Fiche Résumé 06-AEP-10

Les procédés membranaires sont utilisés depuis la fin des années 1980 pour la production d’eau potable. Ils sont pour la plupart mis en oeuvre sur la base d’une filtration tangentielle : une partie de l’eau est filtrée et l’autre est recirculée dans la membrane, concentrant ainsi les polluants retenus ; cette partie recirculée s’appelle “concentrat”.

La composition des concentrats dépend étroitement de la qualité de l’eau brute qui alimente la membrane. D’une façon générale, ils sont chargés en sels, matières organiques (MO) ainsi qu’en pesticides et phosphore. La destination ultime du concentrat est souvent le milieu naturel et notamment les eaux de surface. Or, il y a des concentrations limites à respecter pour la préservation de l’environnement et ces concentrations sont directement liées au débit et aux caractéristiques de la rivière dans laquelle sont déversés les rejets.

L’objectif de l’étude est de trouver une solution pour l’élimination des micropolluants contenus dans les concentrats, et notamment des pesticides qui y sont 5 à 7 fois plus concentrés que dans la ressource et qui sont en présence de fortes teneurs en matières organiques. Suite à une analyse détaillée de la composition des concentrats, dix pesticides ont été sélectionnés parmi ceux qui ont les plus fortes concentrations en France (atrazine, atrazine -2-hydroxy, DEA, DIA, bentazone, diuron, isoproturon, aminotriazole, acétochlore, AMPA ou acide aminométhylphosphonique, glyphosate, sulcotrione).

Les procédés conventionnels habituellement utilisés pour la production d’eau potable, tels que la coagulation-floculation, l’adsorption sur charbon actif (CA) et l’ozonation, et qui ont déjà fait leur preuve dans l’élimination des pesticides contenus dans la ressource, ont alors été testés pour évaluer leurs performances dans l’élimination des pesticides contenus dans les concentrats de procédés membranaires.

Les essais, menés en laboratoire, ont été réalisés sur des concentrats provenant de trois usines différentes utilisant la nanofiltration en affinage (Méry-sur-Oise, Pont-Ar-Bled dans le Finistère et Yffiniac dans les Côtes d’Armor). Ces concentrats ont été dopés en pesticides à une concentration de 5 ou 10 µg/l ce qui correspond à une pollution moyenne dans une eau de surface de respectivement 0,7 et 1,5 µg/l.

Les résultats ont montré que l’élimination des pesticides dépend étroitement de leurs caractéristiques physiques et chimiques. Ainsi, certains pesticides, les moins solubles dans l’eau (atrazine et ses métabolites, isoproturon, diuron, acétochlore), sont les mieux éliminés par le charbon actif (une corrélation a d’ailleurs été établie entre adsorption et solubilité des pesticides) alors que l’ozone les dégrade si lentement, notamment en ce qui concerne l’atrazine, la DEA et l’acétochlore, que l’application industrielle n’est pas envisageable. D’autres, au contraire, de polarité généralement plus élevée (sulcotrione, bentazone, aminotriazole, AMPA, glyphosate) sont mal éliminés par le charbon (voire très mal pour l’AMPA, l’aminotriazole et le glyphosate) et très bien par l’ozone. Par ailleurs, la coagulation-floculation permet d’obtenir de bons abattements du glyphosate et de l’AMPA mais les consommations en réactifs (coagulant et surtout acide) font de ce procédé un procédé non économiquement viable.

La décarbonatation du concentrat améliore globalement l’efficacité de l’ozonation par élimination des ions HCO3- qui ont une action inhibitrice sur les radicaux hydroxyles. Le transfert de l’ozone du gaz au liquide s’en trouve nettement favorisé. Mais le bénéfice apporté n’est pas suffisamment significatif sur la dégradation des pesticides. La décarbonatation ne sera donc pas retenue dans la définition de la filière de traitement des concentrats contenant des pesticides.

La présence de matière organique influe beaucoup sur le taux d’élimination des pesticides par adsorption. Ce phénomène de compétition n’est pas observé entre pesticides.

Les paramètres opératoires optimum, ne permettant toutefois d’obtenir qu’une élimination partielle des pesticides, ont été définis pour chaque procédé étudié :
- ozonation : 6 mg O3/l avec 5 min de temps de contact ;
- adsorption sur charbon : 30 mg CAP/l avec 15 min de temps de contact ;
- coagulation-floculation : 100 ppm de FeCl3 à pH 5,5.

Il est néanmoins possible d’obtenir une élimination totale des pesticides et de limiter la présence de sous-produits d’oxydation, à condition de mettre en oeuvre le couplage des procédés entre eux. Les meilleurs résultats obtenus sont ceux issus du couplage adsorption-oxydation.

Des études complémentaires sont prévues pour tester différents types d’adsorbants et améliorer le transfert d’ozone. Les meilleures filières ainsi définies seront testées sur site.