Fiche Résumé 14-AEP-11

Les composés organo-halogénés volatils (COV) sont des molécules dérivées des hydrocarbures et leur présence dans l'environnement est liée à leur utilisation importante dans l'industrie (pétrochimie, industrie chimique, traitement des matériaux...). Les pollutions liées aux COV peuvent être chroniques ou accidentelles et touchent l’air mais aussi l’eau (diffusion dans le milieu aquatique ou le sol par le biais de fuites d'essence provenant des réservoirs par exemple). A long terme, ces composés peuvent avoir des effets mutagènes, cancérogènes ou encore tératogènes (développement de masse cellulaires anormales au cours de la croissance fœtale). Ainsi, des limites de qualité ont été fixées en France mais seulement sur certaines molécules : le code de la santé publique définit une limite de 10 µg/L pour la somme des concentrations en trichloroéthylène et tétrachloroéthylène. La traitabilité des molécules non réglementées n'est pas connue à ce jour et pour les molécules réglementées, les traitements classiques mis en œuvre sont le stripping et le charbon actif.

L'objectif de cette étude est de réaliser un état de l'art sur l'occurrence et la traitabilité de l'ensemble des COV et des BTEX, puis de proposer une filière simple de traitement de façon à obtenir une concentration totale inférieure à 10 µg/L dans l'eau traitée.

Occurrence dans la ressource
Concernant les ressources en eau, l’étude des bases de données sur la qualité de l’eau a permis de mettre en évidence que les composés retrouvés dans l’environnement aquatique sont les COV halogénés (trichloroéthylène, tétrachloroéthylène...), les COV aromatiques (BTEX : Benzène, Toluène, Ethylbenzène et Xylène) et les COV oxygénés (MTBE et ETBE : additifs pétrolier). L’analyse statistique de ces données au niveau national montre que 22 % des ressources étudiées sont impactées par la présence de COV dont 93 % sont d’origine souterraine, les régions les plus impactées étant l’Ile-de-France et le Nord Pas-de-Calais. Huit molécules sont définies comme les plus occurrentes dont seulement quatre sont réglementées. Les molécules les plus occurrentes réglementées sont le chlorure de vinyle (CVM), le chloroforme, le trichloroéthylène (TCE) et le tétrachloroéthylène (TTE). Les molécules les plus occurrentes non réglementées sont le 1,1dichloroéthane (1,1 DCA), l’ETBE, le 1,1,1trichloroéthane (1,1,1 TCA), et le 1,2cis dichloroéthylène (1,2 cis DCE).

Occurrence dans l’eau traitée
Concernant l’eau traitée, l’analyse des données de qualité d’eau en sortie de production met en évidence très peu de non-conformité (< 1 %). Les cinq molécules les plus détectées sont : ETBE, 1,1,1trichloroéthane, chloroforme, 1,2cis dichloroéthylène, tetrachloroéthylène.

Traitements conventionnels
Parmi les traitements conventionnels pour éliminer les COV, deux types ont été identifiés dans la littérature scientifique :
- Le stripping est le traitement le plus éprouvé et semble être le plus efficace pour l’élimination des COV bien que sa mise en oeuvre soit complexifiée pour les COV les moins volatils (ETBE, MTBE).
- La filtration sur charbon actif en grains (CAG) est le second traitement utilisé, ses performances sont bonnes mais les percées de filtre peuvent être rapides en fonction du type de COV et de la compétition avec la matière organique ou d’autres polluants.

Traitements innovants
Parmi les traitements innovants pour éliminer les COV, quatre types ont été identifiés dans la littérature scientifique :
- La filtration sur d’autres adsorbants (résine et zéolite) montre des résultats très intéressants et avec des capacités d’adsorption parfois meilleures que le CAG. Toutefois les régénérations à la vapeur des résines complexifient le procédé et ces adsorbants innovants ne sont pas agréés pour l’eau potable.
- L’oxydation avancée des COV aromatiques et des MTBE/ETBE présente d’excellents abattements, notamment le procédé UV/ozone (90 % d’élimination au bout de 5 min). Mais les performances sont moins bonnes pour les COV aliphatiques et ce type de traitement a l’inconvénient de former des sous-produits d’oxydation qui ne sont pas encore très bien connus.
- la filtration membranaire hydrophobe est basée sur le principe du stripping. L’élimination peut atteindre 90 % mais les membranes doivent être mises en série pour maintenir de bonnes performances avec les composés les moins volatils.
- La biodégradation est un procédé qui fonctionne bien mais qui nécessite une bonne maîtrise de l’activité biologique. Sa mise en oeuvre pourrait être sous forme de bioréacteur à membrane ou de biofiltre avec des bactéries fixées sur un lit filtrant.

Au final, cette première phase d’étude, consacrée à l'état de l'art, a permis de choisir quatre composés (trichloroéthylène, tétrachloroéthylène, 1,1,1 trichloroéthane, toluène) et trois procédés d'élimination (cascade d'aération, charbon actif et membrane hydrophobe), comme les plus pertinents à étudier lors de la seconde phase de l’étude. Il faut en effet envisager la mise au point de procédés innovants car les procédés conventionnels ne sont pas toujours efficaces pour éliminer tous les types de COV et par ailleurs, dans un proche avenir, de nouvelles molécules de COV pourraient bien être réglementées. La seconde phase de l’étude permettra de mettre en place des unités pilote (aération sur cascade, filtration sur CAG avec trois CAG différents, traitement sur membrane hydrophobe) sur un site qui sera sélectionné en fonction de la présence de COV dans la ressource. Des dopages sont néanmoins prévus en fonction du niveau de pollution de la ressource pour chacun des quatre COV cibles visés. L'appareil CMS 5000, sélectionné et testé lors d'un projet antérieur, sera utilisé comme analyseur en ligne.