Fiche Résumé 06-AEP-06

Une teneur élevée en matières organiques (MO) résiduelles en sortie des usines de production d'eau potable peut d'une part engendrer, après désinfection, la formation de sous-produits de désinfection et l'apparition de goûts et odeurs et d'autre part contribuer, par apport de nutriments, à une reviviscence bactérienne au niveau du réseau de distribution. Les traitement conventionnels mis en œuvre sur les filières de traitement pour éliminer cette matière organique sont la clarification et l’adsorption sur charbon actif couplées ou non à la filtration membranaire. Cependant, ils ont leurs limites techniques ou économiques en particulier pour certaines ressources difficiles à traiter telles que les eaux de surface notamment. Il est donc nécessaire, pour ce type d'eau, de proposer des solutions complémentaires ou alternatives aux traitements conventionnels.

Une des voies alternatives possibles est la mise en œuvre de résines macroporeuses, neutres ou anioniques, sous forme de filtre ou de particules libres. Ces résines, régénérables sur place et pouvant être mis en œuvre en traitement direct ou en affinage, élimineraient les matières organiques et remplaceraient ou soulageraient ainsi l'étape de clarification (ou de filtration sur membrane), et le charbon serait réservé pour éliminer les micropolluants. Cette voie a été explorée à échelle laboratoire et sur installation pilote à partir des années 1980 et des réalisations industrielles mettant en œuvre ces matériaux innovants ont déjà vu le jour. Cependant, la disponibilité de ces résines pour l'application à l'échelle industrielle a beaucoup évoluée depuis ces dernières années (agrément, coût, etc.) et il n'existe pas aujourd'hui d'études exhaustives et impartiales de comparaison technico-économique entre cette technique et les autres techniques utilisées pour éliminer les matières organiques. Une telle étude permettrait de clairement identifier les applications (type de ressource, capacité, objectifs à atteindre) pour lesquelles les résines et leur mise en œuvre seraient compétitives. La présente étude propose donc de réaliser une synthèse bibliographique sur les résines (état de l’art et analyse technico-économique).
Les résines échangeuses d’anions sont produites à partir d’une matrice à base de polymères sur laquelle sont attachés, par des laisons covalentes, des fonctions amines tertiaires ou quaternaires. La résine est ensuite mise en contact avec une solution d’ions chargés négativement, comme les ions chlorures, qui vont se fixer par liaisons électrostatiques avec les sites positifs de la résine. La résine peut être conçue de telle manière que le coefficient de sélectivité pour la matière organique, composée d’acides hydrophiles et hydrophobes, soit supérieur à celui des ions chlorures ce qui permet d’échanger les ions chlorures contre la matière organique en solution.

Les résultats des différentes études disponibles montrent que les résines les plus efficaces pour éliminer la matière organique naturelle sont les résines échangeuses d’anions fortement basiques avec des fonctions amines quaternaires formés à partir d’un squelette polyacrylique et ayant une structure macroporeuse. Qu’elles soient en lit fixé ou dans un réacteur mélangé en flux continu (procédé MIEX® ou Magnetic Ion EXchange), elles peuvent avoir différentes applications potentielles pour répondre aux besoins de traitement spécifiques à un site donné. Le principal avantage offert par ces résines, par rapport aux procédés conventionnels, est d’éliminer les composés de faibles poids moléculaires ce qui permet de diminuer le dose de chlore en désinfection finale et limite ainsi le risque de formation des sous-produits de désinfection comme les THM (trihalométhanes) et les AHA (acides haloacétiques). Elles permettent aussi d’éliminer en parallèle l’arsenic, les bromures et les sulfures et de diminuer la dose de coagulant, donc le volume de boues, lorsqu’elles sont placées à l’amont de la coagulation. Cependant, elles présentent certains inconvénients : elles n’éliminent pas la turbidité ; leur performance dépend de la qualité de l’eau brute ; le devenir des éluats de régénération doit être réglé.

Le coût des résines anioniques est généralement supérieurs à ceux obtenus en modifiant un traitement conventionnel existant, comme l’optimisation de la coagulation, pour améliorer l’élimination des matières organiques naturelles. Cependant, l’utilisation des résines peut offrir une alternative envisageable lorsque, d’une part les modifications de traitement sont inefficaces ou impossibles à mettre en oeuvre, et d’autre part lorsque le niveau requis pour l’élimination des matières organiques naturelles est suffisamment important pour que le coût des résines anioniques devienne moins élevé que ceux relatifs à l’adsorption sur CAG ou à la nanofiltration. L’étude technico-économique du procédé MIEX®, réalisée sur la base des données disponibles dans la littérature, montre que ses coûts d’investissement et de fonctionnement sont en revanche comparables à ceux des filières conventionnelles. Mais des essais sur pilote sont néanmoins nécessaires pour affiner cette comparaison.

En conclusion, l’utilisation des résines pour éliminer les matières organiques naturelles est intéressante dans le cas de certaines applications qui réprésentent un faible marché en France. Par contre, ce procédé se développe à l’étranger car les problématiques sont différentes.