Chlorhydrate d’aluminium :

Un outil pour aider à répondre à des normes plus strictes et améliorer les opérations

Alors que les usines de traitement de l’eau s’efforcent de répondre à des normes plus strictes, beaucoup se tournent vers le chlorhydrate d’aluminium (ACH) pour améliorer la qualité de l’eau finie, contrôler les coûts et améliorer l’efficacité. Ce coagulant spécialisé peut également aider à réduire les solides chimiques et l’utilisation d’alcali tout en aidant les opérations de l’usine.

Un outil pour aider à répondre à des normes plus strictes et à améliorer les opérations

Les objectifs de turbidité dans le cadre du partenariat de l’EPA pour une eau sûre sont un bon exemple des changements fondamentaux dans la communauté de l’eau au cours des années 90. Ces objectifs exigent une turbidité inférieure à 2 UTN pour l’eau décantée et inférieure à 0,1 UTN pour chaque filtre à tout moment. Les usines ont d’abord augmenté le dosage d’alun ou de fer dans le but d’atteindre ces niveaux, mais cette stratégie a souvent échoué et a entraîné des coûts plus élevés, en particulier pour l’élimination des boues et la demande d’alcali. De nombreuses usines ont alors constaté qu’elles pouvaient obtenir les résultats dont elles avaient besoin à un coût raisonnable avec des coagulants inorganiques améliorés comme l’ACH.

Réduire l’écart

L’ACH combine plusieurs des meilleures caractéristiques des coagulants inorganiques et organiques. Dans un sens très réel, il comble l’écart de performance entre les polymères organiques et les coagulants traditionnels à base de métal comme l’alun et les sels de fer.

Réduire l’écart

L’ACH offre un certain nombre de caractéristiques qui le distinguent du chlorure de polyaluminium (PACl) et de l’alun. C’est le coagulant soluble à base d’aluminium le plus concentré disponible et il possède la basicité la plus élevée. La basicité décrit la quantité d’hydroxyde (ou de groupes OH-) associée aux agrégats d’aluminium. Elle est définie par l’équation suivante Basicité = /(3 x ). Les produits à forte basicité ont une charge positive plus élevée et sont plus efficaces pour coaguler les contaminants chargés négativement.

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LesACH contiennent 23 pour cent à 24 pour cent d’Al2O3, ou plus de 12 pour cent d’aluminium métallique, et ont une basicité de 82 pour cent à 85 pour cent.

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Par contre, l’alun a 8,3 pour cent d’Al2O3 sur une base liquide et aucune basicité, tandis que le PACl a généralement environ 10 pour cent d’Al2O3 et une basicité d’environ 50 pour cent. Comme l’ACH contient plus de métal, son dosage est souvent la moitié de celui nécessaire pour le PACl et environ un tiers de celui de l’alun liquide.

Réduire l’écart

Cette diminution du dosage avec l’ACH est également due à ses caractéristiques de charge. Une partie de l’aluminium métallique de l’ACH est plus cationique (plus chargé positivement) que celui de l’alun ou du PACl. La charge accrue permet à l’ACH de fonctionner avec des dosages de métal plus faibles, ce qui réduit encore la génération de solides chimiques et les niveaux résiduels d’aluminium dans l’eau finie.

Réduire l’écart

L’ACH a également besoin de moins d’alcalinité (ions OH-) dans l’eau brute que le PACl ou l’alun, en raison de sa forte basicité, c’est-à-dire qu’il a une teneur élevée en OH puisque sa formule théorique est Al2(OH)5Cl. Par conséquent, l’ACH, comme les polymères organiques, peut être utilisé aussi bien dans les eaux à haute qu’à basse alcalinité.

Réduire l’écart

Les points suivants illustrent certaines des propriétés et des utilisations de l’ACH.

Réduire l’écart

• L’ACH forme un floc plus fort et plus dense qui se dépose plus rapidement que les flocs plus pelucheux des coagulants inorganiques traditionnels. Ceci est particulièrement important en hiver lorsque l’eau est plus froide et plus visqueuse. De nombreuses usines rencontrent des problèmes avec l’alun à ces moments-là, car les réactions d’hydrolyse ralentissent et un floc moins dense se dépose sur les filtres. Une usine utilisant de l’alun a eu de graves problèmes de précipitation post-filtre dans l’eau froide. Bien que la turbidité soit de 0,22 NTU juste après les filtres, la turbidité à la sortie de l’usine, après que l’eau ait traversé le puits clair, était de 0,46 NTU. Le problème a été éliminé avec l’ACH, qui a réduit la turbidité de l’eau filtrée et de l’eau finie en dessous de 0,1 NTU.

Bridging the gap

• L’ACH aide à traiter les eaux décantées dans les usines conventionnelles comme un auxiliaire de filtration, une application qui est similaire à celle des usines de filtration directe. L’utilisation de l’ACH peut également profiter aux usines utilisant des adjuvants de filtration à base de polymères organiques. Les problèmes avec les polymères organiques surviennent parce qu’ils ne pénètrent pas profondément dans le lit du filtre et peuvent se coller à la surface supérieure, ce qui entraîne l’encrassement du filtre, la formation de boules de boue et des longueurs de passage plus courtes.

Réduire l’écart

• Lorsque l’élimination chimique des solides est plus coûteuse, les installations de traitement peuvent utiliser l’ACH pour réduire les solides. Une station utilisant 75 ppm de sulfate ferrique liquide avait généré 144 lb de solides chimiques/MG. Après être passée à l’ACH, elle a réduit les solides chimiques à 73 lb/MG. En outre, les solides générés par l’ACH se sont déshydratés plus efficacement, diminuant encore les coûts de manutention et d’élimination.

Réduire l’écart

• L’ACH élimine les particules efficacement parce que sa densité de charge cationique est plus élevée que celle des autres coagulants inorganiques. En tant que coagulant amélioré, il élimine généralement les colloïdes et les particules de moins de 10m, une gamme de taille qui englobe les bactéries et les parasites, et qui constitue la partie la plus gênante de la fraction fine.

Bridging the gap

• ACH a le moins d’effet sur les niveaux d’alcalinité de l’eau traitée de tout coagulant inorganique, de sorte qu’il diminue ou élimine la dépression du pH et le besoin correspondant d’alcali. L’alcalinité plus élevée rend également l’eau traitée nettement moins corrosive. Une usine disposant d’une source d’eau à faible alcalinité a constaté que l’ACH augmentait l’alcalinité de l’eau décantée de 30 ppm à 34 ppm, tandis que l’alun l’abaissait à 15 ppm. Une autre usine utilisant 50 ppm de sulfate ferrique pour la clarification, a dû ajouter 46 ppm de carbonate de soude pour stabiliser l’eau finie et la rendre peu susceptible de favoriser la corrosion. Après être passée à l’ACH pour la clarification (à une dose de 11 ppm), elle a réduit la dose de soude à 6 ppm.

Réduire l’écart

• L’ACH est particulièrement habile à gérer les eaux variables dans lesquelles la turbidité, les particules, les matières organiques et d’autres paramètres changent rapidement. De telles eaux peuvent mettre à mal d’autres coagulants à base de métaux. Une usine confrontée à un large éventail de conditions d’eau a évalué le sulfate ferrique et l’ACH au cours de deux grandes excursions comparables de turbidité de l’eau brute. Le dosage de sulfate ferrique est passé de 80 ppm à 130 ppm, tandis que l’ACH est passé de 37 ppm à 45 ppm. L’ACH a donné une turbidité de l’eau décantée légèrement inférieure et une turbidité de l’eau filtrée inférieure d’environ 60 % à celle du sulfate ferrique. L’ACH a eu un temps de réponse plus rapide, en raison de sa plus petite dose. La demande de caustique était inférieure de près de 90 % avec l’ACH qu’avec le sulfate ferrique, ce qui a permis d’améliorer les opérations et de réduire les coûts. L’ACH a également réduit les boues chimiques presque de moitié pendant l’épisode de turbidité élevée, lorsque la demande chimique était élevée.

Réduire l’écart

• L’ACH offre des avantages substantiels pour l’élimination du phosphore. En tant que forme la plus concentrée d’aluminium, il faut beaucoup moins d’ACH en volume pour éliminer le phosphore. Théoriquement, 0,87 Al métal est nécessaire pour éliminer une partie du phosphore. Cela se traduit par 20 ppm d’alun liquide ou 7,25 ppm d’ACH par ppm de phosphore. Étant donné que les coagulants traitent les eaux qui contiennent à la fois du phosphore et des solides en suspension, celui qui élimine les deux le plus efficacement sera le plus bénéfique pour l’ensemble de l’opération.

Bridging the gap

• L’ACH peut être efficace pour l’élimination du carbone organique total (COT) dans de nombreuses usines. Même s’il n’abaisse pas le pH comme le font d’autres coagulants à base de métal, il ajoute des quantités élevées d’un métal hautement chargé qui peut réduire les niveaux de COT.

Réduire l’écart

• En tant que coagulant avec l’alun ou les sels de fer, l’ACH donne aux usines l’option d’utiliser un coagulant familier en même temps qu’un coagulant conçu pour améliorer de nombreux facteurs opérationnels. Par exemple, si un problème de turbidité survient ou si les coûts de la soude caustique sont élevés, les opérateurs peuvent réduire considérablement le dosage du coagulant traditionnel en ajoutant l’ACH. Une usine a abaissé l’alun liquide de 40 ppm à 20 ppm en ajoutant moins de 5 ppm d’ACH, ce qui a considérablement réduit le taux d’alimentation en caustique et les solides chimiques.

Directives d’utilisation

L’alun et l’ACH réagissent pour former un précipité. Lors du passage d’un coagulant à l’autre, il est essentiel de nettoyer les réservoirs, les conduites et les pompes. Si l’ACH est utilisé comme coagulant avec l’alun, l’ACH doit être alimenté par une ligne différente afin que les deux ne se mélangent pas avant l’addition. Les usines doivent également s’assurer que les pompes utilisées avec l’alun peuvent gérer les volumes plus faibles impliqués avec l’ACH.

Lignes directrices pour l’utilisation

Les usines d’eau potable doivent rechercher des fabricants d’ACH qui garantissent la pureté avec de bonnes procédures de contrôle de la qualité. La pureté est souvent affectée par les matières premières utilisées. Par exemple, l’ACH fabriqué à partir de sous-produits industriels peut contenir des métaux lourds ou des composés organiques volatils qui peuvent apparaître dans l’eau finie ou les solides chimiques. Presque aussi importante que la qualité du produit est l’expertise que les fournisseurs peuvent mettre à disposition pour aider à guider les usines de traitement de l’eau lorsqu’elles modifient leur programme de coagulation.

Conclusion

L’ACH offre une approche très efficace de la coagulation qui permet de fortes économies de coûts et d’exploitation tout en produisant une eau de haute qualité. Il offre de nombreux avantages, notamment une réduction du pH, une génération de boues et une élimination de l’alcalinité moindres que les autres coagulants à base de métaux.

Conclusion

Comme le plus polyvalent des coagulants à base d’aluminium, il fonctionne aussi bien dans l’eau des Grands Lacs que dans celle du fleuve Mississippi, dans les eaux à faible ou à forte alcalinité, dans les eaux froides et chaudes, et dans les eaux à forte teneur en particules ou très variables. Il peut également être utilisé un coagulant primaire, un coagulant, ou une aide à la filtration.

Conclusion

A propos de l’auteur : Le Dr Karen Ruehl est directrice des coagulants améliorés chez General Chemical. Elle supervise toutes les activités de vente et de marketing pour les produits de l’entreprise, à savoir l’hydroxychlorure de polyaluminium, l’alun/polymère et l’acide/alun, et encadre son personnel d’ingénieurs en développement de marché.