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#29079

Analyse statistique des distributions en taille de flocs

DUMAS Claire, COUFORT Carole, BOUYER Denis, LINE Alain

Laboratoire d’Ingénierie des Procédés de l’Environnement, INSA

135 Avenue de Rangueil 31077 TOULOUSE Cedex 4

cdumas@etud.insa-tlse.fr, coufort@insa-tlse.fr, bouyer@insa-tlse.fr, line@insa-tlse.fr

Résumé
Le procédé de floculation fait intervenir des phénomènes physico-chimiques (déstabilisation de matières colloïdales) et hydrodynamiques (agrégation et rupture). Ce travail vise à analyser la relation entre distribution en taille des flocs et hydrodynamique. Les objectifs sont les suivants : (1) dans le cas de la floculation, existe-t-il un état stationnaire ? (2) les distributions en taille de flocs obtenues dépendent elles du type d’agitateur utilisé ?

Les expériences de floculation sont réalisées dans une cuve agitée standard. Deux agitateurs aux propriétés différentes ont été utilisés : un agitateur de type axial A310 et un agitateur radial de type turbine de Rushton. Les expériences sont réalisées dans des conditions où la puissance totale dissipée est équivalente pour les deux agitateurs, à partir d’une même population initiale (particules de bentonite déstabilisées par du sulfate d’aluminium) et dans des conditions physico-chimiques fixées (pH=3.5). Un séquençage hydrodynamique a été conçu afin d’analyser la sensibilité de la floculation à l’hydrodynamique. Il consiste en une phase d’agitation lente de 90 minutes (étape n°1) suivie d’une phase d’agitation rapide de 60 minutes (étape n°2) puis d’une nouvelle phase d’agitation lente de 150 minutes (étape n°3).

Quel que soit le système d’agitation utilisé, un état stationnaire est obtenu rapidement. Il est caractérisé par un équilibre entre agrégation et rupture.

Dans le cas d’un système d’agitation efficace (turbine de Rushton), les distributions en taille obtenues sont mono-modales. La distribution obtenue lors de l’étape n°1 est plus étalée que celle obtenue lors de l’étape n°3. La phase d’agitation rapide (étape n°2) permet de calibrer les flocs et de resserrer les distributions. Ces dernières peuvent être modélisées par une loi de type log-normale centrée sur une valeur µ. Ce paramètre µ correspond à la valeur moyenne de la micro-échelle de Kolmogorov dans la cuve.



Dans le cas de l’agitateur de type A310 (mélange moins homogène), les distributions sont larges et bi-modales. Ainsi, pour une étape d’agitation lente, la distribution à l’état stationnaire n(v) est modélisée à l’aide d’une somme de lois de type log-normale : . n1(v) est la loi log normale de paramètres centrée sur la valeur de la micro-échelle de Kolmogorov de l’agitation lente (1) et n2(v) est la loi log normale centrée sur la valeur de la micro-échelle de Kolmogorov de l’agitation rapide (2) qui précède. La faible efficacité de mélange de l’A310 entraîne donc une nette diminution de l’efficacité d’agglomération.

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