Ce que signifie réellement l'« eau blanche » dans un rejet d'usine
L'eau blanche est la suspension diluée de fibres et de charges qui s'écoule à travers la toile de la machine à papier et sort des désintégrateurs de rebuts (broke pulpers), transportant 800–3 000 mg/L de matières en suspension totales dans un flux à 30–55 °C. Sur ces MES, 40–60 % sont des fibres longues, 20–30 % sont des charges (argile kaolin, carbonate de calcium précipité, TiO2), et 10–20 % sont des fines et des solides de rebuts ; le reste est constitué de matière colloïdale dissoute (données terrain Zhongsheng, 2026). La plage de température est déterminante car la solubilité de saturation de l'air dans l'eau chute d'environ 18 mg/L à 30 °C à environ 14 mg/L à 55 °C, ce qui réduit directement la masse d'air disponible pour l'attachement bulle-particule. Dans les usines agroalimentaires, le même cadre hydraulique s'applique aux eaux de lavage chargées d'amidon, de pulpe et de résidus d'huile ; dans les filatures textiles, il couvre les bains de désencollage chargés d'apprêt, de peluches de fibres et de PVA. Lorsque les rebuts désintégrés contiennent des agents d'encollage de surface, de l'AKD, de la colophane ou des matières collantes (stickies), la mission du DAF passe d'une simple clarification des fibres à une capture simultanée huile-plus-fibres, et la consigne de rapport A/S doit être augmentée pour compenser l'attachement de bulles réduit provoqué par les tensioactifs.
Étape 1 : Caractériser l'influent avant de dimensionner quoi que ce soit
Une conception de DAF défendable commence par un échantillon composite de 24 heures ainsi que trois prélèvements ponctuels de 8 heures, car l'eau blanche des machines à papier varie de 1,5 à 2,5× entre le pic de rejet des rebuts et le drainage stable (données terrain Zhongsheng, 2026). Enregistrez le débit, les MES, la DCO, la turbidité, la température, le pH et les huiles et graisses sur chaque échantillon ; c'est l'heure de pointe de ce jeu de données — et non la moyenne journalière — qui détermine la surface du bassin. Le dégrillage en amont jusqu'à des perforations ≤2 mm n'est pas négociable : les fibres longues s'accumulent en nappe sur la buse du saturateur et étranglent la libération des microbulles en quelques heures. Testez explicitement la teneur en tensioactifs et en azurants optiques, car chaque tranche de 10 mg/L de tensioactif résiduel dans l'alimentation fait grimper le rapport A/S requis d'environ 0,01 et peut réduire l'efficacité d'élimination de 8–12 % si la pression du saturateur reste dans la partie basse de la plage. Sans cette caractérisation, chaque chiffre en aval n'est qu'une estimation approximative.
| Paramètre | Fréquence d'échantillonnage | Plage acceptable pour le dimensionnement | Action si hors plage |
|---|---|---|---|
| Débit (m³/h) | Continu + prélèvements sur 8 h | Pic / moyenne ≤ 2,5× | Ajouter un bassin de régulation |
| MES (mg/L) | Composite sur 24 h | 800–3 000 | Revérifier le récupérateur en amont (saveall) |
| Température (°C) | Continu | 30–55 | Ajuster Cair pour la loi de Henry |
| pH | Prélèvements ponctuels 8 h | 5,5–7,5 | Réinitialiser le dosage de coagulant |
| Huiles et graisses (mg/L) | Échantillon composite 24 h | < 150 | Ajouter un séparateur CPI ou un pré-écrémeur |
| Tensioactif (mg/L) | Hebdomadaire | < 20 | Augmenter le rapport A/S à 0,06+ |
Étape 2 : Définir le taux de charge hydraulique et le temps de rétention
Le taux de charge hydraulique (HLR) est l'indicateur qui convertit le débit en surface de bassin, et la plage de fonctionnement pour une eau blanche chargée en fibres est de 5 à 15 m/h, avec une préférence pour 5 à 8 m/h lorsque les MES de l'effluent doivent descendre sous 30 mg/L (données terrain Zhongsheng, 2026). Le compromis est direct : diviser le HLR par deux double l'emprise au sol, si bien que la plupart des usines visant des effluents de 50 à 80 mg/L se situent entre 8 et 10 m/h. Le temps de rétention en flottation va de 15 à 30 minutes ; les flux de casse à forte teneur en fines et en cendres nécessitent la borne supérieure, car les flocs fins remontent plus lentement. Les deux équations sont : A = Qpic / HLR et V = Q × t. À titre d'exemple, avec Qpic = 50 m³/h et HLR = 8 m/h, A = 6,25 m² ; pour le même débit avec une rétention de 20 minutes, V = 16,7 m³, ce qui implique une profondeur utile de 2,7 m. Une profondeur hors de la plage 2,0–3,0 m signale généralement soit une distribution d'entrée mal conçue (trop peu profonde), soit une emprise excessive (trop profonde), et doit alerter sur la nécessité de revoir le collecteur d'entrée.
Étape 3 : Rapport air/solides et recirculation — les deux leviers qui pilotent l'élimination
Le rapport air/solides (A/S) est la masse d'air libérée par masse de solides éliminés, et la plage de fonctionnement est de 0,02 à 0,10, avec 0,03 à 0,05 typiquement pour l'eau blanche (données terrain Zhongsheng, 2026). Mthembu et al. (DOI 10.51415/10321/3182) rapportent des performances DAF optimales avec un rapport air/eau de 10 % et une pression de saturateur de 350 kPa pour la séparation huile/eau en raffinerie, avec une élimination se maintenant au-dessus de 85 % dans la plage A/W de 8 à 12 %. L'équation du débit de recirculation est Qrecirculation = (A/S × Scharge) / (Cair × ρair), où Cair est la concentration d'air dissous à la pression du saturateur. Avec A/S = 0,04, Scharge = 75 kg/h (50 m³/h × 1 500 mg/L), et Cair = 12 mg/L, le calcul donne environ 7,5 m³/h de recirculation, soit 15 % du débit direct — le point de conception typique. Le coût d'exploitation évolue avec la recirculation : chaque augmentation de 5 % du débit de recirculation ajoute environ 0,2 kWh/m³ à la consommation électrique (données terrain Zhongsheng, 2026), la pompe de recirculation doit donc être sélectionnée en parallèle du bassin, et non après celui-ci.
| Cible de fonctionnement | Bas | Typique | Haut | Effet d'une montée dans la plage |
|---|---|---|---|---|
| A/S (sans dimension) | 0,02 | 0,03–0,05 | 0,10 | +5–15 % d'élimination des MES, +0,4 kWh/m³ |
| Ratio A/W (%) | 5 | 8–12 | 15 | Bulles plus grosses, remontée plus rapide, clarté moindre |
| Recyclage / débit direct (%) | 10 | 15–20 | 30 | +0,2 kWh/m³ par palier de 5 % |
| Pression du saturateur (kPa) | 300 | 400–500 | 600 | + puissance du compresseur, bulles plus fines |
Étape 4 : pression du saturateur, diamètre des microbulles et dimensionnement des buses
Une pression de saturateur de 400 à 600 kPa (4 à 6 bar) constitue la plage standard pour les eaux blanches ; 300–425 kPa reste utilisable lorsqu'elle est associée à une chimie de floculation solide, mais produit des bulles de 50–100 µm qui captent les fibres moins efficacement que la plage haute performance de 30–50 µm. Le bilan massique de l'air dérivé de la loi de Henry à 40 °C donne environ 18 mg/L d'air dissous à 500 kPa contre environ 6 mg/L à pression atmosphérique, libérant 12 mg/L utilisables par litre de recyclage lorsque la pression est ramenée à l'ambiante via la buse (données de terrain Zhongsheng, 2026). Le diamètre des microbulles est la variable qui relie la pression du saturateur à l'efficacité d'élimination : 10–100 µm couvre la plage de fonctionnement, et la fenêtre 30–50 µm maximise la fréquence de collision et d'attachement avec les flocs de 50–200 µm. La vitesse en sortie de buse est déterminante, car en dessous de 12 m/s les bulles coalescent à l'intérieur du collecteur, tandis qu'au-delà de 20 m/s les flocs sont cisaillés. Spécifiez des orifices à aiguille en acier inoxydable dimensionnés pour 12–20 m/s, et vérifiez que la pression différentielle à travers la buse reste à 80–90 % de la pression du saturateur.
Étape 5 : chimie du coagulant et des flocs — l'étape pré-DAF que vous ne pouvez pas ignorer
Concevoir un DAF pour effectuer un travail que l'étape de coagulation aurait déjà dû accomplir est l'erreur de dimensionnement la plus courante. Dosez un coagulant cationique — alun, chlorure ferrique ou chlorure de polyaluminium — à 30–50 mg/L en maintenant le pH entre 5,5 et 7,0 ; Mthembu et al. (DOI 10.51415/10321/3182) rapportent un taux d'élimination de 85 % à pH 5 et 50 mg/L de coagulant en service de raffinerie, la plage de 30–45 mg/L offrant des performances comparables selon l'optimisation Box-Behnken. Poursuivez avec un floculant anionique ou cationique à 0,5–3 mg/L pour former un floc de 50–200 µm auquel les microbulles peuvent s'attacher. Prévoyez 3 à 5 minutes de maturation du floc dans un floculateur à conduite séparé ou une cuve agitée avant la buse du saturateur ; une maturation écourtée réduit l'élimination de 10–20 % et surcharge la presse en aval (données de terrain Zhongsheng, 2026). Maintenir le pH et le dosage à ±5 % est le rôle du skid de dosage chimique automatique, qui doit être spécifié avec une pompe redondante et une sonde de pH en ligne pour toute ligne dépassant 30 m³/h.
Étape 6 : Exemple pratique — Dimensionnement d'un DAF pour une ligne d'eau blanche de 50 m³/h
Données d'entrée : Qmoy = 50 m³/h, facteur de pointe 1,6 → Qpointe = 80 m³/h, MES = 1 500 mg/L, T = 40 °C, pH 6,5. Avec une charge hydraulique de surface (HLR) de 8 m/h, la surface du bassin est de 10 m², et une emprise carrée de 3,2 m × 3,2 m donne la géométrie. Un temps de rétention de 20 minutes donne un volume utile de 26,7 m³, ce qui se traduit par une profondeur utile de 2,7 m. En fixant A/S = 0,04 et la pression du saturateur à 500 kPa, on obtient Cair ≈ 12 mg/L ; l'équation de recirculation donne 12 m³/h, soit 15 % du Qmoy. Charges des utilités : pompe de recirculation du saturateur 1,5 kW, compresseur 0,4 Nm³/min à 500 kPa, entraînement de l'écumeur 0,75 kW, et une extraction des boues ciblant 5 % du débit d'entrée acheminée vers un filtre-presse. La chaîne de calcul complète figure ci-dessous.
| Étape de conception | Formule / donnée | Résultat |
|---|---|---|
| Débit de pointe | 50 × 1,6 | 80 m³/h |
| Surface du bassin | 80 / 8 | 10 m² |
| Emprise | Racine carrée de 10 | 3,2 m × 3,2 m |
| Volume utile | 80 × 20 / 60 | 26,7 m³ |
| Profondeur utile | 26,7 / 10 | 2,7 m |
| Charge de matières solides | 50 × 1,5 | 75 kg/h |
| Air requis (A/S = 0,04) | 0,04 × 75 | 3,0 kg/h |
| Débit de recirculation | 3,0 / (12 × 10⁻³ × 1,2) | ≈ 12 m³/h (15 %) |
| Pompe du saturateur | 12 m³/h @ 500 kPa | 1,5 kW |
| Compresseur | Remplissage du saturateur + pertes | 0,4 Nm³/min |
Faire correspondre la conception à un modèle DAF standard
L'exemple pratique correspond à la gamme système de flottation à air dissous ZSQ, qui couvre 13 modèles standards de 4 m³/h à 300 m³/h avec têtes de diffusion à micro-bulles et écumage automatique. Le débit moyen de 50 m³/h correspond au ZSQ-50, et le débit de pointe horaire de 80 m³/h reste dans sa marge de surdimensionnement standard de 15 % sans nécessiter de déclassement. Une filière DAF complète nécessite également trois équipements complémentaires : un dégrilleur mécanique rotatif en amont pour la protection contre le colmatage par fibres, le skid de dosage automatique pour la chimie, et un filtre-presse à plateaux en aval pour déshydrater les boues flottées jusqu'à 30–35 % de matières sèches en vue de leur mise en décharge ou de leur incinération. Les usines traitant des flux de rejets de kraft ou de désencrage devraient également consulter le guide de prétraitement des condensats souillés kraft avant DAF pour vérifier que le dégazeur en amont est correctement dimensionné.
Vérifications de mise en service et les trois erreurs de dimensionnement les plus coûteuses
La mise en service doit commencer par des essais au jar-test pour confirmer le dosage du coagulant, suivis d'un essai de débit du saturateur sur 4 heures pour vérifier que la pompe de recirculation atteint 15 % du débit direct à la pression de conception, ainsi qu'un contrôle de la taille des bulles à l'aide d'une caméra de colonne ou d'une cellule DAF graduée (objectif : 80 % des bulles dans la plage 30–50 µm). Les trois erreurs de dimensionnement les plus coûteuses sont : (1) dimensionner sur le débit moyen journalier plutôt que sur l'heure de pointe, ce qui produit une surcharge de 30 à 50 % dès le premier incident et pousse les boues au-dessus du déversoir ; (2) sous-dimensionner la pompe de recirculation en dessous de 10 % du débit direct, ce qui effondre le rapport A/S et laisse s'échapper les longues fibres dans l'effluent ; (3) omettre le bassin de maturation des flocs de 3 à 5 minutes, ce qui réduit l'élimination de 10 à 20 % et surcharge la presse en aval avec des solides insuffisamment floculés. Chaque erreur est récupérable pendant la mise en service, mais coûteuse après la réception.
Questions fréquemment posées
Quel taux de charge hydraulique dois-je utiliser pour le dimensionnement d'une DAF sur eau blanche ?
Utilisez 5–15 m/h, avec 5–8 m/h lorsque les MES de l'effluent doivent descendre sous 30 mg/L et 8–10 m/h pour l'objectif plus courant de 50–80 mg/L (données de terrain Zhongsheng, 2026). Plus le taux de charge hydraulique (HLR) est faible, plus l'emprise au sol est grande, c'est pourquoi la plupart des usines se situent autour de 8 m/h pour équilibrer coût d'investissement et clarté.
Quel rapport air/solides est typique pour l'eau blanche d'une usine papetière ?
0,03–0,05 est typique, dans une plage de fonctionnement de 0,02–0,10. Mthembu et al. (DOI 10.51415/10321/3182) rapportent des performances optimales à 8–12 % air/eau et une pression de saturateur de 300–425 kPa, avec 85 % d'élimination à pH 5 et un dosage de coagulant de 30–50 mg/L en service de raffinerie. Les flux d'eau blanche chargés de rebuts ou de colle de surface contenant des tensioactifs doivent se situer vers l'extrémité supérieure (0,06+).
Pourquoi le dégrillage en amont est-il obligatoire avant une DAF sur eau blanche ?
Les longues fibres s'emmêlent sur la buse du saturateur et étranglent la libération des microbulles en quelques heures si le dégrillage est omis. Un guide de prétraitement de l'eau de rejet de désencrage avant DAF détaille la norme de perforation ≤2 mm et le dimensionnement du tambour dégrilleur qui la respecte. Le même dégrillage protège le floculateur et la roue de la pompe de recirculation contre les chiffons et les enroulements de fibres.
Comment cette méthode change-t-elle pour l'eau de rideau d'une cabine de peinture par rapport à l'eau blanche fibreuse ?
Le cadre hydraulique est identique mais la chimie change : la surpulvérisation de peinture est une émulsion d'huile et de résine, pas de fibre et de charge, donc le dosage du coagulant augmente à 50–100 mg/L et le rapport A/S à 0,06–0,10. Un guide dédié au dimensionnement d'une DAF pour l'eau de rideau de cabine de peinture détaille la chimie des tensioactifs et la plage de température plus basse (20–30 °C) qui augmente le Cair d'environ 15 % par rapport à l'eau blanche chaude d'une machine à papier.
