Système de flottation à air dissous (DAF) : principe de fonctionnement expliqué
Introduction : Qu'est-ce que DAF ?
La flottation à air dissous (DAF) est un processus physico-chimique de traitement de l'eau et des eaux usées qui clarifie l'eau en éliminant les matières en suspension, les huiles, les graisses et autres contaminants. Contrairement à la sédimentation, qui repose sur la gravité pour faire couler les particules lourdes, le DAF utilise des millions de minuscules microbulles pour faire flotter les particules légères à la surface afin de les éliminer.
Il est largement utilisé dans les industries, notamment la transformation des aliments (viande, produits laitiers, volaille), les raffineries de pétrole, les usines de pâtes et papiers et le traitement de l'eau potable municipale, en particulier pour traiter l'eau avec des particules de faible densité comme des algues ou une couleur naturelle.
Principe scientifique fondamental
Le mécanisme fondamental du DAF est basé sur la loi de Henry sur la solubilité des gaz. Cette loi stipule que la quantité d'air dissoute dans un liquide est directement proportionnelle à la pression appliquée à ce liquide.
En pressurisant l'eau à 400-600 kPa (environ 4-6 bars ou 60-90 psi) dans un récipient spécialement conçu appelé saturateur, un volume important d'air est forcé dans la solution. Lorsque cette eau sous pression et saturée d'air est soudainement libérée dans le réservoir de flottation à pression atmosphérique, la chute de pression fait sortir l'air dissous de la solution, formant des bulles extrêmement fines (généralement de 10 à 100 microns de diamètre).
Ces bulles microscopiques s'attachent aux particules ou flocs en suspension, réduisant ainsi leur densité globale. Une fois que la densité combinée de « l’agrégat particule-bulle » devient inférieure à celle de l’eau, les forces de flottabilité soulèvent rapidement l’agrégat jusqu’à la surface de l’eau.
Processus de travail détaillé étape par étape
Le processus DAF peut être décomposé en quatre étapes principales :
ÉTAPE 01
Prétraitement (coagulation et floculation)
● Avant d'entrer dans l'unité DAF, les eaux usées brutes sont généralement prétraitées avec des produits chimiques.
● Des coagulants (par exemple, sulfate d'aluminium, chlorure ferrique ou chlorure de polyaluminium) sont ajoutés pour neutraliser les charges électriques des fines particules, leur permettant ainsi de s'agglutiner.
● Des floculants (polymères à longue chaîne) sont ajoutés pour lier ces amas en « flocs » plus gros et visibles. Cette étape est cruciale pour piéger les colloïdes et briser les émulsions d’huile afin que les bulles puissent s’attacher efficacement.
ÉTAPE 02
Pressurisation et Saturation de l'Air (La Génération "Eau Blanche")
● Une partie (généralement 8 à 30 %) des eaux usées clarifiées est recyclée dans un système de pressurisation.
● Une pompe de recyclage envoie l'eau vers un fût à air ou un saturateur.
● De l'air comprimé est injecté dans ce flux, dissolvant l'air dans l'eau sous haute pression (4-6 bars).
Le flux qui en résulte, appelé « eau vive » en raison de son aspect laiteux, est une solution sursaturée d’air dans l’eau.
ÉTAPE 03
Zone de contact (libération de bulles et attachement)
● L'eau vive sous pression pénètre dans la zone de contact du réservoir DAF via des buses spécialisées ou une vanne de contre-pression.
● La chute brutale jusqu'à la pression atmosphérique génère une violente libération de microbulles (20 à 30 microns est optimal).
● Ces bulles entrent immédiatement en contact avec les eaux usées floculées entrantes. Grâce à des mécanismes de collision et d’adsorption, les bulles s’attachent aux flocs.
ÉTAPE 04
Zone de séparation (flottation et écrémage)
Le mélange d'eau, de flocs et de bulles attachées pénètre dans la zone de séparation plus grande.
● Flottabilité : Les agrégats bulles-flocs remontent rapidement à la surface.
● Couverture de boues : elles s'accumulent sous la forme d'une couche de boues flottante ou « flotteur ».
● Écrémage : Un écumeur motorisé à chaîne et à vol ou un bras racleur rotatif élimine en continu ces boues flottantes de la surface dans une trémie de collecte pour élimination ou épaississement supplémentaire.
● Collecte des effluents : L'eau clarifiée (traitée), désormais exempte de matières solides, est collectée au fond du réservoir via des laveries ou des déversoirs et est soit évacuée, soit réutilisée.
Résumé visuel du flux
Composants clés d'un système DAF
Réservoir de flottation : bassin où se produit la séparation, souvent en acier (revêtu pour résister à la corrosion) ou en acier inoxydable.
Système de saturation d'air (saturateur) : Un récipient sous pression conçu pour maximiser la dissolution de l'air dans l'eau. Il peut être rempli de médias pour améliorer l'efficacité.
Pompe de recyclage : pressurise le flux d’eau effluente.
Soupape de contre-pression/buses : situées à l'entrée du DAF ; crée la chute de pression nécessaire à la formation des microbulles.
Ensemble écumeur : un mécanisme à chaîne et à vol ou à palette qui écume les boues de surface de l'eau.
Stations de dosage de produits chimiques : pour ajouter des coagulants, des floculants et des ajusteurs de pH.
Les trois types de systèmes de pressurisation
Selon la nature des eaux usées, différentes configurations de pressurisation sont utilisées :
● Pressurisation à plein débit : l'ensemble du flux d'affluent est pressurisé. Idéal pour les eaux usées contenant de fortes concentrations de matières huileuses.
● Pressurisation à débit partiel : seule une partie de l'affluent est pressurisée. Convient aux concentrations modérées à faibles de solides.
● Pressurisation à flux de recyclage (la plus courante) : seul l'effluent (eau traitée) est recyclé et pressurisé. Ceci est idéal pour traiter les flocs ou émulsions délicates qui pourraient être détruites par le mélange intense de la pompe, garantissant ainsi des effluents de la plus haute qualité.
Avantages du DAF par rapport à la sédimentation
DAF offre des avantages spécifiques qui en font le choix privilégié pour certaines applications :
| Caractéristique |
DAF |
Sédimentation |
| Type de particules |
Excellent pour les particules de faible densité (duveteuses), les algues et l'huile. |
Idéal pour les particules lourdes et de haute densité. |
| Heure de démarrage |
Très rapide (environ 30 minutes). |
Lent (heures pour atteindre l’état stable). |
| Empreinte |
Petit ; taux de chargement hydraulique élevés (5 à 20 gpm/ft²). |
Grand; nécessite de longues périodes de détention. |
| Qualité des boues |
Boues plus épaisses (2 à 4 % de matières solides), plus faciles à déshydrater. |
Boues fines nécessitant un épaississement supplémentaire. |
| Sensibilité à la température |
Insensible à l'eau froide. |
L’efficacité de décantation diminue dans l’eau froide. |
Applications typiques
● Eau potable : élimine les algues, la couleur naturelle et les particules à faible turbidité.
● Industrie alimentaire : élimination des graisses, des huiles et des graisses (FOG) des eaux usées des abattoirs, des produits laitiers et des boulangeries.
● Industriel : Traitement des eaux de procédés de raffinerie, finition des métaux et épaississement des boues de papeterie.
● Marine : Traitement des eaux de ballast et des eaux de cale huileuses.
