Fiche Résumé 08-AEP-07

La Matière Organique Naturelle (MON) peut générer différents problèmes sanitaires en production d’eau potable : formation de THM (TriHaloMéthanes), surconsommation de désinfectant, problèmes de goûts et d’odeurs... Pour limiter ces problèmes, l’arrêté du 11 janvier 2007 fixe une référence de qualité de 2 mg/L pour le paramètre COT (Carbone Organique Total) sur les eaux distribuées. Mais ce paramètre exprime une grande diversité de composés organiques qui peuvent avoir des comportements différents suivants les traitements chimiques mis en oeuvre dans le traitement de l’eau.

L’évolution de la MON lors des étapes de préoxydation et de coagulation a déjà été étudiée en utilisant différentes méthodes de caractérisation dans le but de mieux optimiser l’étape de clarification suivant l’origine des eaux. Ce travail demande à être réalisé aussi pour les traitements d’affinage comme le charbon actif et les membranes. En effet, l'utilisation des systèmes membranaires dans le domaine de la production d'eau potable s'est largement intensifiée aussi bien pour les eaux d'origine souterraine que pour celles d'origine superficielle. Mais la définition des filières de traitement incluant des membranes doit tenir compte de la sensibilité de ce type de procédé au colmatage qui peut être organique, microbiologique ou minéral.

L'objectif de l'étude est donc :
- d’identifier les classes de composés organiques pouvant être éliminés par le CAG (Charbon actif en Grains) classique et par le CAP (Charbon Actif en Poudre) mis en oeuvre dans le cadre d’un Carboflux,
- de caractériser les substances responsables du colmatage des membranes dans le cas d'une eau d'origine superficielle, de façon à pouvoir mettre en oeuvre le meilleure prétraitement et/ou protocole de nettoyage chimique pour les éliminer.

Afin de répondre à cet objectif, trois moyens analytiques de caractérisation de la Matière Organique Naturelle (MON) seront mis en oeuvre puis utilisés dans le suivi de 2 filières industrielles de traitement d'eau superficielle ayant de fortes teneurs en matières organiques (entre 4 et 11 mg C/L).

Les trois outils de caractérisation de la MON sont : le fractionnement par résines XAD qui classe la matière organique selon la polarité (caractère hydrophobe ou hydrophile), la séparation par ultrafiltration (UF) qui classe la matière organique selon la taille des molécules et l’extraction par LC-OCD (chromatographie liquide - Détection du Carbone Organique), méthode récemment développée qui classe la matière organique selon la taille moléculaire.

Les deux filières choisies disposent de traitements d’affinage à base de charbon actif avec ou sans membrane:
- double étage de filtration sur CAG pour l’un des sites (deux files distinctes de clarification avec du chlorure ferrique sur l’une et du sulfate d’aluminium sur l’autre puis un affinage commun ozone CAG). La mise en oeuvre du CAG est particulière. C’est une double filtration en série : l’un en filtration ascendante et l’autre en filtration descendante, le temps de contact est donc élevé (25 minutes),
- Carboflux et l’ultrafiltration pour l’autre site avec utilisation de chlorure ferrique.

Les résultats ont montré que :
- le CAG classique n’agit pas sur toutes les fractions de MON identifiées par les méthodes XAD et LC-OCD ; il élimine préférentiellement les molécules de masse moléculaire inférieure à 1 kDa séparées par ultrafiltration.
- le Carboflux a de meilleures performances que le CAG classique car il agit sur toutes les fractions de MON identifiées par les méthodes XAD et LC-OCD ; il élimine préférentiellement les molécules de masse moléculaire supérieure à 1 kDa séparées par ultrafiltration.
- toutes les fractions contenus dans l’eau brutes sont retrouvées dans les eaux de nettoyage chimique des membranes d’ultrafiltration avec des répartitions différentes ; le meilleure prétraitement et/ou protocole de nettoyage chimique doit donc tenir compte de toutes ces fractions.
- la méthode de séparation par ultrafiltration n’est pas pertinente car, contrairement aux deux autres méthodes, elle ne permet pas de différencier le comportement du charbon selon sa mise en oeuvre (classique ou Carboflux).
- la méthode XAD paraît plus simple car elle ne fractionne la MON qu’en trois parties (6 pour la méthode LC-OCD) mais sa mise en oeuvre est trop lourde pour envisager des contrôles de routine ce qui n’est pas le cas de la méthode LC-OCD.

Notes :
- Dalton (Da) : un Dalton est défini comme égal à 1/16e de la masse d'un atome d'oxygène. Un Dalton est avec une assez bonne précision la masse d'un atome d'hydrogène, la valeur exacte étant 1,00794 uma.
- L'unité de masse atomique (uma) : L'unité de masse atomique unifiée (symbole u ou uma ) est une unité de mesure standard, utilisée pour mesurer la masse des atomes et des molécules