÕun es sai : Dur ant la pŽriode d' essai, les eff luents doiv ent ?tre reprŽs entatifs et pr oches des c onditions habituelles. La mis e en Ïuvr e des rŽactifs devra ?tr e optimale. ( V oir br ochur e PrŽpar ation des P olym?res Organiques ). La c oncentr ation des rŽac tifs, les points d'injec tion, ... devront ?tr e sŽlectionnŽs ˆ par tir des rŽsulta ts labor atoir es. 4.2 . Les par am?tres ˆ surv eiller et lÕ exploita tion des rŽsulta ts : Les principaux par am?tres ˆ surv eiller sont fonction des rŽsulta ts ˆ obtenir. Les plus c ourants s ont : lDŽbit des rŽac tifs (l/h, kg/h,...) l DŽbit de l' effluent (m 3 /h) l Conc entr ation de l' effluent (g/l) l Point d'injec tion l Clarifica tion l Epais sissement P our l' exploita tion des rŽsulta ts, il est intŽressant de r assembler t outes c es donnŽes dans un table au dans le but de calculer la c onsomma tion des rŽac tifs par m3 d' eau tr aitŽe ou par kg de Ma ti?res S?ches (M.S .) traitŽes. 18 19 conseils essais industr iels TRAITEMENTS P HYSICO-CHIMIQ UES C ons eils en cas de pr obl?mes 5 5.1. A lÕŽchelle labor atoir e : A l'Žchelle labor atoir e, de mauv ais rŽsultats peuvent appar a”tre suit e ˆ : l Une mauv aise inc orpor ation du pr oduit : la vis co sitŽ des f loculants or ganiques peut entr a”ner quelques difficultŽs de mŽlang e. l Un surdosag e : ˆ un c ertain do sag e, les char ges ( + ) ou ( - ) appor tŽes en trop grande quan - titŽ dans l' effluent v ont contribuer ˆ la rŽpulsion des par ticules entre elles. 5.2 . A lÕŽchelle industrielle : En cas de pr obl?me dans le do sag e des rŽac tifs (coagulant, f loculant,...), il est impor tant de pr ocŽder par Žtape pour vŽrifier t ous les points. Le schŽma suivant nous indique la dŽmar che ˆ suivr e : LE DO SA GE D ANS LE TRAITEMENT D ES EAUX V Žrifier le mot eur, les clapets, la canne d'injec tion, ... L a pompe do s eus e f o n c tionne t' elle ? L a q ualit Ž de l' eff luent est -elle identi que ? L a pr Ž par ation du pol ym ?re est -elle c o r ec te ? L e pol ym ?re est -il b ien utilis Ž ? L e pol ym ?re est -il b ien adapt Ž ˆ l' eff luent ? V Žrifier p H et T¡ A dapt er le do sa ge au x nou velles c o nditions apr ?s t e st la bo V Žrifier c o nditions de st oc kage, c o n c e n tr ation du pol ym ? r e , p H , po st-dilution, ... V Žrifier le m Žlan ge, l' a g ita tion, le point d'injec tion, ... T est er une g amme c o m pl ?te au la b or a t o ire NON NON NON NON OUI NON OUI OUI OUI

PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES L’information présentée dans cette brochure est donnée de bonne foi. En l’état de nos connaissances actuelles, elle reflète la vérité. Il est de la responsabilité de l’utilisateur de faire un bon usage des produits mentionnés à l’intérieur de cette brochure. SNF FLOERGER ZAC de Milieux 42163 Andrézieux Cedex - FRANCE Tel: + 33 (0)4 77 36 86 00 Fax: + 33 (0)4 77 36 86 96 floerger@snf.fr GUTENBERG ON LINE REGIONS - Tél. 04 77 42 35 00 / 03 - 2002 2 3 S OMMAIRE Généralités sur les coagulants et les floculants organiques : .......... .... ....................4 1.1. Les coagulants : ....................................................................................................................................4 1.1.1. Caractéristiques : .................................................................................................................................4 1.1.2. Mode d’action : ....................................................................................................................................5 1.1.3. Utilisation et dosage : .......................................................................................................................6 1.2. Les floculants : .....................................................................................................................................6 1.2.1. Caractéristiques : ....................................................................................... ............. ...........................6 1.2.2. Mode d’action : ....................................................................................................................................8 1.2.3. Utilisation et dosage : .......................................................................................................................9 1 Stabilité et nettoyage : .......... .......................................................................... ................. .16 4.1. Stabilité des coagulants et des floculants FLOQUAT et FLOPAM sous leur forme commerciale : ......................................................................................................16 4.2. Stabilité des solutions de polymère : ..........................................................................................16 4.2.1. Pour les coagulants organiques : ................................................................................................16 4.2.2. Pour les floculants anioniques : ..................................................................................................17 4.2.3. Pour les floculants cationiques : ............................................................................................. ....17 4.3. Nettoyage des installations : ..........................................................................................................18 4.3.1. Forme commerciale : .......................................................................................................................18 4.3.2. Coagulant sous forme commerciale ou en solution : ........................................................19 4.3.3. Solution de polymère : ...................................................................................................................19 4Mise en oeuvre laboratoire : .............. ...............................................................................10 2.1. Liquides : ................................................................................................................................................11 2.2. Emulsions : ............................................................................................................................................12 2.3. Poudres et Billes : ................................................................................................................................13 2 Mise en oeuvre industrielle : .............. .................................................... ..........................14 3.1. Liquides : ...............................................................................................................................................14 3.2. Emulsions : ............................................................................................................................................14 3.3. Poudres et Billes : ...............................................................................................................................15 3 Une bonne connaissance des principales propriétés et caractéristiques des polymères organiques utilisés dans le traitement de l’eau permet une utilisation optimale de ces réactifs. sommaire PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES 1 4 5 Généralités sur les coagulants et les floculants organiques 1 1.1. Les coagulants : Il existe deux grandes familles de coagulants :
Les coagulants minérauxqui sont les sels métalliques simples (FeCl 3, Al 2(SO 4)2, …) et les sels métalliques polymérisés (PAC, PASS,…).
Les coagulants organiquesparmi lesquels nous distinguons notamment les polyamines, les polyDADMAC, les résines dicyandiamides et les résines mélamines formaldéhydes. 1. 1.1. Car ac tér istiques : Les deux principales caractéristiques des coagulants organiques sont :
Une très forte densité de charge cationiquepour neutraliser les charges négatives pré- sentes à la surface des colloïdes.
Un poids moléculaire relativement baspour permettre une bonne diffusion des charges cationiques autour de chaque particule et, du fait de leur faible viscosité, une bonne répar- tition du coagulant dans l’effluent. Les coagulants organiques sont le plus souvent sous forme liquideavec une exception pour les polyDADMAC qui peuvent être produits sous forme solide (Billes de polyDADMAC). La viscosité des formes liquides est relativement faible (inférieure à 2 000 centipoises) mais peut atteindre 20 000 centipoises pour les polyDADMAC concentrés. Les concentrationsen matière active sont comprises entre 8 et 70% (exception pour les billes de polyDADMAC qui ont 100% de matière active) avec couramment des concentra- tions entre 40 et 50%. Les poids moléculairesles plus faibles sont obtenus avec les résines dicyandiamides (entre 3 000 et 150 000) et les plus élevés avec les polyDADMAC (au delà de 2 500 000). Colloïdes stables Colloïdes instables Formation de micro flocs 1. 1.2 . Mode d ’ac tion : Les coagulants, qu’ils soient minéraux ou organiques, possèdent des groupements actifs : les charges cationiques (+). Ces charges cationiques présentent une grande affinité pour la surface des particules très fines et colloïdales en suspension dans l’eau qui sont entourées de charges électriques inver- ses (-). Les charges cationiques apportées par l’ajout de coagulant vont donc contribuer à la diminution des forces électriques répulsives par neutralisation des charges autour de chaque particule colloïdale. Cette neutralisation des charges conduit à une déstabilisation des particules très fines, une agglomération des particules s’en suit. Ces agglomérats sont alors appelés des flocsou microflocs. Les flocs, qui sont constitués de très nombreuses particules élémentaires, seront faciles à extraire de la suspension traitée. COAGULATION généralités généralités PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES 6 7 n CH 2=CH + m CH 2 =CH + NaOH CH 2 CH CH 2 CH I I I I C=O C=O C=O C=O I I I I NH 2 OH NH 2 O- Na + nm Acrylamide Acide Acrylique Soude Polyacrylamide anionique Remarque : avec m = 0, le polyacrylamide est non-ionique POLYACRYLAMIDES ANIONIQUES ET NON-IONIQUES Copolymères d’acrylamide et d’acide acrylique 1.2. Les floculants : 1.2 .1. Car ac tér istiques : Les floculants organiques se différencient des coagulants de part :
Leur poids moléculaire qui est nettement plus élevé : de 3 000 000 à 20 000 000 et qui permet au floculant d’agglomérer entre elles des particules déjà déstabilisées.
Une charge ioniquequi est fonction des effluents à traiter et qui peut aller de 0 à 100 % d’anionicité (-) ou de cationicité (+).
Des formes physiquesvariées : liquide, poudre, bille, émulsion. Nous distinguons deux grandes catégories de floculants :
Les floculants anioniquesqui apportent dans le milieu des charges anioniques (-).
Les floculants cationiquesqui apportent dans le milieu des charges cationiques (+). Différents taux (pourcentages) de charge ioniquesont disponibles : de 0 à 100 %. On parlera alors de mole pourcent d’anionicité ou de cationicité. Plusieursformes commercialesexistent et elles proviennent de différents modes de polymé- risation :
Poudres: Les monomères sont polymérisés sous forme de gel. Le gel ainsi obtenu est ensuite broyé, puis séché. Le principal avantage de ces produits est la teneur en matière active de 100%.
Billes: Les monomères sont mis en suspension dans un solvant, puis polymérisés. Le solvant est ensuite évaporé pour obtenir des microbilles. Les principaux avantages de ces produits sont l’absence de poussière et une vitesse de dissolution rapide.
Emulsions: Les monomères sont émulsionnés dans un solvant, puis polymérisés. A la fin de la polymérisation, un tensioactif est ajouté. Il va rendre l’émulsion diluable (ou inversable) dans l’eau. Les principaux avantages de ces produits sont leur forme liquide (facilité de mise en oeuvre) et une efficacité accrue sur certaines applications (possibilité d’obtenir des struc- tures moléculaires spécifiques).
Liquides: Les monomères à faible concentration sont polymérisés en solution aqueuse. Le principal avantage de ces produits est leur utilisation immédiate avec une simple dilution en ligne. R R I I n CH 2=CH + m CH 2 =C CH 2 CH CH 2 C I I I I C=O C=O C=O C=O I I I I NH 2 OCH 3 NH 2 OCH 3 I I I I CH 2 CH 2 N+CH 3 ,CI- CH 2 CH 2 N+CH 3 ,CI- I I CH 3 CH 3 n m Acrylamide Monomère chlorométhylé Polyacrylamide cationique Remarque : avec R = H ADAM ( acrylate de diméthylaminoéthyle ) avec R = CH 3 MADAM ( méthacrylate de diméthylaminoéthyle ) POLYACRYLAMIDES CATIONIQUES Copolymères d’acrylamide et d’un monomère chlorométhylé 1.1.3. Utilisa tion et dosag e : Les coagulants s’utilisent en solution plus ou moins diluée.Le taux de dilution sera direc- tement fonction des paramètres de la solution à traiter (concentration, viscosité, …) et des équipements industriels (pompe, débit,…). Une injection directe du coagulant peut être envisagée bien qu’une dilution préalablede ce dernier entre 0,5 et 10%soit recommandée. Le dosagedu coagulant sera évidemment fonction du nombre de charges à neutraliser dans le milieu, donc de la concentration en particules colloïdales de l’eau à traiter. D’autres paramètres influencent le dosage tels que :
L’agitation: un bon mélange du coagulant dans la solution à traiter est indispensable pour que toutes les charges entourant les particules colloïdales soient neutralisées (Flash mixing avec un gradient de vitesse conseillé de 1 000 s -1).
La dilution du coagulant: plus le coagulant est dilué, meilleure est la dispersion de ce dernier dans l’eau à traiter et donc autour des charges à neutraliser. généralités généralités PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES charge anionique(-) charge cationique(+) 1.2 .2 . Mode d ’ac tion : Les floculants, une fois en solution aqueuse possèdent des groupements actifs : des charges (+) et/ou des charges (–). Suivant le caractère plus ou moins ionique du floculant, l’interaction avec les particules s’effectue par des liaisons ioniquesmais aussi par desliaisons hydrogènes (cas des polymères non-ioniques). Le type et le pourcentage de charge électrique à apporter dans le milieu à floculer devront donc être sélectionnés en laboratoire pour les adapter au mieux aux types de particules présentes dans l’eau : minérales, organiques, … Avec leur poids moléculaire très élevé, les floculants permettent d’augmenter la taille de particules déjà déstabilisées (par une coagulation ou non) et ainsi d’ accélérer la séparation liquide/solide. 1.2 .3. Utilisa tion et dosag e : Les floculants doivent impérativement être dissous avant toute utilisation. Cette dissolution est fonction de la forme commerciale :
Pour les produits sous forme solide: après une bonne dispersion de chaque grain séparément dans l’eau, une agitation d’environ une heure est nécessaire pour arriver à maturation. L’agitation doit être suffisante pour maintenir le produit en suspension mais pas trop rapide pour éviter la dégradation mécanique du polymère. Après maturation, une solution uniforme et visqueuse doit être obtenue.
Pour les émulsions: une agitation violenteest nécessaire lorsque l’émulsion entre en contact avec l’eau. La maturation est instantanée et la solution peut être utilisée immédiatement. Un temps de maturation de l’ordre de 10 minutes est toutefois conseillé.
Pour les liquides: une dilution en ligne avec mélangeur statique est suffisante.
En règle générale, nous recommandons des concentrations en matière activede 1 g/l pour les floculants anioniqueset 3 g/l pour les floculants cationiques. Une post-dilution est ensuite souvent mise en œuvre pour faciliter le mélange floculant/solution à traiter par diminution de la concentration et donc de la viscosité de la solution de floculant. Not es :
Ces solutions, même diluées, sont très visqueuses. La viscosité d’une solution de floculant est principalement liée à son poids moléculaire.
Les polymères sont sensibles à la dégradation mécanique (agitation).
Les grains ont tendance à s’agglomérer s’ ils ne sont pas correctement dispersés.
Ces produits répandus sur un sol mouillé, sont extrêmement glissants.
La rapidité de mise en oeuvre des poudres dépend : - de la charge ionique, - de la granulométrie, - de la concentration de préparation, - de la température de l’eau.
Le temps de dissolution pour des floculants sous forme poudre non-ioniquepeut dépasser 4h00.
Les solutions de floculant cationique sont peu stables dans le temps (phénomène d’hydrolyse) et une solution fraîche doit être préparée chaque jour avec un contrôle du pH de la solution. Un pH inférieur à 5,5est recommandé. 8 9 Colloïdes instables " Pontage " Formation de flocs FLOCULATION généralités généralités PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES 2 10 11 Mise en oeuvre laboratoire 2 A l’échelle du laboratoire, le but est de sélectionner et d’évaluer les performances des poly- mères sur un effluent. Une préparation optimale des solutions de polymère permettra l’ob- tention de résultats reproductibles à l’échelle industrielle. Pour préparer de petits volumes de solution (100, 200 millilitres) un équipement minimum est nécessaire :
Des agitateurs: ces derniers peuvent être des agitateurs magnétiques ou mécaniques. Leur but est de créer une agitation suffisante à la dispersion des produits dans l’eau.
Des béchers: en plastique ou en verre et d’un volume compris entre 200 et 1 000 millilitres.
Une balance de précision: elle doit permettre de peser avec une précision de 0,001 gramme.
Une spatule et une main à peserpour les produits sous forme solide.
Des seringues plastiquesou des pipettes pour injecter les produits sous forme liquide. Pour chaque forme commerciale de produit, nous distinguerons les trois phases principales de mise en oeuvre. L’injection d’un coagulant ne nécessite pas de précaution particulière puisque le produit est déjà sous forme aqueuse. Moyennant une bonne agitation, en quelques secondes la solution est prête à l’emploi. L’aspect final de la solution doit être le suivant : une solution sans viscosité apparente, translucide (exception pour les sels de fer) et d’un aspect homogène. mise en oeuvre mise en oeuvre PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES 2.1. Liquides : 12 13 Après 10 minutes d’agitation, la solution doit présenter une viscosité apparente, une couleur blanche et un aspect homogène. Après l’injection, le vortex se referme suite à l’augmentation de viscosité de la solution (Voir paragraphe 3.2 : schématisation d’une inversion)L’injection de l’émulsion se réalise dans le vortex créé par l’agitation. La totalité de l’émulsion doit être injectée le plus rapidement possible. Après 40 minutes d’agitation pour les billes et 60 minutes minimum pour les poudres, la solution doit présenter une viscosité apparente et l’absence de particules translucides (particules de polymère non dissoutes).Après l’injection du solide, les particules ont tendance à gonfler en s’hydratant et deviennent translucides. Le vortex se referme suite à l’augmentation de la viscosité. Pour les solides et à l’inverse des émulsions, l’injection se réalise lentement et dans le vortex : le but étant d’hydrater chaque grain séparémentpour éviter leur agglomération. mise en oeuvre mise en oeuvre PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES 2.2. Emulsions : 2.3. Poudres et billes : 3 14 15 Mise en oeuvre industrielle 3 La mise en œuvre industrielle dépend essentiellement de la forme commerciale des polymères. Les produits liquides tels que les coagulants organiques et les floculants issus d’une réaction de Mannich nécessitent un équipement relativement simple. Ils peuvent être pompés et dilués aisément soit par une dilution en ligne avec mélangeur statique, soit dans un container agité. Pour les floculants sous forme d’émulsion, une simple dilution dans l’eau est impossible. En effet, deux phénomènes interviennent lors de la préparation d’une solution de polymère à partir d’une émulsion :
Une phase d’inversion: le floculant passe d’une phase majoritaire en huile à une phase majoritaire en eau.
Une phase de dissolution: rapide. Ces deux phases sont schématisées dans le graphique suivant :La qualité de l’inversion/dissolution dépend des règles suivantes :
L’émulsion doit être déversée dans un volume d’eau et non l’inverse.
Un cisaillement important doit être appliqué lorsque l’émulsion entre en contact avec l’eau. Ceci évite la formation de grumeaux. Divers équipements existent sur le marché. SNF recommande l’utilisation du Floquip® DE. Les floculants sous forme solide nécessitent un équipement spécifique pour leur dissolu- tion avec au minimum un disperseur à floculant et un bac agité. De plus, il est important de tenir compte du temps de maturation. C’est pourquoi sur des installations classiques nous retrouvons au minimum 2 bacs, dont un bac de mise en solution et un bac de soutirage. Particule de polymère dissoute Huile Huile StabilisantEau Goutte d'émulsion entrante dans l'eau sous agitationTension-actif inverseurEau Huile Huile Particule de polymère Agitation PREPARATION EMULSION PREPARATION POUDRE Eau 1 - Trémie polymère 2 - Pelle de mouillage3 - Agitateurs (90 rpm) 4 - Cloison siphoïde 1 2 3 3 4 1 - Pompe à rotor excentré 2 - Eprouvette de calibration 3 - Mélangeur dynamique 2 4 5 4 - Mélangeur statique 5 - Post dilution 1 3 mise en oeuvre mise en oeuvre PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES FLOQUIP® DE FLOQUIP® DP 3.1. Liquides : 3.2. Emulsions : 3.3. Poudres et Billes : 4 16 17 Stabilité et nettoyage 4 4.1. Stabilité des coagulants et des floculants FLOQUAT et FLOPAM sous leur forme commerciale : * Une stabilité de 12 mois est obtenue sur les émulsions distillées .(Série FLOPAM DW) 4.2. Stabilité des solutions de polymère : Elle est directement fonction de la concentrationde la solution et de la qualité de l’eau utilisée pour la dissolution. 4.2 .1. P our les c oagulants or ganiques : Bien qu’ils apportent aussi des charges cationiques dans le milieu à traiter, ils sont nette- ment moins sensibles que les floculants cationiques à l’hydrolyse. Coagulant Liquide 24 Stabilité en moisFloculant Poudre/bille 24Floculant Liquide 12Floculant Emulsion 6* Concentration Stabilité couramment observéePolyamines 1% inférieure à 24 heuresPolyDADMAC 1% inférieure à 24 heuresRésine Dicyandiamide 1% 24 heures*Mélamine Formaldéhyde 1% 1 heure*PAC 1% 10 minutesSérie FLB 1% 10 minutes Concentration en matière active Stabilité couramment observéePoudre Emulsion 1 g/l 24 à 48 heures5 g/l 8 jours1 g/l 8 heures5 g/l 8 jours 4.2 .3. P our les f loculants c ationiques : Pour les floculants cationiques, un phénomène d’hydrolysedes charges cationiques inter- vient dès que le pHde la solution est supérieur à 5,5. Ce phénomène entraîne une perte des charges cationiques sur la chaîne principale du poly- mère selon la réaction suivante : CH 2 CH I OH- C=O I O I CH 2 I CH 2I H 3CN +CH 3 I CH 3 CI- Hydrolyse RÉACTION D’ HYDROLYSE : CH 2 CH I C=O I OH OH I CH 2 I CH 2I H 3CN +CH 3 I CH 3 CI- 4.2 .2 . P our les f loculants anioniques : La stabilité des solutions de floculants anioniques est relativement bonne : stabilité et nettoyage stabilité et nettoyage PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES *dépend du pH séparation de la charge cationique de la chaîne principale 18 19 4.3. Nettoyage des installations : 4. 3.1. F orme c ommer ciale : Pour les poudres et les émulsions déversées par inadvertance sur le sol, il est important de ramasser ou d’éponger au maximumavant tout ajout d’eau. En effet, ces produits ont ten- dance à gonfler au contact de l’eau augmentant les volumes à ramasser et surtout ils deviennent très glissants. Après cette étape, différents réactifs peuvent être utilisés pour affiner le nettoyage des sols :
FLOPAM Cleaning Solution (voir brochure spécifique).
Eau de javel.
Sel.
Sciure ou tout produit absorbant. Des charges anioniques apparaissent sur chaque monomère ayant subi l’hydrolyse. Ces char- ges réagissent avec les charges cationiques entraînant une accélération de la dégradation du polymère. Les performances en application s’en ressentent immédiatement. Pour pallier ce problème, un ajout d’acidedans le floculant en fabrication peut être réalisé pour obtenir un pH correct après dissolution. La stabilité des solutions de polymère cationique est donc fonction de la qualité des eaux utilisées pour la dissolution (effet tampon avec une eau dure) : Concentration en matière active Stabilité couramment observée sans modification de pHPoudre Emulsion Poudre Emulsion EAU DOUCE EAU DURE 1 g/l 4 heures1 g/l 1 heure1 g/l Perte d’efficacité de 1/2 après 1h1 g/l 10 minutes 5 g/l 24 heures5 g/l 8 heures5 g/l Perte d’efficacité de 1/3 après 1h5 g/l 30 minutes 4. 3.2 . C oagulant : f orme c ommer ciale ou en solution : Pour les coagulants qui sont déjà en solution aqueuse sous leur forme commerciale, un simple rinçage à l’eau est suffisant. 4. 3. 3. Solution de polymèr e : Pour les floculants déjà en solution (moins de 20 g/l), le problème du nettoyage est beau- coup plus simple. Une utilisation du FLOPAM Cleaning Solution permet d’éliminer toute trace de solution. Un rinçage à l’eau sous haute pressionest aussi possible. Not e :
Il est important de ne jamais mélanger une solution de floculant anionique avec une solution de floculant cationique. Une précipitation des polymères apparaît immédiate- ment sous la forme de fils blancs. stabilité et nettoyage stabilité et nettoyage PRÉPARATION DES POLYMÈRES ORGANIQUES