FR3083869A1

FR3083869A1 - Procede de determination d'une dose de coagulant pour le traitement d'une eau brute

Info

Publication number: FR3083869A1
Application number: FR1859025A
Authority: FR
Inventors: Sepideh Hassanzadeh; Christophe Caudron; Isabelle Baudin; Delphine Steinmann; Gilles Fay
Original assignee: Suez Groupe SAS
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP7443265B2; FR3083868A1; CN111655631A; AU2019300360B2; JP2021524588A; FR3083868B1; EP3820824A1; CN111356655A; FR3083869B1; US20210155510A1; WO2020012017A1; AU2019300360A1

Abstract

L'invention concerne une méthode de détermination d'une dose optimale de coagulant pour une eau brute comprenant : - une étape de détermination d'une valeur pour l'eau brute d'un premier paramètre organique ; - une étape de détermination d'une valeur pour l'eau brute d'un second paramètre minéral ; - une étape de détermination d'une classe d'eau pour l'eau brute, caractérisée par la valeur du premier paramètre organique et la valeur du second paramètre minéral ; - une étape de détermination d'une valeur pour l'eau brute d'un troisième paramètre organique ; - une étape de définition d'une valeur cible pour l'eau décantée du troisième paramètre organique ; - une étape de sélection d'une fonction entre le troisième paramètre organique et une dose de coagulant ajoutée, ladite fonction étant sélectionnée pour la classe d'eau et pour la valeur pour l'eau brute du troisième paramètre organique ; - une étape d'utilisation de la fonction pour déterminer une première dose de coagulant pour atteindre la valeur cible.

Description

PROCEDE DE DETERMINATION D’UNE DOSE DE COAGULANT POUR LE TRAITEMENT D’UNE EAU BRUTE

DOMAINE DE L’INVENTION

L’invention se situe dans le domaine du traitement de l’eau et plus précisément de la coagulation pour éliminer la matière organique d’une eau brute. En particulier, l’invention se rapporte à une méthode de détermination d’une dose de coagulant à ajouter dans une eau brute pour éliminer la matière organique. L’invention concerne en outre un outil informatique mettant en oeuvre une méthode de détermination d’une dose de coagulant. L’invention concerne également un procédé de traitement de l’eau par coagulation.

ETAT DE LA TECHNIQUE

La coagulation (ou coagulation floculation) est un procédé de traitement de l’eau connu permettant d’éliminer les matières en suspension et la matière organique contenue dans une eau. Ce traitement est applicable aux eaux usées, eaux de rivières et plus généralement tout type d’eau.

Généralement, une première étape est effectuée par ajout de coagulant, le plus souvent des sels métalliques, dans une eau d’entrée dite « eau brute >> (EB). En général, l’eau brute est introduite dans un réacteur ou un bassin et le coagulant est ajouté dans ledit réacteur ou bassin. Une seconde étape consiste ensuite en l’agglomération des particules coagulées à l’aide usuellement d’un polymère. Enfin, une troisième étape de décantation des particules permet la séparation des particules. A l’issue de ces étapes, on obtient une eau de sortie dite « eau décantée >> (ED).

Cependant, les eaux brutes peuvent être sujettes à des variations rapides de qualité en raison de conditions climatiques ou de l’activité humaine. Ces variations modifient les propriétés physico-chimiques des eaux mais également la composition de la matière organique. En conséquence, il est nécessaire de modifier la dose de coagulant à utiliser pour adapter le traitement de l’eau brute. En effet, la dose de coagulant à utiliser dépend de la turbidité et de la matière organique, une matrice complexe de substances organiques communément présente dans les eaux de surface et les eaux souterraines, et plus largement dans tous les types d’eaux. Cette matrice peut être due à l’origine de l’eau mais également à la pollution, par exemple par drainage de bassin versant. De plus, les variations saisonnières, le pH ainsi que d’autres paramètres extérieurs peuvent influencer la quantité ou la qualité de la matière organique.

La performance d’élimination de la matière organique est liée à sa qualité qui est donc très variable et qui est difficile à anticiper.

Aujourd’hui, la réalisation d’essais en laboratoire, typiquement de jar tests, est la manière la plus fiable pour déterminer les conditions optimales de traitement, et particulièrement la dose de coagulant et le pH de coagulation, pour l’élimination de la turbidité et de la matière organique. Le pH de coagulation est un pH ajusté pour améliorer l’efficacité du coagulant. L’ajustement du pH se fait en général dans le réacteur ou le bassin dans lequel le coagulant est introduit, généralement en ajoutant de l’acide dans le réacteur ou le bassin. Cependant ces essais sont chronophages et impossibles à mettre en oeuvre en continu pour pouvoir répondre au besoin des exploitants, notamment lors de variations rapides de la qualité de l’eau brute.

Par conséquent, en général, les opérateurs utilisent des doses de coagulant excessives afin de garantir le respect de l’objectif de qualité, en prenant une marge de sécurité. Ce surdosage entraîne désavantageusement des surcoûts d’exploitation, aussi bien en termes de coûts de réactifs que de coût de traitement des boues car les quantités de boues générées sont plus importantes.

Pour pallier ce problème, il existe des systèmes permettant de déterminer une dose de coagulant à injecter pour atteindre un objectif souhaité de qualité de l’eau en sortie de coagulation. Ces systèmes sont de deux types :

- système à commande rétroactive : la dose de coagulant est régulée par rapport à la qualité de l’eau en sortie du procédé de coagulation ;

- système prédictif : la dose de coagulant est définie par rapport à la qualité de l’eau en entrée du procédé de coagulation (paramètres utilisés : turbidité, absorbance UV à 254 nm, carbone organique total COT...).

Parmi les systèmes à commande rétroactive, il existe un système utilisant le potentiel zêta pour contrôler et optimiser la coagulation (Critchley et al.,Automatic coagulation control at water-treatment plants in the north-west region of England, 1990). Le potentiel zêta permet de mesurer la charge de l’eau, par exemple à l’aide d’un analyseur SCD (Streaming Current Detector). Selon les mécanismes physico-chimiques de la coagulation, le point optimal de la coagulation correspond à un potentiel zêta de 0. Cependant, les variations rapides de débit et les conditions de mélange non optimisées peuvent entraîner des réponses instables et donc une faible fiabilité des résultats. De plus, la mesure est sensible au changement de pH et de minéralisation et il est nécessaire d’étalonner fréquemment l’analyseur pour compenser ces modifications. Il en résulte un système peu fiable. Enfin, le système ne prend pas en compte l’objectif de qualité de l’eau souhaitée en sortie de coagulation, lequel objectif peut varier en fonction des étapes en aval de la coagulation, et notamment en fonction des performances attendues de ces étapes.

Parmi les systèmes prédictifs, il existe des modèles se basant sur des historiques de données. Ces modèles peuvent utiliser une intelligence artificielle tel un réseau neuronal artificiel, le réseau étant alimenté par des données d’historiques d’une usine, et éventuellement des données issues de capteurs (pour caractériser typiquement la qualité de l’eau à différents stades d’un procédé de traitement). L’intelligence artificielle du système apprend des événements du passé, ce qui lui permet de mettre à jour les règles de calcul pour obtenir la meilleure réponse du modèle.

On peut citer des modèles avec régression classique, se référant à des équations classiques du type linéaire, quadratique, logarithmique, exponentiel. Les paramètres permettant de calculer la dose de coagulant sont définis à partir d’historiques de données. Cependant, la précision de ces modèles n’est pas très bonne, étant basés sur des équations simples, alors que les phénomènes de coagulation sont des phénomènes complexes.

On peut citer d’autres modèles plus complexes, tels que décrits dans la publication «MLP, ANFIS, and GRNN based real-time coagulant dosage determination and accuracy comparison using full-scale data of a water treatment plant», Chan Moon Kim and Manukid Parnichkun, Journal of Water Supply,

Research and Technology - AQUA - 66.1- 2017. Le modèle est basé sur un jeu de milliers de données, issues d’historiques d’usine pour définir le meilleur modèle statistique permettant de calculer la dose de coagulant optimale pour l’élimination de la turbidité. Les 3 modes d’intelligence artificielle étudiés (MLP, ANFIS et GRNN) montrent une réponse en adéquation avec les résultats observés sur l’usine et la combinaison des 3 outils permet d’améliorer la précision du modèle sur une gamme large de turbidité eau brute (de 0 à 450 NTU).

L’inconvénient majeur de ces modèles se basant sur des historiques de données est qu’ils sont spécifiques à chaque site. En outre, il n’est pas possible de réaliser une réelle optimisation de la dose de coagulant étant donné que le modèle se base sur d’anciennes données et non sur la qualité de l’eau avant le traitement. Par ailleurs, ces modèles basés sur des historiques ne peuvent que reproduire le passé et non pas l’optimiser. Ils indiquent la dose de coagulant à injecter tel que cela a été fait dans le passé sans garantir que c’est la dose optimale pour délivrer une eau conforme au meilleur coût.

D’autres modèles plus complexes peuvent utiliser des résultats de tests en laboratoire, tels des jar tests, sur une grande variété d’eau. Ces résultats sont utilisés pour définir des constantes d’équations déterminant une quantité de coagulant à utiliser en fonction de la qualité de l’eau en entrée.

A titre d’exemple, un modèle d’optimisation nommé mEnCo (Modelization of ENhanced COagulation) a été développé en Australie par l’Australien Cooperative Research Centre for Water Quality and Treatment). Des équations mathématiques donnent des relations entre le Carbone Organique Dissous (COD) et la dose de coagulant. Les constantes intégrées dans ces équations doivent être déterminées à l’aide de résultats de jar tests issus d’une grande variété d’eaux australiennes. Si le modèle mEnCo donne de bons résultats sur plusieurs usines australiennes, il reste que ce modèle est encore très spécifique à une usine, ou du moins à un type d’eau brute.

Un autre type de modèle prédictif est décrit dans la publication « Predicting DOC removal during enhanced coagulation », Edwards, Journal - American Water Works Association, 89(5), 78-89, 1997 qui présente un modèle de coagulation basé sur les lois de l’adsorption appliqué à l’élimination de la matière organique. L’algorithme du modèle décrit les phénomènes physico-chimiques durant la coagulation. Le modèle d’Edwards a été amélioré par Kastl et al. (2004), qui a divisé la matière organique en 3 fractions :

- la fraction non adsorbable sur les hydroxydes métalliques (fraction inerte à la coagulation),

- la fraction polaire qui peut être éliminée par coagulation en fonction de la dose de coagulant et du pH de coagulation,

- la fraction non-polaire qui peut être éliminée par coagulation seulement en fonction de la dose de coagulant.

Le modèle est basé sur 5 équations avec 5 paramètres inconnus pour déterminer les constantes permettant de faire tourner le modèle : la capacité de sorption maximale, la constante d’adsorption, la fraction d’acides humiques, la fraction non polaire, le pKa des acides humiques. Ces 5 paramètres sont déterminés en réalisant des essais jar tests dans des conditions spécifiques (dose de coagulation et pH de coagulation). Ces 5 paramètres dépendant de la matrice organique (charge, hydrophobicité, taille, type...), ils doivent donc être déterminés pour chaque type de matrice organique.

Les données d’entrée et de sortie sont décrites ci-dessous, avec deux options possibles :

- entrée : teneur en matière organique (COD) de l’eau brute + pH de coagulation + objectif de COD à atteindre en eau décantée => sortie : dose de coagulant,

- entrée : teneur en matière organique (COD) de l’eau brute + pH de coagulation + dose de coagulant => sortie : teneur en COD de l’eau décantée.

Cependant, les modèles Edwards et Kastl présentent les inconvénients suivants : le modèle est spécifique à chaque site, et les constantes qui permettent d’adapter le modèle doivent être déterminées en passant par des essais laboratoires chronophages.

On comprend de ces différents exemples que :

- soit les modèles sont basés sur l’étude statistique d’historiques de données pour définir les constantes des équations permettant le calcul de la dose de coagulant : dans ce cas il n’y a pas d’optimisation possible ;

- soit les modèles sont basés sur des essais laboratoires pour définir les constantes des équations permettant le calcul de la dose : dans ce cas, la mise en œuvre des modèles est chronophage.

En outre, ces modèles sont en général spécifiques à une usine, ou du moins à type d’eau brute.

Enfin, ces systèmes manquent en général de précision.

Ainsi il a été développé un système plus précis, tel que décrit dans la demande de brevet W02009002192, qui décrit des méthodes de calcul de dose de produit chimique pour traiter une eau brute, en prenant en compte la turbidité de l’eau comme mesure du contenu particulaire, ainsi que l’absorbance de l’eau à l’ultraviolet (absorbance UV) et le carbone organique dissous (COD) comme mesure de la matière organique dissoute dans l’eau brute. Ces mesures permettent de prédire une dose de produit chimique à ajouter à l’eau, en utilisant notamment la somme du contenu particulaire et du contenu en matière organique dissoute.

Pourtant, la précision de ces méthodes a besoin d’être améliorée pour utiliser une quantité de coagulant la plus faible possible tout en obtenant un effet maximal de coagulation.

De plus, une telle méthode manque encore de précision, les constantes du modèle étant déterminées de manière empirique et/ou expérimentale et non pas chimique. Elles ne prennent en effet pas en compte tous les paramètres essentiels pour estimer la qualité de l’eau, qui affectent particulièrement les performances de coagulation.

L’invention vise à pallier les inconvénients des méthodes et systèmes pour le dosage de coagulant de l’état de la technique.

L’invention vise une méthode qui permet d’optimiser la quantité de coagulant à utiliser pour le traitement de l’eau, en d’autres termes qui permet de déterminer une dose de coagulant optimale, en évitant notamment de surdoser en coagulant.

Ainsi, il est recherché une méthode permettant d’obtenir une quantité plus précise, fiable et optimale de coagulant à utiliser dans une eau brute, qui soit rapide, simple et efficace et non spécifique à un site et/ou à un type d’eau brute donnée.

EXPOSE DE L’INVENTION

Un premier objet de l’invention est une méthode de détermination d’une dose optimale de coagulant pour une eau brute comprenant les étapes suivantes :

- une étape de détermination d’une valeur pour l’eau brute d’un premier paramètre organique apte à renseigner sur l’aptitude d’une eau à coaguler ;

- une étape de détermination d’une valeur pour l’eau brute d’un second paramètre minéral apte à renseigner sur la charge minérale d’une eau ;

- une étape de détermination d’une classe d’eau pour l’eau brute en fonction des valeurs déterminées pour l’eau brute du premier paramètre organique et du second paramètre minéral, une classe d’eau étant caractérisée par une première plage de valeurs du premier paramètre organique et une seconde plage de valeurs du second paramètre minéral ;

- une étape de détermination d’une valeur pour l’eau brute d’un troisième paramètre organique, ledit troisième paramètre étant apte à renseigner sur la quantité de matière organique d’une eau ;

- une étape de définition d’une valeur cible pour l’eau décantée du troisième paramètre organique ;

- une étape de sélection d’une fonction apte à établir une relation entre le troisième paramètre organique et une dose de coagulant ajoutée à l’eau brute, ladite fonction étant sélectionnée pour la classe d’eau déterminée pour l’eau brute et pour la valeur déterminée pour l’eau brute du troisième paramètre organique;

- une étape d’utilisation de la fonction sélectionnée, de manière à déterminer une première dose de coagulant correspondant à la valeur cible définie pour l’eau décantée du troisième paramètre organique.

Dans ce cas, la dose optimale de coagulant est la première dose de coagulant.

Dans l’ensemble de la description, on définit l’eau brute (EB) comme étant l’eau en entrée (amont) du procédé de coagulation, et l’eau décantée (ED) comme étant l’eau en sortie (aval) du procédé de coagulation.

Dans l’ensemble de la description, par matière organique, il faut entendre la matière organique dissoute, à la différence de la turbidité qui vise le contenu particulaire, ou matière en suspension, dans l’eau.

L’invention vise ainsi une méthode qui détermine une dose optimale de coagulant :

- en intégrant les performances des étapes aval du procédé de coagulation (par exemple, étape d’ozonation ou filtration sur charbon actif en grain), et en définissant alors la dose « strictement >> nécessaire pour l’objectif à atteindre en eau décantée,

- en considérant au moins un paramètre organique et au moins un paramètre minéral de l’eau brute,

- en utilisant des classes d’eaux, chaque classe d’eau étant caractérisée par au moins une première plage de valeurs d’au moins un premier paramètre organique (qui permette de renseigner sur l’aptitude d’une eau à coaguler) et une seconde plage de valeurs d’au moins un second paramètre minéral (qui permette de renseigner sur la charge minérale d’une eau),

- en déterminant la classe d’eau de l’eau brute selon les paramètres organique et minéral,

- en utilisant, pour la classe d’eau déterminée, des fonctions permettant de relier une première dose de coagulant et la matière organique contenue dans l’eau brute, et pour atteindre l’objectif en eau décantée.

Dans chaque classe d’eau, de telles fonctions sont de préférence disponibles dans au moins une base de données apte à fournir, pour chaque classe d’eau et pour des valeurs données pour l’eau brute du troisième paramètre organique, une fonction apte à établir une relation entre le troisième paramètre organique et une dose de coagulant ajoutée à l’eau brute.

Une base de données est définie dans la présente description comme un espace (conteneur, mémoire ...) de stockage.

La base de données peut être alimentée par des essais sur des eaux différentes.

Elle peut être alimentée lors de l’utilisation de la méthode.

Les classes d’eau permettent de classer les eaux brutes dans des catégories plus ou moins fines, en fonction des critères utilisés pour déterminer ces classes d’eaux.

Les classes d’eau permettent à minima de prendre en compte au moins un paramètre de minéralité de l’eau brute.

En outre, la méthode peut intégrer l’effet du pH de coagulation, comme cela est expliqué plus après.

En outre, la méthode peut intégrer la recherche de la combinaison de réactifs (notamment entre une dose de coagulant et une dose de Charbon Actif en Poudre et/ou une dose d’acide) la moins coûteuse pour atteindre l’objectif fixé, comme cela est expliqué plus après.

La détermination des classes d’eau peut comprendre l’utilisation de classes d’eaux déjà déterminées, par exemple stockées dans une base de données.

La méthode selon l’invention permet d’obtenir une quantité plus précise et plus juste de coagulant à utiliser dans une eau brute, qui ne soit pas spécifique à un site, mais qui soit établie en fonction des caractéristiques de l’eau à traiter.

Selon un mode de réalisation, le au moins un premier paramètre organique est choisi parmi l’absorbance UV, de préférence à 254 nm, le carbone organique dissous, le ratio entre l’absorbance UV, de préférence à 254 nm et le COD (Carbone Organique Dissous), ou une combinaison desdits paramètres. L'absorbance UV procure une mesure plus simple, et en général plus économique que la mesure du COD.

Selon un mode de réalisation, la méthode comprend la combinaison de la mesure de l’absorbance UV avec la détermination du COD.

Selon un mode de réalisation, le au moins un second paramètre minéral est choisi parmi le titre alcalinométrique complet, la concentration en ions chlorure, la concentration en ions sodium, la concentration en ions sulfate, la concentration en ions calcium, la concentration en ions magnésium, la concentration en ions silicates, la conductivité, ou une combinaison desdits paramètres.

De préférence, le second paramètre minéral comprend plusieurs paramètres minéraux, typiquement le titre alcalinométrique complet, la concentration en ions chlorure et/ou la concentration en ions sodium.

Selon un mode de réalisation, le troisième paramètre organique est choisi parmi l’absorbance UV, de préférence à 254 nm, ou le COD. L’absorbance UV procure une mesure plus simple, et en général plus économique que la mesure du COD.

Selon un mode de réalisation avantageux, la méthode comprend en outre une étape de détermination du pH de coagulation, la fonction étant sélectionnée également pour le pH de coagulation.

Cela permet d’obtenir une première dose optimale de coagulant en simulant différents pH de coagulation, pour connaître notamment le pH de coagulation optimal.

Dans le cas où les fonctions sont disponibles dans au moins une base de données, celle-ci est apte à fournir pour chaque classe d’eau, pour des valeurs données pour l’eau brute du troisième paramètre organique et pour des valeurs de pH de coagulation, une fonction apte à établir une relation entre le troisième paramètre organique et une dose de coagulant ajoutée à l’eau brute.

Selon un mode de réalisation, la méthode comprend en outre une étape préliminaire de détermination d’une pluralité de classes d’eau, chaque classe d’eau étant caractérisée par au moins une première plage de valeurs d’au moins un premier paramètre organique apte à renseigner sur l’aptitude d’une eau à coaguler et une seconde plage de valeurs d’au moins un second paramètre minéral apte à renseigner sur la charge minérale d’une eau.

Lorsque les classes d’eau sont stockées dans une base de données, ladite base de données peut ainsi être alimentée lors de l’utilisation de la méthode.

Une classe CL, d’eau est par exemple un ensemble d’eaux brutes pour lesquelles la relation entre la matière organique non coagulable d’une eau brute et la valeur (Porg3_eb) pour l’eau brute du troisième paramètre (Porgs) organique est définie par un ensemble de premières relations linéaires Ru.

Une classe CL, d’eau est également par exemple un ensemble d’eaux brutes pour lesquelles la relation entre la matière organique non coagulable d’une eau et le pH de coagulation pHc est définie par une seconde relation R_i2 linéaire, exponentielle ou polynomiale, par exemple polynomiale de second degré.

Une classe CL, d’eau est également par exemple un ensemble d’eaux brutes pour lesquelles la relation entre la DMEA et la valeur pour l’eau brute du troisième paramètre Porgs organique est définie par un ensemble de troisièmes relations linéaires R_i3, et pour lesquelles la DMEA est indépendante du pH de coagulation pH_c.

La DMEA est définie dans la présente description comme étant la dose de coagulant à partir de laquelle le coût de traitement au coagulant devient supérieur au coût du traitement par un réactif alternatif généralement plus cher (exemple au Charbon Actif en Poudre « CAP ») pour la même diminution par coagulation de matière organique exprimée en absorbance UV.

Les différentes étapes de la méthode, et notamment les différentes étapes décrites ci-après sont de préférence implémentées dans un programme, ce qui permet d’avoir une méthode rapide, simple et efficace et qui permette d’avoir la juste dose de coagulant calculée en temps réel, voire d’ajuster en ligne la dose optimale de coagulant.

Selon un mode de réalisation préféré, la fonction est une fonction de type exponentielle pour l’ensemble des classes d’eau, du type :

_y = Ae~^BM + C ;

où y est le troisième paramètre organique, et x la quantité de coagulant, et où les coefficients A, B et C sont déterminables par des relations données selon la classe d’eau, pour une valeur pour l’eau brute du troisième paramètre organique et pour un pH de coagulation.

En d’autres termes, la fonction est de même type pour toutes les classes, mais les coefficients de cette fonction sont différents selon les classes. En outre, ces coefficients sont déterminés, pour une classe d’eau, par des relations donnant lesdits coefficients en fonction de caractéristiques de l’eau brute et/ou du pH de coagulation.

Selon un mode de réalisation particulier, le coefficient C est défini comme étant la valeur de matière organique non coagulable, pour la valeur pour l’eau brute du troisième paramètre organique donnée et pour un pH de coagulation donné.

Selon un mode de réalisation particulier, le coefficient C est relié à la valeur pour l’eau brute du troisième paramètre organique par des premières relations linéaires.

Selon un mode de réalisation particulier (alternatif ou complémentaire du mode précédent), le coefficient C est relié au pH de coagulation par une seconde relation linéaire, polynomiale ou exponentielle.

Selon un mode de réalisation particulier, le coefficient A est égal à la valeur déterminée pour l’eau brute du troisième paramètre organique moins le coefficient C.

Selon un mode de réalisation particulier, le coefficient B est déduit d’une valeur de dérivée seconde de la fonction, du coefficient A et de la valeur déterminée pour l’eau brute du troisième paramètre organique. Par exemple, la valeur de dérivée seconde de la fonction est comprise entre 0.0001 et 0.0009.

Selon un mode de réalisation particulier, la valeur de dérivée seconde de la fonction est atteinte pour une dose de coagulant égale à une dose maximale économiquement admissible, ladite dose maximale économiquement admissible étant la dose de coagulant à partir de laquelle le coût de traitement au coagulant devient supérieur au coût du traitement par un réactif alternatif, et étant déterminable par des troisièmes relations linéaires en fonction de la valeur déterminée pour l’eau brute du troisième paramètre organique.

De préférence, les premières et/ou secondes relations et/ou les troisièmes relations sont disponibles, pour chaque classe d’eau, dans une base de données.

Ladite base de données peut être alimentée par des essais sur des eaux différentes.

Elle peut être alimentée lors de l’utilisation de la méthode.

Selon un mode de réalisation, les valeurs pour l’eau brute du premier paramètre organique, du second paramètre minéral et du troisième paramètre organique sont déterminées par des mesures de l’eau brute, par exemple des mesures en ligne réalisées par un capteur de carbone organique dissous (avec de préférence une étape de préfiltration), un capteur UV (avec de préférence une étape de préfiltration), un capteur de conductivité, ou des mesures par échantillonnage réalisées par un analyseur de titre alcalinométrique complet, un analyseur de concentrations en ions ou une combinaison de telles mesures.

De tels capteurs peuvent également avantageusement suivre la qualité de l’eau tout au long du procédé de traitement de l’eau (pas seulement pour l’eau brute, mais également pour l’eau décantée, voire pour l’eau traitée comme cela est expliqué plus après dans la présente description).

La dose optimale calculée peut être ajoutée automatiquement dans un procédé de traitement par coagulation/décantation.

Selon un mode de réalisation, la méthode comprend en outre la détermination d’une dose d’un second réactif, par exemple un charbon actif en poudre ou un acide, ou encore un autre coagulant, et la détermination d’une première dose de coagulant à ajouter pour atteindre la valeur cible définie pour l’eau décantée du troisième paramètre organique, avec le second réactif.

De manière avantageuse, la méthode comprend une étape de comparaison d’une première dose de coagulant déterminée avec le second réactif avec une première dose de coagulant déterminée sans le second réactif. Cela permet de savoir s’il est plus intéressant d’ajouter un second réactif, ou de mettre davantage de coagulant, ou de calculer le meilleur compromis entre le coagulant et le second réactif.

Selon un mode de réalisation avantageux, la méthode comprend en outre :

une étape de définition d’une valeur cible de la turbidité pour l’eau décantée ;

une étape de détermination d’une deuxième dose de coagulant à ajouter à l’eau brute pour atteindre la valeur cible de la turbidité pour l’eau décantée ;

une étape de détermination de la dose optimale de coagulant à ajouter à l’eau brute, comprenant la comparaison de la première dose de coagulant et de la deuxième dose de coagulant, ladite dose optimale de coagulant à ajouter étant la dose la plus grande entre la première dose de coagulant et la deuxième dose de coagulant.

L’avantage est de s’adapter aux variations de qualité de l’eau brute, que la matière organique ou la turbidité soit prédominante.

Par rapport aux méthodes de détermination d’une dose de coagulant optimale connues de l’état de l’art dans lesquelles la dose de coagulant est fonction de la turbidité et de la matière organique, la méthode selon ce mode réalisation de l’invention détermine la dose de coagulant strictement nécessaire, c'est-à-dire sans surdoser tout en permettant d’atteindre les objectifs en termes de qualité de l’eau en fin de coagulation.

Les inventeurs ont établi que cette méthode permet de diminuer la turbidité et la matière organique de l’eau brute en parallèle. En effet, cela permet d’exploiter en parallèle les deux fonctions chimiques suivantes du coagulant :

pour la turbidité : la neutralisation des charges de surface (bien connu par l’homme de métier) ;

pour la matière organique dissoute : l’adsorption aux hydroxydes métalliques (par exemple décrite dans la publication « Edwards and Kastl » citée plus avant).

Un deuxième objet de l’invention est un outil informatique mettant en oeuvre la méthode de détermination de la dose optimale de coagulant selon le premier objet de l’invention.

Un troisième objet de l’invention est un procédé de traitement d’une eau brute comprenant au moins une étape de coagulation de l’eau brute, la dose de coagulant ajoutée étant la dose optimale de coagulant déterminée par la méthode de détermination de la dose optimale de coagulant selon le premier objet de l’invention.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d’exemple et non limitative, description illustrée par les figures jointes dans lesquelles :

- la figure 1 illustre un premier mode de réalisation de la méthode de détermination de la dose optimale de coagulant selon l’invention ;

- la figure 2 représente une fonction permettant de calculer l’absorbance UV d’une eau en fonction de la dose de coagulant injectée ;

- la figure 3 représente un exemple de répartition d’eaux en classes d’eaux, définies en fonction des concentrations en ions Cl· et Na⁺, du Titre Alcalinométrique Complet (TAC) et du ratio UV₂54nm/COD (SUVA) ;

- les figures 4A et 4B représentent des premières et secondes relations permettant de calculer la valeur de matière organique non coagulable, en fonction de l’absorbance UV de l’eau brute et en fonction du pH de coagulation, pour une classe d’eau ;

- la figure 5 représente schématiquement le mode de calcul d’une dose maximale économiquement admissible de coagulant (DMEA) ;

- la figure 6 représente une série de troisièmes relations linéaires permettant de calculer la DMEA en fonction de l’absorbance UV de l’eau brute, pour une classe d’eau ;

- la figure 7 illustre un procédé de traitement d’eau comprenant une étape de coagulation et une étape avale ;

- les figures 8A et 8B illustrent un mode particulier de la méthode de détermination d’une première dose de coagulant, permettant d’intégrer d’autres réactifs ;

- la figure 9 illustre un second mode de réalisation de la méthode de détermination de la dose optimale de coagulant selon l’invention ;

- la figure 10 illustre des quatrièmes relations permettant de déterminer une deuxième dose de coagulant ;

- la figure 11 illustre le second mode de réalisation.

DESCRIPTION DETAILLEE DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION DE L’INVENTION

Dans la description, l’invention est décrite avec l’exemple d’eau brute. Cependant, l’invention est applicable à tout autre liquide contenant de la matière organique et de la turbidité.

La figure 1 illustre un premier mode de réalisation de méthode de détermination de la dose optimale de coagulant à ajouter à l’eau brute, qui comprend les étapes suivantes décrites également par la suite :

- une étape de détermination 110 d’une valeur (Porgi_eb) pour l’eau brute d’un premier paramètre (Porgi) organique apte à renseigner sur l’aptitude d’une eau à coaguler ;

- une étape de détermination 120 d’une valeur (Pminz_eb) pour l’eau brute d’un second paramètre (Pminz) minéral apte à renseigner sur la charge minérale d’une eau ;

- une étape de détermination 130 d’une classe d’eau (CL_EB) pour l’eau brute en fonction des valeurs déterminées pour l’eau brute du premier paramètre organique et du second paramètre minéral, une classe d’eau étant caractérisée par une première plage de valeurs du premier paramètre (Porgi) organique et une seconde plage de valeurs du second paramètre (Pminz) minéral ;

- une étape de détermination 140 d’une valeur (Porg3_eb) pour l’eau brute d’un troisième paramètre (Porgs) organique, ledit troisième paramètre étant apte à renseigner sur la quantité de matière organique d’une eau ;

- une étape de définition 150 d’une valeur cible (Porg3_ed) pour l’eau décantée du troisième paramètre (Porgs) organique ;

- une étape de sélection 160 d’une fonction (f,) apte à établir une relation entre le troisième paramètre organique (Porgs) et une dose de coagulant ([COAG]) ajoutée à l’eau brute, ladite fonction étant sélectionnée pour la classe d’eau (CL_EB) déterminée pour l’eau brute et pour la valeur (Porg3_eb) déterminée pour l’eau brute du troisième paramètre (Porgs) organique;

- une étape d’utilisation 170 de la fonction (f,) sélectionnée, de manière à déterminer une première dose de coagulant ([COAG1]) correspondant à la valeur cible (Porg3_ed) définie pour l’eau décantée du troisième paramètre (Porgs) organique.

Selon ce mode, la dose optimale est la première dose de coagulant.

Selon un exemple de réalisation particulier, le troisième paramètre Porgs organique est l’absorbance UV à 254 nm de l’eau décantée exprimée en m’¹. Il peut être nommé « UV >> dans l’ensemble de la description.

L’absorbance UV (typiquement UV à 254 nm) est une mesure physique qui permet d’évaluer la matière organique aromatique contenue dans l’eau. L'absorbance UV se mesure à l'aide d'un photomètre UV (typiquement à 254 nm) où l'échantillon est placé dans une cellule en quartz transparente aux UV d’une épaisseur de l’ordre du cm, par exemple de 1 cm, 3 cm, 5 cm ou 10 cm. La mesure est plus simple, et en général plus économique que la mesure du COT (Carbone Organique Total) voire que le COD (Carbone Organique Dissous). Cette méthode par photométrie donne un résultat en m’¹, correspondant à la perte d’intensité lumineuse à la longueur d’onde choisie (typiquement de 254 nm) à travers un échantillon d’eau dans la cellule de 1 cm d’épaisseur. La matière organique ainsi détectée contient des cycles aromatiques et des doubles liaisons comme notamment les acides humiques. Ces matières organiques aromatiques sont particulièrement bien éliminées en coagulation.

Selon un autre exemple de réalisation, on peut mesurer le COD, qui sera également une fonction de la dose de coagulant.

Pour chaque classe d’eau CL,, l’UV ou le COD est une fonction (fi) de la dose de coagulant.

Pour plus de facilité de lecture, on parlera dans la suite de la description d’absorbance UV ou d’UV, sachant qu’il peut s’agir alternativement de mesure de COD, ou d’un autre troisième paramètre organique.

Les différentes étapes sont décrites plus après dans la description.

Il peut y avoir en outre une étape préliminaire 105 de détermination d’une pluralité de classes d’eau.

Il peut y avoir en outre une étape de détermination 145 du pH de coagulation, la fonction f, étant en outre sélectionnée pour le pH de coagulation.

D’autres étapes, non illustrées dans la figure 1, peuvent être ajoutées. Elles sont décrites notamment dans la suite de la description.

La figure 2 illustre le mode de réalisation préféré dans lequel la fonction f, sélectionnée lors de l’étape de sélection 160 est une fonction de type exponentielle :

UV ou COD = fi([COAG]) = Aie~^B^^C0AG] + Q (1 ) où COAG est la dose de coagulant ajoutée, exprimée en ppm.

L’étape de sélection 160 de la fonction f, comprend alors une étape de détermination des coefficients Ai, Bi, Ci.

Le coefficient C, correspond à la matière organique résiduelle exprimée en absorbance UV (également nommée « UV résiduel >> dans la présente description ou « UV non coagulable ») lorsque la dose de coagulant a atteint un seuil maximal d’efficacité, typiquement lorsque la dose de coagulant est supérieure à 200 ppm de solution, exprimé en ppm de solution commerciale.

A, correspond à la matière organique, par exemple exprimée en absorbance UV, éliminée par coagulation lorsque la dose de coagulant a atteint un seuil maximal d’efficacité, typiquement lorsque la dose de coagulant est supérieure à 200 ppm de solution, exprimé en ppm de solution commerciale.

En outre, A_i; C,et l’UV_EBsont reliés par l’équation :

UV_EB = A + C, (2) où UV_EB est la matière organique de l’eau brute exprimée en absorbance UV.

B, est un coefficient donnant l’allure de la fonction de type exponentielle.

A,, B, et C, sont obtenus par des relations données pour chaque classe d’eau CLj, ces relations R,i, R,2 et R,3 permettant de déduire Ai, B, et Ci à partir du pH de coagulation (pHc) et de la matière organique de l’eau brute (UV_EB) exprimée en absorbance UV. Ces relations sont de préférence disponibles dans des bases de données liées aux classes d’eau.

Pour sélectionner la fonction f,, et notamment pour déterminer les coefficients dans le cas d’une fonction de type exponentiel de formule (1), il est nécessaire de déterminer (étape de détermination 130) la classe d’eau à laquelle appartient l’eau brute.

Selon un exemple de réalisation préféré, une eau brute s’identifie à une classe d’eau par l’analyse de ses matrices organique et minérale suivantes :

la matrice organique est définie par les paramètres suivants : SUVA (qui est le rapport entre l’absorbance UV à 254 nm exprimée en m’¹ et le COD exprimé en mg/l) et optionnellement la mesure du COD par chromatographie liquide (en anglais « LC-OCD >> pour « Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection) ;

la matrice minérale est définie par les paramètres suivantes : le Titre Alcalinométrique Complet (TAC), la concentration en ions chlorure et/ou en ions sodium, et optionnellement la conductivité, la concentration en ions silicates, en ions calcium, en ions magnésium, en ions sulfates, le bilan ionique.

La détermination des valeurs des paramètres des matrices organique et minérale (étapes de détermination 110 et 120) peut être réalisée par une analyse en ligne ou par échantillonnage, ou peut être une récupération de données déjà disponibles pour l’eau brute à traiter.

Selon l’exemple de réalisation préféré, le premier paramètre (Porgi) organique comprend donc a minima le SUVA, et le second paramètre (Pminz) minéral comprend donc a minima le TAC, ainsi que la concentration en ions chlorure et/ou en ions sodium.

La figure 3 ou le tableau 1 ci-dessous représentent un exemple de matrices minérale et organique de classes d’eaux, définies en fonction des concentrations en ions Cl· et/ou Na⁺, du TAC et du ratio UV₂54nm/COD (SUVA). Les classes d’eaux sont définies en fonction des seuils suivants :

	Seuil 1	Seuil 2
Cl· et/ou Na⁺	60 mg/l (et/ou 30mg/l)
TAC	6°f	12°f
SUVA	2	4

Tableau 1 : exemple de matrices minérale et organique de classes d’eaux

Pour la classe d’eau CL_EB déterminée pour l’eau brute EB, on obtient des relations R_EBi, R_EB2 et R_EB3 données pour ladite classe d’eau, lesdites relations permettant de déduire les coefficients A_EB, B_eb et C_EB à partir du pH de coagulation (pHc) et de la matière organique de l’eau brute (UV_EB) exprimée en absorbance UV.

Les figures 4A et 4B représentent les premières et secondes relations R_EBi et Reb2 permettant de calculer la valeur de matière organique non coagulable, qui est fonction de deux variables qui sont l’absorbance UV de l’eau brute (des relations sous forme de courbes sont données pour un pH de coagulation donné) et le pH de coagulation (des relations sous forme de courbes sont données pour une valeur de l’absorbance UV de l’eau brute donnée), pour la classe d’eau CL_EBdéterminée pour l’eau brute EB. Cela permet de déterminer le coefficient C_EB.

Pour calculer la matière organique non coagulable en fonction de l’absorbance UV (ou du COD) de l’eau brute, on dispose d’une ou de plusieurs premières relationsR_EBi linéaires (trois dans l’exemple illustré) dont les coefficients a₄, a₅, a₆, b₄, b₅, b₆ varient de manière discrète en fonction de seuils (S₄, S₅) de l’absorbance UV de l’eau brute UV_EB.

La figure 4A représente trois premières relations linéaires :

• y=a₄x+b₄ jusqu’au seuil S4 ;

• y=asx+b5 entre les seuils S4 et S5 ;

• y=a₆x+b₆ après le seuil S5.

Selon les classes d’eau, il peut y avoir une seule première relation linéaire, ou au moins deux premières relations linéaires.

Pour calculer la matière organique non coagulable en fonction du pH de coagulation pH_c, on dispose en outre de secondes relations R_EB2 de type linéaire, exponentiel ou polynomial, selon la classe d’eau. Lesdites secondes relations ont des coefficients a?, b?, c₇ donnés aussi selon la classe d’eau.

La figure 4B représente une seconde relation linéaire de type y=a₇x+b₇.

Selon les classes d’eau, la seconde relation peut être alternativement du type exponentiel y=a₇exp(b₇x)+c₇ ou du type polynomial, par exemple polynomial du second degré y=a₇x²+b₇x+c₇.

Ainsi, pour la classe d’eau CL_EB déterminée, la détermination de l’UV de l’eau brute UV_EB (ou du COD) et du pH de coagulation pH_c permet de déterminer les coefficients a4, as, as, b4, bs, be, a?, b?, c?, puis la matière organique non coagulable, ce qui permet d’obtenir C_EB.

Les coefficients a₄, a₅, a₆, b₄, b₅, b₆ sont fonction du pH de coagulation.

On pourrait ne déterminer que les coefficients a₄, a₅, a₆, b₄, b₅, b₆donnés pour un pH de coagulation fixé, et non ajusté.

On obtient A_EB par l’équation (2) : UV_EB = A_EB + C_EB.

La détermination de l’UV de l’eau brute UV_EB (ou du COD_EB) (étape de détermination 140),ainsi que celle, optionnelle, du pH de coagulation (pHc) (étape de détermination 145), peut être réalisée par une mesure en ligne ou par échantillonnage, et/ou peut être une récupération de données déjà disponibles pour l’eau brute à traiter.

On détermine également la DMEA (Dose Maximale Economiquement Admissible) de coagulant.

La DMEA est définie dans la présente description comme étant la dose de coagulant à partir de laquelle le coût de traitement au coagulant devient supérieur au coût du traitement par un réactif alternatif généralement plus cher (exemple au Charbon Actif en Poudre « CAP ») pour la même diminution par coagulation de matière organique exprimée en absorbance UV, comme cela est illustré dans la figure 5qui fournit un coût (« COST ») en Euros par mètre cube d’eau brute et par unité de la matière organique éliminée exprimée en UV, en fonction de la dose de CAP ou de coagulant (« COAG »). La droite en pointillés correspond au CAP et la courbe en trait plein correspond au coagulant. L’intersection des deux donne la DMEA.

Par ailleurs, les inventeurs ont découvert que la DMEA est indépendante du pH de coagulation (pH_c), mais qu’elle est fonction de l’absorbance UV (ou du COD) de l’eau brute, comme représenté en figure 6.

La figure 6 représente une série de troisièmes relations R_EB3 linéaires permettant de calculer la DMEA (donnée en ppm de solution commerciale) en fonction de l’absorbance UV de l’eau brute UV_EB (ou du COD de l’eau brute COD_eb), pour la classe d’eau CL_Eb déterminée. Il s’agit de plusieurs troisièmes relations linéaires dont les coefficients a-ι, a₃, a₃, bi, b₃, b₃ varient de manière discrète en fonction de seuils (Si, S2) de l’absorbance UV de l’eau brute.

La détermination de l’UV de l’eau brute UV_Eb (ou du CODeb) permet de déterminer les coefficients a-ι, a₂, a₃, b-ι, b₂, b₃, puis la DMEA de l’eau brute.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, la DMEA est la dose de coagulant correspondant au point d’inflexion de la fonction f,(1 ) :

UV = fi([COAG]) = A_ie~^Bi^ÎC0AG] + Q (1 )

La DMEA est définie mathématiquement par une valeur absolue a_t de la dérivée de second ordre de ladite fonction, par exemple comprise entre 0.0001 et 0.0009, soit :

f_i(SPMEA]') = = a_t (3)

Pour une classe d’eau donnée CL_Eb, la valeur o_Eb est déterminée en fonction de la valeur de l’UV de l’eau brute UV_Eb (ou du CODeb), par exemple en fonction de seuils σ d’UV_EB comme explicités dans le tableau 2 ci-dessous :

uv_EB	[0- σ_Ί]	[σι-σ₂]	> C>2
Valeur dérivé seconde	^aEBl	^aEB2	^aEB3

Tableau 2 : exemples de valeurs de dérivée seconde en fonction de l’UV de l’eau brute

Pour la classe d’eau CL_Eb, et l’UV de l’eau brute UV_Eb (ou le CODeb), on détermine le coefficient B_Eb par la relation (3) exprimée pour l’eau brute.

f_EB([DMEA]) = A²EBBEBe~^B^^DMEA^ = aEB

On obtient ainsi, pour la classe d’eau CL_Eb déterminée pour l’eau brute, ainsi que I’UVeb et le pH de coagulation pHc, une fonction exponentielle :

[7V = f_EB([COAG]) = A_EBe~^B^^C0AG^ + C_EB dont les coefficients Aeb, Beb et Ceb sont connus.

Cette fonction f_EB permet de calculer :

- l’UV résiduel en eau décantée ED (« UV non coagulable >>) quelle que soit la dose de coagulant appliquée ;

- la première dose de coagulant à appliquer pour atteindre une valeur cible de l’absorbance UV de l’eau décantée (UV_Ed).

On définit (étape de définition 150) la valeur cible de l’absorbance UV de l’eau décantée (UV_ED) ou de la valeur en COD de l’eau décantée (COD_EV) qui correspondent au maximum de matières organiques résiduelles dans l’eau décantée recherché (ED).

Ainsi, on déduit la première dose de coagulant de la fonction f_EB (étape d’utilisation 170).

En outre, avec les premières relations R_Ebi linéaires, on peut calculer l’UV lorsque la dose de coagulant est égale à la DMEA (dite « UVdmea ») de manière à décider :

- Si UVdmea UV_Ed alors la première dose de coagulant = la DMEA,

- Si UV_DMea< UV_ed alors on utilise la fonction f_EB pour calculer la première dose de coagulant.

Les coefficients A_i; B, et C, sont donnés pour chaque type de coagulant.

Le coagulant peut être une solution à base de sels d’aluminium ou de fer, et comprend de préférence les composés suivants : un sulfate d’aluminium ; un (poly)chlorure d’aluminium ; un aluminate ; un chlorure ferrique ; un sulfate ferrique ; un ion ferrate de sodium ou de potassium ou une combinaison desdits composés. Une solution commerciale de coagulant est par exemple un sulfate d’aluminium à 8,2% d’alumine AI2O5 ou un chlorure ferrique à 41 % de FeCh.

La valeur cible en matières organiques résiduelles dans l’eau décantée peut en outre est définie en fonction des étapes avales au procédé de coagulation, par exemple elle peut être définie, dans une étape 300, en fonction d’une valeur cible en matières organiques résiduelles dans l’eau traitée (ET). L’eau traitée est définie comme étant l’eau obtenue à l’issue d’une usine de traitement d’eau.

Ainsi, comme illustré en figure 7, si on exprime les matières organiques résiduelles dans l’eau traitée par absorbance UV, on part d’un objectif à respecter en sortie d’usine (UVet) et de la performance d’élimination de la matière organique dans les étapes post-coagulation (%post-coag), on calcule l’objectif de qualité à respecter en eau décantée :

UVed = UVet/ (1- %post-coag)

La performance en post-coagulation peut être calculée à partir des capteurs en ligne ou des mesures ponctuelles sur l’eau décantée et l’eau traitée.

Selon une étape 200, les données remontées des capteurs UV de l’eau décantée ED et l’eau ET traitée permettent de calculer le pourcentage d’élimination d’UV sur les étapes de traitement post-coagulation. En connaissant ce pourcentage, on peut calculer dans l’étape 300, l’UV décantée à viser pour pouvoir respecter l’objectif en sortie d’usine (UV eau traitée).

Connaissant le niveau de matière organique de l’eau brute ainsi que l’objectif d’UV à respecter en sortie de coagulation, la méthode permet de calculer la dose optimale de coagulant à appliquer pour atteindre les objectifs fixés.

Il est possible de mettre en place en œuvre la méthode, par exemple en utilisant un outil pour implanter la méthode (par exemple un outil de type ordinateur, tablette, smartphone, Cloud...), sans que celui-ci soit relié à des capteurs en ligne pour mesurer les paramètres de l’eau brute. Dans ce cas, les valeurs des paramètres de l’eau sont rentrées dans l’outil manuellement, et la dose n’est en général pas ajoutée automatiquement dans le procédé de traitement par coagulation/décantation. L’outil ne contient alors principalement que les étapes de méthode pour calculer la dose optimale de coagulant. D’ailleurs, ce calcul peut avoir lieu bien avant la mise en œuvre du procédé de coagulation. Il peut servir à calculer un meilleur compromis entre différents types de coagulants et/ou l’ajout d’acide pour faire baisser le pH de coagulation, comme ceci est expliqué plus après.

A l’inverse, il est possible de mettre en place en œuvre la méthode en la reliant à des capteurs en ligne ou des mesures ponctuelles pour mesurer les paramètres de l’eau brute, pour déterminer la classe d’eau de l’eau brute et/ou pour déterminer la quantité de matière organique contenue dans l’eau au cours du procédé et a minima pour l’eau brute. De tels capteurs ou des mesures ponctuelles peuvent avantageusement suivre en ligne la qualité de l’eau tout au long du procédé de traitement de l’eau. Dans ce cas, la dose optimale calculée peut être ajoutée automatiquement dans le procédé de traitement par coagulation/décantation.

Pour caractériser la matrice minérale de l’eau étudiée, un analyseur de TAC et/ou un analyseur de concentration en ions et/ou un capteur de conductivité peuvent être utilisés.

La matière organique peut être quantifiée par des analyses d’absorbance UV à 254 nm et/ou COD (Carbone Organique Dissous). Un capteur en ligne choisi est de préférence un capteur UV, plus facile d’exploitation qu’un capteur en ligne de COD.

De préférence au moins trois capteurs en lignes sont installés pour déterminer la quantité de matière organique contenue dans l’eau au cours du procédé : un premier capteur pour mesurer l’eau brute, un second capteur pour mesurer l’eau après coagulation et décantation et un troisième capteur pour mesurer l’eau traitée, soit avant, soit après la désinfection finale.

Les données de ces capteurs peuvent être remontées sur un Cloud où peut être hébergé l’outil informatique implémentant la méthode.

Le pas de temps de l’acquisition des données peut être paramétré.

Des seuils d’alerte peuvent être définis pour gérer et avertir des dérives de capteurs. Ces seuils sont également paramétrables site par site. Ils permettent notamment de créer des alertes qui peuvent être notifiées à l’utilisateur. Cela lui permet notamment de savoir s’il doit modifier le dosage du coagulant (ou d’un second réactif).

La méthode peut en outre comprendre une étape de détermination d’une dose d’un autre réactif, par exemple du charbon actif en poudre (CAP), de manière à améliorer la performance du procédé de coagulation/décantation et/ou atteindre l’objectif d’élimination de la matière organique de l’eau décantée.

La méthode peut en outre comprendre une étape de calcul de la dose d’acide nécessaire pour atteindre un pH de coagulation cible. Il est en effet possible d’améliorer l’élimination de la matière organique en diminuant le pH de coagulation, typiquement par ajout d’acide dans le réacteur ou bassin de coagulation. La méthode permet notamment de récupérer les nouveaux coefficients de la fonction f, correspondants à ce nouveau pH de coagulation, et ainsi recalculer la quantité de coagulant à ajouter pour atteindre l’objectif d’élimination de la matière organique de l’eau décantée.

Comme illustré en figures 8A et 8B, la méthode permet en outre d’afficher le gain économique du choix des combinaisons d’un coagulant, d’un autre réactif et/ou d’acide ajouté.

La figure 8A illustre l’UV de l’eau en fonction de la dose ajoutée :

- de coagulant à un pH égal à 7 (courbe A en pointillés) ;

- de coagulant à un pH égal à 6,2 (courbe B continue) ;

- de coagulant et de PAC à ajouter (flèche C) lorsque le pH de coagulation est de 6,2 pour atteindre l’UV de l’eau décantée cible.

La figure 8B indique le coût comparé de chaque dosage illustré en figure 8A :

- un histogramme correspondant à la courbe A, dans laquelle le pointillé correspond à la limite de la DMEA, au-delà de la limite de la DMEA figure le coût de coagulant à rajouter pour atteindre l’objectif UV de l’eau décantée ;

- un histogramme correspondant à la courbe B, dans laquelle le pointillé correspond à la limite de la DMEA, au-delà de la limite de la DMEA figure le coût de coagulant à rajouter pour atteindre l’objectif UV de l’eau décantée, et est ajouté le coût du produit pour atteindre le pH de 6,2 (en noir),

- un histogramme correspondant à la courbe C, dans laquelle est ajouté le coût du produit pour atteindre le pH de 6,2 (en noir) et le coût de PAC à rajouter pour atteindre l’objectif UV de l’eau décantée.

Le coût total pour atteindre l’objectif UV de l’eau décantée, PAC et acide inclus, est dans ce cas inférieur pour atteindre l’objectif UV de l’eau décantée.

Dans le cas où on ajoute de l’acide pour faire baisser le pH de coagulation, la méthode permet, en recalculant la quantité de coagulant à ajouter pour atteindre l’objectif d’élimination de la matière organique de l’eau décantée, de calculer la baisse de quantité de coagulant à ajouter, le gain de cette différence, et de réaliser la comparaison avec le coût d’acide ajouté. Cela permet de savoir s’il est plus intéressant d’ajouter de l’acide, ou de mettre d’avantage de coagulant, ou de calculer le meilleur compromis entre les deux.

En outre, dans le cas où on ajoute du charbon actif en poudre, la méthode permet, en recalculant la quantité de coagulant à ajouter pour atteindre l’objectif d’élimination de la matière organique de l’eau décantée, de calculer la baisse de quantité de coagulant à ajouter, le gain de cette différence, et de réaliser la comparaison avec le coût de CAP ajouté. Cela permet de savoir s’il est plus intéressant d’ajouter du CAP, ou de mettre d’avantage de coagulant, ou de calculer le meilleur compromis entre les deux.

Il est en outre possible de combiner l’ajout de CAP et l’ajout d’acide, et de calculer le calcul du gain (ou de la perte) économique lorsqu’on ajoute du CAP et de l’acide.

La figure 9 illustre un autre mode de réalisation de la méthode. Selon le mode illustré, la méthode comprend en outre les étapes suivantes :

- une étape 180 de définition d’une valeur cible (TURBed) de la turbidité pour l’eau décantée ;

- une étape 190 de détermination d’une deuxième dose de coagulant ([COAG2]) à ajouter à l’eau brute (EB) pour atteindre la valeur cible (TURB__ed) de la turbidité pour l’eau décantée ;

- une étape 200 de détermination de la dose optimale de coagulant ([COAG]opt) à ajouter à l’eau brute, comprenant la comparaison de la première dose de coagulant ([COAG1]) et de la deuxième dose de coagulant ([COAG2]), ladite dose optimale étant la dose la plus grande entre la première dose de coagulant ([COAG1]) et la deuxième dose de coagulant ([COAG2]).

Selon ce mode, le 3^eme paramètre organique est de préférence l’UV.

La figure 10 illustre des quatrièmes relations permettant de déterminer une deuxième dose de coagulant. Les quatrièmes relations donnent la dose de coagulant à ajouter pour atteindre une valeur de turbidité de l’eau décantée au moins inférieure à 5 NTU et de préférence inférieure à 3 NTU.

Les quatrièmes relations sont fonction de la turbidité de l’eau brute (TURBeb), et de la température de l’eau brute (T_EB).

Ainsi, la figure 10 illustre deux quatrièmes relations du type polynomial, par exemple du quatrième degré reliant la dose de coagulant nécessaire pour obtenir une turbidité d’eau décantée au moins inférieure à 5 NTU et de préférence inférieure à 3 NTU à la turbidité de l’eau brute (TURB_eb), dont les coefficients varient en fonction de de la température de l’eau brute (T_EB) :

- une équation y=a₈x⁴+b8X³+C8X²+d8X ₊ e₈ lorsque la température de l’eau brute est inférieure à un seuil Θ (courbe en pointillés) ;

- une équation y= agxVbgxS+Cgx^dgx ₊ e₉ lorsque la température de l’eau brute est supérieure à un seuil Θ (courbe en continu).

La deuxième dose de coagulant est obtenue en mesurant la turbidité de l’eau brute à l’aide d’un capteur en ligne de turbidité ou de mesures manuelles et en mesurant la température à l’aide d’un capteur de température ou de mesures manuelles et en utilisant les fonctions définies ci-dessus pour définir la dose de coagulant nécessaire pour éliminer la turbidité.

La figure 11 illustre le second mode de réalisation, dans le cas où la première dose de coagulant [COAG1] calculée pour atteindre l’objectif de matière organique de l’eau décantée (exprimée en UV) est supérieure à la seconde dose de coagulant [COAG2] calculée pour diminuer l’objectif en turbidité de l’eau décantée. La dose optimale est dans ce cas la première dose de coagulant qui permet de diminuer à la fois la matière organique et la turbidité selon les objectifs fixés.

La méthode selon l’invention permet ainsi de calculer la dose adéquate de coagulant, voire d’autre(s) réactif(s), à appliquer pour respecter l’objectif de qualité en sortie d’usine et/ou en sortie de coagulation/décantation.

Elle permet d’obtenir une quantité plus précise et plus juste de coagulant à utiliser dans une eau brute, qui ne soit pas spécifique à un site, mais qui soit établie en fonction des caractéristiques de l’eau à traiter.

Elle permet de prendre en compte les étapes avales à la coagulation, en définissant par exemple un objectif de qualité en sortie d’usine. Cela permet de doser au plus juste.

Elle permet en outre de définir le meilleur compromis entre dose de coagulant à ajouter et/ou dose de charbon actif en poudre à ajouter et/ou dose d’acide à ajouter pour diminuer le pH de coagulation, dans l’objectif de qualité en sortie d’usine et/ou en sortie de coagulation/décantation.

Elle permet en outre de notifier à l’opérateur tous changements et/ou problèmes survenant sur l’eau brute ou sur l’usine. Cela lui permet notamment de 10 savoir s’il doit modifier le dosage du coagulant (ou d’un second réactif).

Enfin, l’ensemble des résultats des calculs, ainsi que le suivi en ligne de la qualité de l’eau peuvent être restitués sur un tableau de bord adaptable à tous types de support (ordinateur, tablette, smartphone, Cloud).

Un système de supervision peut en outre permettre d’activer à distance des 15 moyens (par exemple au moins une pompe doseuse) pour ajuster la dose de coagulant (ou d’un second réactif).

Claims

REVENDICATIONS

1. Méthode de détermination d’une dose optimale ([COAG]opt) de coagulant pour une eau brute (EB) comprenant les étapes suivantes :

- une étape de détermination d’une valeur (Porgi_eb) pour l’eau brute d’un premier paramètre (Porgi) organique apte à renseigner sur l’aptitude d’une eau à coaguler ;

- une étape de détermination d’une valeur (Pmin2_eb) pour l’eau brute d’un second paramètre (Pminz) minéral apte à renseigner sur la charge minérale d’une eau ;

- une étape de détermination d’une classe d’eau (CL_EB) pour l’eau brute en fonction des valeurs déterminées pour l’eau brute du premier paramètre organique et du second paramètre minéral, une classe d’eau étant caractérisée par une première plage de valeurs du premier paramètre (Porgi) organique et une seconde plage de valeurs du second paramètre (Pminz) minéral ;

- une étape de détermination d’une valeur (Porg3_eb) pour l’eau brute d’un troisième paramètre (Porgs) organique, ledit troisième paramètre étant apte à renseigner sur la quantité de matière organique d’une eau ;

- une étape de définition d’une valeur cible (Porg3_ed) pour l’eau décantée du troisième paramètre (Porgs) organique ;

- une étape de sélection d’une fonction (f,) apte à établir une relation entre le troisième paramètre organique (Porgs) et une dose de coagulant ([COAG]) ajoutée à l’eau brute, ladite fonction étant sélectionnée pour la classe d’eau (CL_EB) déterminée pour l’eau brute et pour la valeur (Porg3_eb) déterminée pour l’eau brute du troisième paramètre (Porgs) organique;

- une étape d’utilisation de la fonction (f,) sélectionnée, de manière à déterminer une première dose de coagulant ([COAG1]) correspondant à la valeur cible (Porg3_ed) définie pour l’eau décantée du troisième paramètre (Pqrgs) organique.
2. Méthode selon la revendication 1, comprenant une étape préliminaire de détermination d’une pluralité de classes d’eau (CL,), chaque classe d’eau étant caractérisée par au moins une première plage de valeurs d’au moins un premier paramètre (Porgi) organique apte à renseigner sur l’aptitude d’une eau à coaguler et une seconde plage de valeurs d’au moins un second paramètre (Pminz) minéral apte à renseigner sur la charge minérale d’une eau.
3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, le au moins un premier paramètre (Porgi) organique étant choisi parmi l’absorbance UV, de préférence à 254 nm, le carbone organique dissous (COD), le ratio (SUVA) entre l’absorbance UV, de préférence à 254 nm et le carbone organique dissous (COD), ou une combinaison desdits paramètres.
4. Méthode selon l’une des revendications 1 à 3, le au moins un second paramètre (Pminz) minéral étant choisi parmi le titre alcalinométrique complet (TAC), la concentration en ions chlorure, la concentration en ions sodium, la concentration en ions sulfate, la concentration en ions calcium, la concentration en ions magnésium, la concentration en ions silicates, la conductivité, ou une combinaison desdits paramètres.
5. Méthode selon l’une des revendications 1 à 4, le troisième paramètre (P0RG3) organique étant choisi parmi l’absorbance UV, de préférence à 254 nm, ou le carbone organique dissous (COD).
6. Méthode selon l’une des revendications 1 à 5 comprenant en outre une étape de détermination du pH (pHc) de coagulation, la fonction (f,) étant en outre sélectionnée pour le pH (pHc) de coagulation.
7. Méthode selon l’une des revendications 1 à 6, la fonction (f,) étant une fonction de type exponentielle pour l’ensemble des classes d’eau de sorte que :

Porgi = fidCOAG]·) = Ate-^⁰^ + Q ;

les coefficients A_i; B, et G, étant déterminables par des relations (Rîi, R,2, R_i3) données selon la classe d’eau (CL,), pour une valeur (Porg3_eb) pour l’eau brute du troisième paramètre (Porgs) organique donnée et pour un pH (pHc) de coagulation.
8. Méthode selon la revendication 7, le coefficient Ci étant défini comme étant la valeur de matière organique non coagulable, pour la valeur (Porg3_eb) pour l’eau brute du troisième paramètre organique donnée et pour un pH (pH_c) de coagulation donné.
9. Méthode selon la revendication 8, le coefficient Ci étant relié à la valeur (Porg3_eb) pour l’eau brute du troisième paramètre organique par des premières relations R,i linéaires.
10. Méthode selon l’une des revendications 8 ou 9, le coefficient Ci étant relié au pH (pHc) de coagulation par une seconde relation R_i2 linéaire, polynomiale ou exponentielle.
11. Méthode selon l’une des revendications 7 à 10, le coefficient A, étant égal à la valeur (Porg3_eb) déterminée pour l’eau brute du troisième paramètre organique moins le coefficient C,.
12. Méthode selon la revendication 11, le coefficient B, étant calculé à partir d’une valeur oq de dérivée seconde de la fonction (f,), du coefficient Ai et de la valeur (Porg3_eb) déterminée pour l’eau brute du troisième paramètre (Porgs) organique.
13. Méthode selon la revendication 12, la valeur ce, de dérivée seconde de la fonction (f,) étant atteinte pour une dose de coagulant ([COAG]) égale à une dose maximale économiquement admissible (DMEA), ladite dose maximale économiquement admissible étant la dose de coagulant à partir de laquelle le coût de traitement au coagulant devient supérieur au coût du traitement par un réactif alternatif, et étant déterminable par des troisièmes relations linéaires R_i3 en fonction de la valeur (Porg3_eb) déterminée pour l’eau brute du troisième paramètre organique.
14. Méthode selon l’une des revendications 1 à 13, les valeurs pour l’eau brute du premier paramètre (Porgi) organique, du second paramètre (Pminz) minéral et du troisième paramètre (Porgs) organique étant déterminées par des mesures de l’eau brute, par exemple des mesures en ligne réalisées par un capteur de carbone organique dissous, un capteur UV, un capteur de conductivité, ou des mesures par échantillonnage réalisées un analyseur de titre alcalinométrique complet (TAC), un analyseur de concentrations en ions ou une combinaison de telles mesures.
15. Méthode selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre la détermination d’une dose d’un second réactif (REAC), par exemple un charbon actif en poudre ou un acide, et la détermination de la première dose de coagulant ([COAG]1) à ajouter pour atteindre la valeur cible (Porg3_ed) définie pour l’eau décantée du troisième paramètre (Porg3) organique avec le second réactif.
16. Méthode selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre :

- une étape de définition d’une valeur cible (TURB__ED) de la turbidité pour l’eau décantée ;

- une étape de détermination d’une deuxième dose de coagulant ([COAG2]) à ajouter à l’eau brute (EB) pour atteindre la valeur cible (TURB__Ed) de la turbidité pour l’eau décantée ;

- une étape de détermination de la dose optimale de coagulant ([COAG]opt) à ajouter à l’eau brute, comprenant la comparaison de la première dose de coagulant ([COAG1]) et de la deuxième dose de coagulant ([COAG2]), ladite dose optimale étant la dose la plus grande entre la première dose de coagulant ([COAG1]) et la deuxième dose de coagulant ([COAG2]).
17. Méthode mise en oeuvre sur un support informatique pour implémenter les étapes de méthode selon l’une des revendications 1 à 16.

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18. Procédé de traitement d’une eau brute comprenant au moins une étape de coagulation de l’eau brute, la dose de coagulant ajoutée étant la dose optimale de coagulant ([COAGopt]), déterminée par la méthode de détermination selon l’une des revendications 1 à 16.