Floculation et coagulation – quels sont ces procédés et comment fonctionnent-ils ?

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Auteur
mgr inż. Alicja Kapiszka
22.02.2024
Floculation et coagulation – quels sont ces procédés et comment fonctionnent-ils ?
Résumé
Table des matières
  • La floculation et la coagulation sont des processus qui permettent la précipitation de fines particules en suspension dans un mélange, telles que les particules de pollution.
  • Ces phénomènes sont utilisés dans l’épuration des eaux usées, des mélanges ou de l’eau, ainsi que dans les processus de production.
  • Des composés inorganiques et organiques sont utilisés comme coagulants et floculants.
  • Dans les processus de coagulation et de floculation, la sélection de la substance chimique appropriée facilitant ces phénomènes, ainsi que la définition des conditions spécifiques du processus, sont importantes.

La floculation et la coagulation sont des phénomènes utilisés, entre autres, dans les processus de purification de l’eau. Ils permettent la combinaison de particules en suspension dans l’eau en agrégats plus importants, ce qui permet de les précipiter et de les filtrer. Découvrez comment ces processus fonctionnent, en quoi ils diffèrent et quels sont les composés chimiques utilisés comme coagulants et floculants.

Qu’est-ce que la coagulation et la floculation de l’eau ?

Les processus de coagulation et de floculation s’appliquent aux suspensions et aux colloïdes, c’est-à-dire aux systèmes dans lesquels une substance est dispersée dans une autre. La coagulation permet la précipitation d’un de ces composés sous forme d’agrégats formant une phase continue. Il peut s’agir de sédiments, de gel ou de pâte. La floculation, quant à elle, permet à ces agrégats, c’est-à-dire aux particules solides agglutinées, de se combiner en structures encore plus grandes, qui peuvent être facilement retirées de la solution. Ces deux procédés sont utilisés dans le traitement des eaux usées, qui y sont soumises après un nettoyage mécanique préalable. La coagulation et la floculation qui s’ensuit constituent des méthodes chimiques de purification de l’eau, permettant d’éliminer les plus grosses particules de pollution par filtration ou sédimentation.

Quel est le mécanisme de la coagulation et de la floculation ?

Le phénomène de coagulation peut être induit par l’ajout de certains composés chimiques, tels que des électrolytes ou des charges, ainsi que par la température et d’autres facteurs externes, par exemple le pH, qui accélèrent le mouvement des particules et facilitent leur collision. Par conséquent, le processus de coagulation est favorisé par le mélange, l’essorage et l’action des ultrasons sur le mélange.
Au cours de la coagulation, les particules de pollution sont déstabilisées et se regroupent en microagrégats. Les coagulants, substances stimulant l’agrégation des particules fines, visent souvent à s’adsorber à leur surface et à neutraliser leur charge de surface négative, ce qui empêche la combinaison des particules et la formation de sédiments. Les microagrégats qui en résultent sont encore peu visibles à l’œil nu, et le sédiment formé est dispersé.

Pour faciliter la précipitation et la sédimentation des sédiments ou la création d’agrégats plus importants en vue de leur capture et d’une filtration efficace, le processus de floculation est ensuite appliqué. Les floculants, qui facilitent ce phénomène, favorisent la fusion des microagrégats en structures plus importantes. Souvent appelés « flocs », ceux-ci sont visibles à l’œil nu et se précipitent plus facilement sous forme de sédiments, ce qui leur permet d’être capturés par les filtres. Les floculants sont souvent des substances polymères qui adsorbent les particules coagulantes, modifient les propriétés de leur surface, stimulent le rapprochement des particules, comblent les espaces entre elles et, par des liaisons chimiques, généralement des liaisons hydrogène, forment des macroagrégats. Ces structures, généralement visibles à l’œil nu, sont peu compactes et se désagrègent facilement sous l’effet d’un fort mélange. Un exemple de floculation naturelle est la combinaison de flocons de neige en formes plus grandes.

Quels sont les composés utilisés comme floculants et coagulants ?

Les coagulants inorganiques les plus couramment utilisés sont les cations trivalents, tels que les composés de fer ou d’aluminium. Ils sont beaucoup plus efficaces pour stimuler la coagulation que les ions bivalents. Lorsqu’on les utilise, il est important de veiller à ce que le pH de la solution soit approprié en ajoutant de l’acide ou de la base. Pour les ions de fer, le pH optimal est supérieur à 5, et pour les ions d’aluminium, il se situe entre 6 et 7,4. Parfois, des coagulants organiques sont également utilisés – des polyélectrolytes cationiques, dont l’avantage est de réduire considérablement la quantité de sédiments résultants.
Les floculants utilisés sont des composés polymères. Il peut s’agir de composés organiques (gélatine ou amidon, par exemple), inorganiques (silice activée, par exemple) ou synthétiques, comme les polyacrylamides, l’oxyde de polyéthylène ou l’alcool polyvinylique. Le choix du floculant approprié dépend de l’effet souhaité. Les floculants anioniques sont utilisés pour les suspensions à réaction alcaline ou neutre, tandis que les floculants cationiques sont utilisés pour les suspensions à réaction acide. L’utilisation de floculants synthétiques permet de réduire la quantité de sédiments et leur consolidation.

Que faut-il prendre en compte lors de la coagulation et de la floculation ?

Lors de l’utilisation de la coagulation et de la floculation dans les processus technologiques, il est important non seulement de sélectionner le composé chimique approprié pour le processus, mais aussi de tenir compte d’un certain nombre d’autres facteurs importants. L’efficacité et l’efficience du processus, qui nécessite une optimisation adéquate, sont cruciales. Il est nécessaire de choisir non seulement le bon type de coagulant ou de floculant, mais aussi sa concentration. Le type de particules solides présentes dans la solution, leur taille, leur nombre et leur concentration sont importants. Dans le processus de coagulation et de floculation, la vitesse de dosage des coagulants et des floculants, la température et l’intensité du mélange sont également importantes. Un mélange lent favorise ces processus, tandis qu’un mélange trop intense peut entraîner la désintégration des agrégats formés à la suite de la floculation. Il est également nécessaire de planifier le processus d’élimination du coagulant ou du floculant du produit final. Le magasin Foodcom propose différents types de coagulants et de floculants, ainsi que d’autres additifs utilisés dans les processus technologiques. Cela vous permet de sélectionner les composés appropriés pour l’application qui vous intéresse.

Applications des floculants et des coagulants

La coagulation et la floculation sont appliquées dans de nombreux processus technologiques où il est nécessaire de purifier ou de clarifier une solution, ainsi que d’obtenir un mélange colloïdal spécifique. La principale application de ces procédés est le traitement des eaux usées par précipitation des sédiments.

Traitement des eaux usées et purification de l’eau

Dans le processus de traitement des eaux usées, la coagulation et la floculation jouent un rôle important en précipitant et en filtrant les particules de pollution en suspension. Elles sont également utilisées pour purifier et clarifier l’eau des piscines, souvent en association avec l’hypochlorite de sodium utilisé pour la désinfection de l’eau. Les coagulants et les floculants peuvent également être utilisés pour purifier l’eau des résidus de peinture ou de vernis, qui précipitent à la surface de l’eau, ce qui permet de les filtrer facilement.

Biotechnologie et pharmacologie

Les procédés de coagulation et de floculation sont largement utilisés dans les processus biotechnologiques, par exemple dans la production de produits biopharmaceutiques. Ils servent notamment à séparer la masse cellulaire des micro-organismes produisant des substances actives des produits de leur métabolisme et des impuretés qui en résultent. Dans de nombreux produits, la floculation permet également de séparer les composés individuels. La floculation est également utilisée dans les diagnostics de laboratoire, en particulier dans les études sur le plasma sanguin.

Autres procédés technologiques

La floculation est largement utilisée en biotechnologie, dans l’industrie du papier et de la pâte à papier, dans l’industrie alimentaire, ainsi que dans les industries minière, métallurgique et pétrolière. Ce procédé est également utilisé dans d’autres processus technologiques où il est nécessaire d’isoler des particules présentes sous forme colloïdale, comme l’élimination d’émulsions, de suspensions ou de métaux. En métallurgie, les processus de coagulation et de floculation permettent la précipitation sélective des métaux individuels, facilitant ainsi leur récupération. Le phénomène de coagulation est également appliqué dans la production de polymères, de plastiques ou de peintures. La coagulation peut également conduire à la formation de diverses pâtes et gels, ainsi que de matériaux solides, qui sont utilisés, par exemple, dans la construction (production de béton ou de ciment) et dans la production de céramiques. La coagulation des protéines, quant à elle, est utilisée dans l’industrie laitière pour la production de yaourts, ainsi que dans la production de fromages ou dans la brasserie. Dans la fabrication du papier, la floculation permet de déshydrater le produit et de combiner les fibres de cellulose avec des additifs, ce qui aboutit à la production de papier.

Comme on le voit, les processus de coagulation et de floculation sont largement utilisés dans de nombreux domaines, que ce soit pour purifier des mélanges, des produits, des eaux usées et de l’eau, ou pour la production dans l’industrie alimentaire, la biotechnologie, la métallurgie, la papeterie et la médecine. Dans chaque cas, il est important de bien comprendre le mélange qui doit être soumis au processus de coagulation ou de floculation, ainsi que de sélectionner correctement le composé utilisé et les conditions du processus.

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