TD12 synthèse du cours Traitements des eaux.
Les trois grandes catégories d’eaux usées :
o Les eaux usées des ménages : douche, machine à laver, toilette, éviers, etc.
o Les eaux usées industrielles : eaux rejetées après utilisation dans l’industrie.
o Les eaux de pluies et de ruissellement : eaux de pluies, tombant sur les sols, etc.
Partie n°1 : Séparation des mélanges : A) Quelques définitions :
Un corps simple est seul. Exemple l’eau
Un mélange est composé de plusieurs corps simples, de plusieurs choses. Exemple : Le jus d’orange est un mélange : il contient de l’eau, du sucre, de la pulpe, un arôme, un colorant….
Un mélange hétérogène est un mélange pour lequel l’œil distingue au moins 2 constituants. Exemple de mélanges hétérogènes: Dans le Perrier on observe de l'eau et des bulles (présence d'un gaz), dans le jus d'orange on observe du jus et de la pulpe.
Un mélange homogène est un mélange pour lequel l’œil ne distingue qu’un seul constituant. Exemple de mélanges homogènes : eau + sirop de menthe= un seul mélange vert.
L’eau minérale en l’observant à l’œil nu semble être un corps simple (composée que d’eau), en réalité elle est composée de corps dissous invisibles à l’œil nu tels les sels minéraux ou certains micro-organismes comme des bactéries inoffensives pour la santé. La notion de mélange est associée { l’échelle d’observation, on n’observe pas la même chose à l’œil nu et au
microscope….
B) Quelques techniques de séparation des mélanges : La décantation :
La décantation est une technique qui permet de séparer les solides (qui ne flottent pas) du liquide en laissant reposer le mélange. Les solides les plus lourds se déposent au fond du récipient, les plus légers restent à la surface du liquide.
La filtration :
La filtration est une technique qui permet de séparer les solides des liquides en utilisant un dispositif de filtration. Les particules solides sont bloquées par le dispositif de filtration. Le liquide obtenu sans solide s’appelle un filtrat.
Pour le dispositif de filtration, il est possible d’utiliser différents matériaux. Plus la taille des mailles « trous » du dispositif de filtration sera petite et plus elles bloqueront de petites particules solides. Pour éviter de boucher le dispositif de filtration, il faut toujours commencer par utiliser un dispositif avec de grosses mailles (exemple gravier), puis utiliser progressivement un dispositif de plus en plus petit au niveau du diamètre des mailles.
Exemple : filtrer l’eau au travers d’un grillage, puis au travers de gravier, puis au travers de sable.
source : site la main à la pâte, filtration de l’eau boueuse, cycle3 La centrifugation :
La centrifugation est une technique permettant de séparer les composés d'un mélange en fonction de leur densité en les soumettant à une force centrifuge. Le mélange à séparer peut être constitué soit de deux phases liquides, soit de
particules solides en suspension dans un fluide. L'appareil utilisé est une machine tournante à grande vitesse appelée centrifugeuse.
Exemple : essoreuse à salade.
La distillation :
La distillation permet de séparer soit des liquides, soit des composés dissous dans un liquide.
Dans le cas de composés dissous, sous l'effet de la chaleur, les liquides se vaporisent et en passant dans le réfrigérant (plus froid), ils se liquéfient (condensent). En sortant du réfrigérant, les liquides ne contiennent plus de substances dissoutes. (Sauf présences de micro-organismes présents dans le réceptacle final) car les substances dissoutes restent au fond du ballon.
La distillation permet aussi de séparer un mélange de liquides. En chauffant, le liquide le plus volatil (celui qui passe de l’état liquide à l’état gazeux pour une température d’ébullition la plus petite), va se vaporiser en premier, puis se condenser (repasser à l’état liquide) en passant dans le réfrigérant. On obtiendra ainsi le premier liquide. Puis quand la température augmentera, se sera le second liquide qui se vaporisera, etc, etc….Rappel lors d’un changement d’état la température reste constante (palier).
Partie n°2 : Traiter l’eau :
Les eaux usées sont un mélange d’eau et de nombreux composés : feuilles, boues, produits chimiques (détergents, nitrates, métaux lourds, trace de médicaments, sels minéraux, etc…), micro-organismes (bactéries pathogènes ou pas, etc…). Le
traitement de l’eau doit pouvoir enlever au maximum tous les composés indésirables dangereux pour l’environnement ou pour la santé.
Il y a deux objectifs pour le traitement de l’eau :
o Soit transformation de l’eau en eau potable : production d’une eau potable o Soit traitement des eaux puis rejet dans le milieu naturel : épuration d’une eau
Il faut retenir qu’on utilise des techniques physiques (la filtration, la décantation), chimique (ozonation, perchloration) et biologique (bactérie) pour traiter l’eau.
PRODUCTION D'UNE EAU POTABLE
Schéma du centre de production d'eau potable de Sainte Marthe (MARSEILLE)
Le volume quotidien traité est environ 420 000 m3 et représente 55 % des besoins en eau potable de la ville de Marseille. L'eau est captée dans la Durance à 80 km de là, et acheminée via le canal de Marseille. Des contrôles sont effectués en amont du pompage pour détecter une éventuelle pollution accidentelle. En cas de problème, celui-ci est immédiatement stoppé.
Traitement de l'eau : il en existe trois types, physiques (mécaniques), chimiques et biologiques.
1- Dégrillage et défeuillage (physique): les feuilles et les corps flottants volumineux sont retirés.
Détecteur biologique de pollution:
Il permet le contrôle de la qualité de l'eau à l'aide de truitelles qui évoluent dans un aquarium alimenté en continu par l'eau à surveiller. Leur comportement est analysé et toute anomalie déclenche une alarme.
2- Préchloration (chimique): elle désinfecte l'eau brute dès son arrivée dans le centre, afin de limiter le développement ultérieur de micro-organismes (cette opération peut être renforcée en été).
3- Coagulation et floculation (chimique): elle est utilisée pour éliminer la turbidité de l'eau (micro-particules comme l'argile responsable d'un trouble de l'eau, couleur jaunâtre).
Dans un premier temps, la coagulation, par un ajout de sels métalliques (généralement de fer ou d'aluminium), permet de supprimer les répulsions intercolloïdales (les particules colloïdales sont chargées électronégativement) : les cations métalliques (Al3+ et Fe3+) se lient aux colloïdes et les neutralisent. Les particules colloïdales peuvent désormais se rencontrer.
Dans un second temps, la floculation permet de s'attaquer au problème du faible diamètre (de 1 nm à 1 µm) des colloïdes. Le véritable souci est en fait la masse, qui ne permet pas une décantation naturelle et exploitable dans le cadre d'un traitement. La solution exploitée par la floculation est de provoquer, grâce à l'ajout de floculant, une agglomération des particules colloïdales. Par la suite, cet agglomérat de colloïdes appelé floc dispose d'une masse suffisante pour pouvoir se décanter. Le floculant ajouté est généralement un polymère (c'est-à-dire une longue molécule constituée par la répétition d'un motif de base), qu'il soit organique ou naturel, qui va jouer le rôle de colle entre les colloïdes.
4- Décantation (physique): l'eau floculée se clarifie par simple décantation.
5- Filtration (physique): en traversant les filtres de sable quartzique, l'eau se débarrasse des plus fines particules en suspension (élimination rigoureuse des flocs).
6- Ozonation (chimique): l'ozone élimine bactéries et virus et parachève le traitement de l'eau.
L'ozone est un gaz de formule O3 que l'on fait buller dans l'eau. En se décomposant en dioxygène O2, il a une action bactéricide et antivirus, mais agit aussi sur les matières organiques en brisant les molécules (comme les traces éventuelles d'hydrocarbures). Il favorise ainsi la qualité gustative de l'eau.
7- Post-chloration (chimique): une quantité infinitésimale (l'équivalent d'une goutte pour 5 baignoires) de chlore permet de préserver la qualité de l'eau potable pendant son transport vers le robinet du client (stérilisation). C'est l'une des consignes de sécurité du Plan Vigipirate.
ÉPURATION D’UNE EAU USÉE
Station d'épuration de Marignane La Palun
C'est la première station régionale à être dotée d'une filière de dénitrification et de déphosphatation qui permet d'éviter l'asphyxie du milieu naturel par l'eutrophisation.
Elle assure également la protection de l'étang de Berre et du canal du Rove à travers un traitement biologique.
Il existe deux types de traitements : les traitements physico-chimiques adaptés à la pollution en suspension, les traitements biologiques adaptés à la pollution dissoute.
Les traitements de cette station comportent six phases :
1- Dégrillage (physique): il retient les matières les plus volumineuses.
2- Dessablage- déshuilage (physique) : il permet de récupérer les sables et les graviers par décantation, alors que les corps gras émulsionnés à la surface du bassin sont éliminées par flottation.
3- Dénitrification (biologique): dans la zone d'anoxie, les bactéries privées de dioxygène transforment les nitrates en azote gazeux: NO3- => N2.
4- Déphosphatation (biologique): dans la zone d'aération, les bactéries assurent, en milieu oxygéné, l'épuration des effluents.
De plus, le dioxygène transforme l'azote ammoniacal en nitrate: NH3+ => NO3-.
Enfin, l'adjonction de sulfate d'alumine (chimique) permet la précipitation du phosphore.
5- La clarification, ou décantation secondaire (physique), permet de piéger les particules secondaires et les boues issues de l'épuration au fond du bassin.
6- L'épaississement des boues en assure la concentration. Elles sont ensuite déshydratées et évacuées pour une valorisation.
Valorisation des boues : épandage (interdit), méthanisation CH4.
A savoir : Lorsque la quantité d’eau à traiter devient trop importante pour la station d’épuration (lors de fortes pluies par exemple), la station d’épuration rejette une partie de l’eau sans traitement total…
Assainir les eaux usées d’une manière écologique :
A l'aide de roseaux. Les roseaux en question sont les Phragmite Australis Communis : ils sécrètent au niveau de leurs racines des substances activant la prolifération de bactéries. Celles-ci vont puiser les éléments nécessaires à leur développement, épurant ainsi les eaux usées des contaminants présents. Utilisée depuis longtemps, cette technique reconnue et expliquée scientifiquement depuis les années 50 et maintenant répandue pour l’épuration des eaux usées. C’est un procédé très utilisé dans les pays scandinaves. Il est adapté aux petites stations.
A lire :
Document sur les médicaments et sur les nitrates.
