Fiche Résumé 09-AEP-04

Étant donné le développement important des techniques membranaires utilisées dans les filières de production d'eau potable pour éliminer les pesticides et la matière organique, il semble indispensable d'étudier le devenir de leurs rejets appelés concentrats. Ces rejets représentent 15 à 25 % du débit d'eau produite dans le cas de la nanofiltration ou de l'osmose inverse. Ils peuvent donc rapidement atteindre plusieurs dizaines de milliers de m3/j sur les grosses usines de production d'eau potable (UPEP).

Leur composition dépend étroitement de la qualité de l'eau brute alimentant l'usine et de la nature des réactifs utilisés lors du traitement de potabilisation. D'une façon générale, ils sont chargés en sels, matières organiques (MO), pesticides et phosphonates. A l'heure actuelle, certains concentrats sont encore rejetés directement dans le milieu naturel et les concentrations limites à respecter pour la préservation de l'environnement sont directement liées au débit du rejet et à celui de la rivière qui réceptionne le rejet.

Les deux premières phases de l’étude (2006-2007 et 2007-2008) ont été réalisées en laboratoire et ont porté respectivement sur l'élimination des pesticides et l’élimination de la matière organique dans les concentrats. Les différents moyens testés pour cela sont l’adsorption sur charbon actif en poudre (CAP) seule, l’ozonation seule et le couplage ozone-puis-CAP (étapes séquencées) ou ozone+CAP (simultanée). Les résultats ont montré que le couplage en étapes séquencées “ozone-puis-CAP” ou de façon simultanée “ozone+CAP” est la méthode la plus efficace pour éliminer la matière organique et tous les pesticides testés.

Les tests en laboratoire se sont poursuivis lors de la troisième phase de l’étude (2008-2009) pour compléter les résultats sur l’élimination de la matière organique par le couplage ozone-CAP (optimisation de la dose d’ozone, de la dose de charbon, du pH, du temps de contact...) puis pour étudier l’efficacité d’une oxydation avancée (ozone-H2O2) et l’efficacité d’un charbon actif en grains biologique (CAG-bio), c’est-à-dire un charbon ensemencé par des micro-organismes qui utilisent les composés organiques de l’eau à traiter pour se développer.

Les résultats obtenus dans le cadre de l’élimination de la matière organique par le couplage ozone-CAP ont montré que :
- le couplage ozone-CAP permet d’obtenir une élimination de la matière organique de l’ordre de 80 %, majoritairement due à l’adsorption sur charbon ;
- la dose d’ozone n’a pas beaucoup d’influence sur l’élimination de la matière organique, la dose retenue est donc la plus faible testée (6 ppm) ; si l’effet de l’ozone est faible dans le cas de l’élimination de la matière organique, il faut rappeler qu’il présente un intérêt pour les pesticides ;
- l’élimination de la matière organique est équivalente quelle que soit la dose de charbon testée, la dose retenue est donc la plus faible testée (400 ppm) ; cette dose de charbon à appliquer est beaucoup plus élevée pour la matière organique que pour les pesticides car la saturation du charbon par la matière organique est très rapide ;
- tous les temps de contact testés donnent des résultats similaires sur l’élimination de la matière organique donc le temps de contact retenu est le plus faible testé (2 min) ;
- la température a peu d‘effet sur l’abattement de la matière organique ;
- l’augmentation du pH permet d’améliorer les performances car il y a formation de carbonate de calcium pouvant piéger la matière organique ; mais ces conditions opératoires ne sont pas viables économiquement ;
- le mode simultanée (ozone+CAP) élimine mieux la matière organique que le mode séquencé (ozone puis CAP) ;
- le recyclage du CAP provoque une baisse de performance de l’élimination de la matière organique dès le deuxième passage, du fait d’une moins grande disponibilité des sites actifs de la surface spécifique externe ; cet effet est beaucoup plus accentué en mode simultanée qu’en mode séquencé lorsque la dose d’ozone est forte (30 ppm) et identique pour les deux modes lorsque la dose d’ozone est faible (3 ppm) ; l’ozone à forte dose et en usage simultanée au charbon provoquerait un blocage des micropores du charbon ou une déformation de sa structure ;
- les charbons CECA et Picasorb 16 sont les plus performants.

Les résultats obtenus dans le cadre de l’élimination de la matière organique et des pesticides par le CAG-bio ont montré que le couplage ozone-CAG bio est légèrement plus performant que le couplage ozone-CAG ; la différence de performance s’accroit pour les molécules les plus difficiles à éliminer (bentazone).

Les résultats obtenus dans le cadre de l’élimination de la matière organique par le couplage O3/H2O2 ou par les résines échangeuses d’ions anioniques (REI) ont montré un intérêt au niveau des performances de traitement, surtout dans le cas des REI, mais les conditions opératoires optimales sont telles que ces procédés ne sont pas viables économiquement.

La suite de l’étude (2009-2010) prévoit de valider à l’échelle semi-industrielle (pilote) les résultats obtenus en laboratoire. Un pilote composé de 4 colonnes d’adsorption est installé à cette fin dans le nouveau hall d’expérimentations d'Annet-sur-Marne réservé à l’eau potable. Les procédés testés sont : l'adsorption sur CAG neuf, l’adsorption sur un CAG favorisant le développement biologique et le couplage ozone puis CAG. Un second pilote est prévu pour l’étude de l’adsorption sur un CAP mis en oeuvre dans un clarificateur, avec des doses proches des conditions industrielles.