Etude de la floculation des sédiments

A l’échelle industrielle, le choix de polymère et son dosage est réalisé d’une manière empirique avec une simple constatation visuelle sur la qualité de floc, la limpidité d’eau ainsi que sur la consommation de réactifs pour obtenir une siccité élevée. Les floculants testés sont

des polymères anioniques nommés (EM 533, EM430), cationiques (EM340CT, EM440 CT) et non-anioniques (FAM 4351, FAM 4802). La forme physique des polymères anioniques et cationiques correspond à un liquide visqueux et le polymère non-anionique est similaire à un solide pulvérulent. Ils ont été fournis par la société SNF Florger (Figure 3.4).

Figure 3.4 : Les types des polymères utilisés.

L’objectif de ces essais est de sélectionner et ainsi que déterminer le dosage optimal de chaque polymère testé sur les sédiments étudiés. En général, Le dosage du polymère est mentionné par sa masse (kilogramme par tonne de la masse sèche du matériau).

Le protocole d’essai consiste alors à déterminer l’efficacité de polymères en fonction des dosages injectés sur une concentration de sédiments Ci prédéfinis et mis dans des béchers de 100 ml (Figure 3.5). Les dosages des polymères injectés ont été fixés de 1, 2, 4 et 6 kg/Tonnes pour les polymères cationiques et amorphes, et de 0.5, 1, 2, 3et 4kg/Tonnes pour les polymères anioniques, dont les concentrations des polymères ont été fixées à 5g/l. Une phase d’agitation a été effectuée à 200 tours/min pour disperser les polymères dans le sédiment. Lorsque nous observons des agglomérations des particules, nous diminuons la vitesse d’agitation à 50 tour/min pendant deux minutes afin de favoriser la floculation du matériau. Une fois la floculation terminée, le sédiment floculé est égoutté avec un papier filtre pendant 5 minutes. Ensuite, il est séché à l’étuve à 105°C pour déterminer sa teneur en eau. Les séries des essais ont été réalisées pour deux concentrations (des sédiments lors de la sortie de la drague et à 300g/l). Les résultats obtenus correspondent à la moyenne des trois essais par sédiment et par type de polymère. L’ensemble des résultats est récapitulé dans l’annexe 3. Le tableau 3.4 présente le dosage efficace de chaque type de polymère des sédiments étudiés pour la concentration initiale.

Séparation des phases solides –liquides des sédiments

Figure 3.5 : Exemple d’essai d’optimisation de dosage de polymères cationique EM 340 CT pour les sédiments de l’Angleterre.

Tableau 3.4 : Dosage optimale de différents polymères pour les sédiments étudiés avec une concentration solide lors de dragage.

Résultats :

• Les polymères anioniques conduisent à une séparation solide-liquide très claire et une floculation plus efficace sur le sédiment de la Belgique que celui de l’Angleterre.

• L’effet des polymères cationiques nécessite une grande quantité pour la floculation des sédiments et qui confèrent des flocs importants de la limpidité claire. Nous constatons une meilleure efficacité pour le sédiment de l’Angleterre que celui de la Belgique.

• Les polymères amorphes permettent une floculation moyenne pour les deux sédiments.

• Pour l’effet des polymères sur la concentration solide, nous constatons qu’une faible concentration solide conduit à une floculation efficace et à une diminution importante de la teneur en eau par rapport à une concentration solide élevée.

Sédiments fluviaux SF-Belgique SF-Angleterre

W(%) C (kg/tonnes) W(%) C (kg/tonnes)

Polymères Cationiques EM340 CT 60 2 96 4

Polymères Cationiques EM440 CT 57 4 117 4

Polymères anioniques EM 533 55 2 100 2

Polymères anioniques EM430 50 2 118 3

Polymères amorphes FAM 4351 55 2 123 4

Ces résultats permettent d’apporter des réponses sur la sélection des polymères et leurs dosages pour les deux sédiments. La performance du polymère cationiques EM 340 CT de dosage de 4 kg/Tonnes apparaît évidente pour le sédiment de l’Angleterre sur la taille des flocs, de la limpidité et de la siccité finale. Par contre, nous enregistrons une supériorité du floculant anionique de type EM 430 de dosage 2kg/tonne par rapport au sédiment de la Belgique.

3.2.2 Essai de sédimentation sur les sédiments floculés

En tenant compte des résultats de sélection du dosage optimal de chaque polymère pour les sédiments étudiés, nous avons effectué des essais de sédimentation sur ces sédiments floculés au dosage optimal. Ceci permettra de faire une comparaison de sédimentation du sédiment floculé et de sédiment naturel. Les essais de sédimentation des sédiments floculés ont été réalisés avec le même protocole que celui présentés dans le paragraphe (3.1.3). Les concentrations des sédiments ont été fixées à 300 g/l et celles du floculant à 5 g/l. En faisant floculer les sédiments étudiés par le dosage optimal de chaque polymère, on les met dans des tubes transparents. Les tassements sont suivis au bout d’une heure et sont exposés dans les courbes des figures 3.6 et 3.7.

Figure 3.6 : Evolution des tassements de sédiments de l’Angleterre floculés avec différents types de polymères. -250 -200 -150 -100 -50 0 0 10 20 30 40 50 60 T a ss e m e n t (m m ) Temps(min) EM 340 CT,4kg/t EM 440CT,4kg/t EM533, 2kg/t EM 430,2kg/t FAM 4351,4kg/t FAM 4802,4kg/t

Séparation des phases solides –liquides des sédiments

Figure 3.7 : Evolution des tassements de sédiments de la Belgique floculés avec différents types de polymères.

Selon ces courbes (Figure 3.6 et Figure 3.7), nous avons constaté que les sédiments floculés de l’Angleterre et de la Belgique ont les mêmes tendances de sédimentation pour les différents types de polymères. Nous avons également constaté que la vitesse de sédimentation des sédiments floculés de la Belgique est plus rapide que ceux de l’Angleterre. En revanche, ces sédiments floculés présentent la même phase de sédimentation libre que celle des sédiments naturels, mais avec une vitesse de sédimentation libre plus rapide et une eau surnageant plus claire (Figure 3.8).

Figure 3.8 : Colonnes des sédimentations de sédiments de la Belgique Bruts et floculés. -250 -200 -150 -100 -50 0 0 10 20 30 40 50 60 T a ss e m e n t( m m ) Temps (min) EM 430,2kg/t EM533, 2kg/t EM 340 CT,4kg/t EM 440CT,4kg/t FAM 4351,4kg/t FAM 4802,4kg/t

La vitesse de sédimentation libre des sédiments floculés croît avec plusieurs dizaines de millimètres par minute par rapport aux sédiments naturels. Cette phase est réduite et dure d’environ une heure pour les sédiments naturels (Cs =300g/l), à quelques minutes pour les sédiments floculés. Le Tableau 3.5, présente les caractéristiques de sédimentation libre des sédiments floculés.

Sédiments fluviaux SF-Angleterre SF-Belgique

Durée (min) Vitesse (mm/min) Durée (min) Vitesse (mm/min)

Sédiments naturels Cs=300g/l 60 3 30 5.8

Sédiments floculés Cs=300g/l [10-11] [16-17.8] [3-6] [25-28] Tableau 3.5 : Caractéristiques de sédimentation des sédiments floculés.