La clarification est une opération de séparation liquide/solide. Les solides sédimentent sous l'action de la pesanteur.
Clarification (décantation)
Séparer liquide et solide
Cette étape de clarification est le plus souvent précédée d'une étape de coagulation/floculation qui permet la déstabilisation des colloïdes et leur rassemblement en flocs de taille suffisante pour qu'ils sédimentent.
Il reste à instaurer un régime hydraulique qui permette à ces flocs, très légers, de se déposer dans un ouvrage d'où l'on pourra les évacuer facilement. C'est le rôle de la décantation et des décanteurs.
La décantation se déroule en flux continu. Il existe plusieurs types de flux :
- flux horizontal (généralement pratiqué en décanteur parallélépipédique),
- flux vertical (généralement pratiqué en décanteur cylindro-conique, la zone de décantation se situant dans la partie cylindrique),
- flux incliné en décanteur lamellaire à contre-courant ou à co-courant.
Décanteurs horizontaux
Les décanteurs horizontaux sont les plus anciens. Ils équipent les grandes installations mondiales de production d'eau potable et stations d'épuration, notamment les usines de Choisy-le-Roi, Neuilly-sur-Marne et Méry-sur-Oise (alimentant la majeure partie de la banlieue parisienne).
Le décanteur horizontal est constitué d'une cuve parallélépipédique en forme de couloir (d'où le nom également de décanteur couloir). L'eau floculée pénètre à une extrémité et l'eau décantée ressort à l'autre extrémité suivant un écoulement horizontal.
Les décanteurs horizontaux sont des ouvrages volumineux nécessitant une emprise au sol importante. Pour réduire celle-ci, au lieu de traiter le débit Q avec un seul ouvrage, on traite le débit Q/n sur n ouvrages empilés les uns sur les autres. Ce sont des décanteurs à étages.
Décanteurs lamellaires
On peut accroître la capacité d'un décanteur en augmentant la surface de décantation.
Pour ce faire, il suffit d'ajouter des surfaces inclinées dans le décanteur. En théorie, pour augmenter la capacité d'un décanteur, on peut réduire à l'infini la distance qui sépare les plaques.
Cependant, il est nécessaire de laisser entre chaque plaque une certaine distance permettant l'accumulation des boues. Cette condition détermine l'écartement minimal des plaques.
Les modules lamellaires sont des plaques planes ou de section trapézoïdale assemblées pour former des conduits. L'espace entre chaque lamelle correspond à un décanteur élémentaire.
Décanteurs à floc lesté
De la loi de Stokes, il ressort que la décantation des particules sera d'autant plus rapide que celles-ci seront plus lourdes.
L'idée est d'alourdir considérablement le floc en le fixant sur des grains de microsable (granulométrie comprise entre 10 et 100 µ) ajoutés à l'eau brute dans une proportion importante.
Il est depuis longtemps admis que la présence de cette charge granulaire modifie complètement le processus de coagulation/floculation.
Au lieu d'assister à la formation de flocs qui grossissent en 15 ou 20 minutes pour atteindre la taille de 1 à 2 mm et se déposer lentement, on voit la masse de microsable traverser très rapidement l'eau en entraînant au passage toutes les matières en suspension et les matières colloïdales. Il se forme un amalgame sable + floc.
Chaque grain de sable devient lui même un floc. La fixation des flocs sur les grains nécessite l'utilisation d'un liant intermédiaire (polymère). Le microsable ainsi activé possède un double effet :
- il agit comme un lest des matières coagulées, accélérant considérablement leur décantation,
- il joue également un rôle d'initiateur de coagulation, les matières coagulées s'agglutinant autour de chaque grain de sable.
Environ 3 minutes suffisent pour obtenir un dépôt de microsable auquel s'est aggloméré l'hydroxyde d'aluminium (ou de fer selon le coagulant utilisé) lui-même lié aux matières à éliminer à l'eau.
Enfin, les grains de microsable présentent une grande surface développée et offrent ainsi une zone importante de réactivité qui permet de surmonter les difficultés de floculation rencontrées avec les eaux froides ou polluées.