La station de décarbonatation
LES DIFFÉRENTES ETAPES DU TRAITEMENT
LE SCHÉMA DE FONCTIONNEMENT DE LA STATION
Introduction
Depuis plus de trente ans notre Syndicat des Eaux ne cesse de se remettre en question pour distribuer à ses abonnés toujours plus nombreux une eau de bonne qualité.
En effet, les onze communes d’origine sont maintenant au nombre de 85 (33 Communes + 4 EPCI dont 52 Communes membres), et ce sont près
de 45 000 personnes qui sont alimentées par les eaux du SEBVF.
Déjà parfaitement conforme aux exigences fixées par les normes européennes, la qualité de notre eau, exceptée pour le secteur de Lesse-Chenois, est améliorée par un procédé de décarbonatation à la chaux qui, s’il facilite l’entretien de nos conduites, doit surtout satisfaire le consommateur quotidien tout comme l’industriel enfin débarrassé du tartre.
En effet, toutes les eaux naturelles, provenant de sols calcaires, sont chargées de bicarbonates de calcium et/ou de bicarbonates de magnésium. Bien que les eaux proviennent de la nappe des grès du Trias inférieur, l’eau se charge de bicarbonates en traversant les couches de calcaire. La dureté de l’eau (TH) donne une indication sur la teneur en bicarbonates (40°F à Basse-Vigneulles). Le TAC (Titre Alcalimétrique Complet) donne la mesure de la dureté permanente : la différence TH – TAC. L’inconvénient dû à cette dureté est l’entartrage des surfaces chauffées traversées par ce type d’eau. En effet sous l’effet de la chaleur, le bicarbonate se transforme en carbonate de calcium qui précipite, et en gaz carbonique (CO2).
Le but de la décarbonatation est de ramener l’eau à des valeurs de TH de l’ordre de 20 °F et le TAC à 10 °F. La concentration en calcium et bicarbonates est diminuée par précipitation sous forme de carbonates de calcium, après ajout d’un réactif alcalin qui est la chaux (d’autres procédés existent également).
La décarbonatation à la chaux permet à la fois d’abaisser la dureté de l’eau (passage de 40°F en entrée et à 15,6 /20 °F en sortie) et d’éliminer le fer et le manganèse en raison de l’élévation du pH. L’ensemble de l’installation permet de traiter un débit variable de 60m3/h (1 forage) à 450 m3/h en pointe
(5 forages).
La station de décarbonatation a été construite par DEGREMONT et a été mise en service en décembre 1999.
Le Syndicat des Eaux de Basse-Vigneulles et Faulquemont a engagé la réhabilitation de la station de décarbonatation de Basse-Vigneulles, une usine de traitement d’eau potable qui a rendu de bons et loyaux services depuis 20 ans. Son rôle est d’assurer l’équilibre calco-carbonique de l’eau distribuée, rôle très important à la fois pour les particuliers (éviter que le tartre ne se dépose trop dans les canalisations et les organes du réseau AEP) et pour les industriels, qui utilisent l’eau. Le prix réactualisé de cette station est aujourd’hui évalué à environ 3 millions € HT. Pour mener à bien ces travaux de mise aux normes proches de 600 000 € HT, le SEBVF s’est entouré avec son maître d’œuvre LVRD d’une équipe pluridisciplinaire composée par SUEZ pour la partie process et SPIE BATIGNOLLES pour le Génie-civil.
La conception initiale de la station prévoyait de rejeter les effluents dans le milieu naturel : le ruisseau de Basse-Vigneulles. Ce rejet est devenu en 2019 non acceptable, pour une structure telle que la nôtre soucieuse de protéger le milieu naturel. Aussi des travaux ont été engagés en collaboration étroite avec le District Urbain de Faulquemont afin de traiter les rejets de la décarbonatation sur leur station d’épuration, située à l’aval de Basse-Vigneulles le long de la RD74. Un réseau « d’eaux sales » est posé et collecte les eaux de process et les eaux usées (une centaine de litres chaque jour) de l’usine de décarbonatation vers la station d’épuration.
Les eaux pluviales en provenance du site de l’usine de décarbonatation sont traitées avant déversement dans le milieu naturel sur un nouveau filtre à sable créé dans l’enceinte de la station ; pour éviter par exemple les départs de boues dans le ruisseau.
La station de décarbonatation fait également « peau neuve » avec le renouvellement du matériel électromécanique, du parc informatique et de l’automate de la station, qui tous ont une vingtaine d’années. Des compléments de matériels, aujourd’hui courants sur les installations modernes, sont aussi installés : mesure de poids sous le silo, contrôles des niveaux, indicateurs de déversements, mesures de pression,…,
Enfin et pour favoriser l’exploitation, dont l’évacuation des boues de process revalorisées en agriculture, des aménagements sont aussi mis en œuvre sur le site tels qu’une aire de réception des boues, une zone aménagée de circulation sur la station, et la dépose de matériels aujourd’hui obsolètes qui constituent souvent des obstacles à la circulation des engins.
Les différentes étapes du traitement
Toutes les eaux naturelles, provenant de sols calcaires, sont chargées de bicarbonates de calcium et/ou de bicarbonates de magnésium. Bien que les eaux proviennent de la nappe des grès du Trias inférieur, l’eau se charge de bicarbonates en traversant les couches de calcaire. La dureté de l’eau (TH) donne une indication sur la teneur en bicarbonates (40°F à Basse-Vigneulles). Le TAC (Titre Alcalimétrique Complet) donne la mesure de la dureté permanente : la différence TH – TAC. L’inconvénient dû à cette dureté est l’entartrage des surfaces chauffées traversées par ce type d’eau. En effet, sous l’effet de la chaleur, le bicarbonate se transforme en carbonate de calcium qui précipite, et en gaz carbonique (CO2).
Le but de la décarbonatation est de ramener l’eau à des valeurs de TH de l’ordre de 20 °F et le TAC à 10 °F. La concentration en calcium et bicarbonates est diminuée par précipitation sous forme de carbonates de calcium, après ajout d’un réactif alcalin qui est la chaux (d’autres procédés existent également).
La décarbonatation à la chaux permet à la fois d’abaisser la dureté de l’eau (passage de 40°F en entrée et
à 15,6 /20 °F en sortie) et d’éliminer le fer et le manganèse en raison de l’élévation du pH. L’ensemble de l’installation permet de traiter un débit variable de 60m3/h (1 forage) à 450 m3/h en pointe (5 forages).
1/ Oxygénation de l’eau (= cascade de stripage du CO2) :
L’eau brute arrivant des 5 forages de Basse-Vigneulles est aérée par le passage sur des cascades successives permettant ainsi un dégazage et de faire diminuer la quantité de CO2 libre d’une valeur moyenne de 30mg/l à 20mg/l aboutissant à faire augmenter le pH de l’eau. Elle permet de réaliser une économie importante sur la quantité de chaux à utiliser.
2/ Zone de mélange rapide :
L’eau arrive dans une zone de mélange rapide.
Le chlorure ferrique (un coagulant minéral) dosé à 600g/l soit 4% de FeCl3, est injecté dans le premier bassin et est mélangé par deux « flashs mixers ». Le bassin permet d’assurer un bon mélange eau-coagulant et d’augmenter la vitesse de décantation des cristaux de carbonate de calcium en permettant la formation d’agglomérats plus volumineux.
a) Un mélange très rapide.
b) Formation de petits colloïdes, petites particules.
3/ Le réacteur :
L’eau coagulée entre alors dans une seconde zone du réacteur où sont injectés des polymères anioniques (= floculant), du lait de chaux et une injection de boues de carbonates de chaux en recirculation.
- Les polymères anioniques vont permettre la formation de flocs denses et homogènes. C’est-à-dire que les petites particules formées dans le bassin précédent vont s’agglomérer entre elles pour former de très grosses particules.
- Le lait de chaux (formé à partir d’eau et de chaux éteinte en poudre) depuis le silo à chaux d’une capacité de 60 m3 est injecté à un dosage de 50 g/l et va permettre de fixer le calcaire présent dans l’eau.
4/ Zone de décantation et séparation (Le Densadeg) :
L’eau floculée entre dans un décanteur par une large zone d’alimentation qui évite de briser le floc et de créer des remous, assurant ainsi dans cette zone la majeure partie de la décantation.
Les solides floculés entrent dans la zone de décantation où les matières en suspension plus denses se déposent au fond du réacteur. L’eau remonte à travers la structure en nid d’abeille. C’est le principe de la décantation lamellaire à contre-courant (du bas vers le haut).
Ces flocs s’accumulent dans la partie inférieure du décanteur où ils s’épaississent en 2 tranches superposées, délimitées par un cône de recirculation. Dans la tranche supérieure on trouve la boue de décarbonatation en cours de pré-concentration. La tranche inférieure permet un épaississement important des boues, optimisé par l’action d’un pont racleur de fond muni d’une herse. Une petite quantité de ces boues épaissies est recyclée vers le réacteur de mélange et le surplus est périodiquement évacué vers la bâche à boue agitée de 80 m3 (300g/l) avant d’aller une fois par semaine en déshydratation des boues. La siccité en sortie de presse est d’environ 60 %, soit un volume de 42 m3 de boues déshydratées par semaine.
Les boues déshydratées sont reprises en sortie du filtre à bandes par une bande transporteuse puis une sauterelle de 24m de longueur à l’extérieur du bâtiment au niveau du hangar de stockage.
L’eau claire se trouve en surface et, est collectée par des goulottes pour être envoyée vers 3 filtres à sable.
5/ Zone de filtration sur filtre sable :
Avant de passer par les filtres à sable de type AQUAZUR V, au niveau du col de cygne, on y injecte du CO2 pour abaisser le pH car en sortie de process, le pH est supérieur au pH d’équilibre.
L’eau est distribuée au-dessus du sable par le déversoir d’entrée. Elle traverse le sable où les matières en suspension sont retenues. Les busulures équipant le plancher collectent l’eau uniformément dans une chambre située sous le plancher.
La vitesse de filtration est de l’ordre de 7 m/h sur une surface totale de 60 m2.
Les 3 filtres à sable se lavent en alternance toutes les 200 heures selon la perte de charge.
En sortie des filtres à sable, l’eau est chlorée par injection de chlore gazeux.
L’eau passe par une conduite sous terre vers la station n° 2 pour être stockée dans une bâche de 1 000 m3 puis est pompée par un groupe de 3 pompes (2 x 250 m3/h et 1 x 360 m3/h).
Volume journalier : 6 000 à 8 000 m3/jour sur 20 heures.
Maximum autorisé : 9 000 m3/jour sur 20 heures.
Quelques données financières :
Montant total des travaux : 1 924 435 € HT (mise en service en décembre 1999)
Montant des subventions du Département de la Moselle : 488 000 € HT
Montant des subventions du FNDAE : 320 000 € HT
Prix au m3 de l’amortissement : 0,043 € HT/m3 (sur la base d’une durée d’amortissement de 15 ans pour la part équipements et 40 ans pour la part génie civil)
Prix au m3 du fonctionnement : 0,15 € HT/m3
Le schéma de fonctionnement de la station
