Fiche Résumé 07-AEP-08

Étant donné le développement important des techniques membranaires utilisées dans les filières de production d'eau potable pour éliminer les pesticides et les matières organiques, 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. D'une façon générale, ils sont chargés en sels, matières organiques, 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.

Une première phase de l’étude a déjà été réalisée en laboratoire en 2006-2007 sur l'élimination des pesticides dans les concentrats. Elle a montré que certains pesticides sont abattus par adsorption sur charbon actif en poudre (CAP) et d’autres par ozonation (O3) et que le couplage en étapes successives “ozone-puis-CAP” ou de façon simultanée “ozone+CAP” est efficace pour tous les pesticides.

La deuxième phase de l'étude présentée ici (2007-2008) porte sur l’élimination de la matière organique (MO) dans les concentrats. Les différents moyens testés pour cela sont les mêmes que dans la première phase de l’étude : adsorption sur charbon actif seule, ozonation seule et couplage ozone-puis-charbon (étapes successives) ou ozone+charbon (simultanée). Le phénomène décrit dans la littérature sur le rôle de catalyseur que peut avoir, grâce à ses propriétés basiques, le charbon sur la décomposition de l’ozone en radicaux OH° sera étudié lors de la mise en oeuvre du couplage ozone-charbon. Les avantages seraient alors une meilleure élimination des polluants avec un temps de contact plus court. Les essais prévoient d’optimiser le temps de contact, les doses de CAP et d’ozone, le type de charbon et d’étudier l’effet d’une décarbonatation obtenue par augmentation du pH. La décarbonatation du concentrat pourrait en effet améliorer 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 trouverait alors nettement favorisé.

Onze charbons actifs en poudre de qualité et de caractéristiques différentes ont été testés pour éliminer la matière organique. Ils sont à base de bois ou de noix de coco et leur activation a été réalisée soit thermiquement, soit chimiquement, soit par le couplage de ces deux méthodes. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec les charbons à base de bois et thermiquement activés. Le Picasorb16 s’est révélé être le charbon actif en poudre le plus efficace et a donc été utilisé pour la suite des essais.

Les résultats obtenus en laboratoire ont montré que l’ozone seule est peu efficace pour l’élimination de la matière organique ; l’adsorption seule et le couplage ozone puis CAP sont optimum pour un temps de contact de 10 mn ; le couplage ozone+CAP en simultanée est efficace dès 2 mn de temps de contact. Par ailleurs, l’augmentation du pH de 7,5 à 12 (décarbonatation) n’est efficace que pour l’ozone seule. En présence de charbon, la décarbonatation diminue nettement l’efficacité du traitement, l’adsorption est moins performante. La théorie sur l’amélioration que peut apporter la décarbonatation sur l’efficacité de l’ozonation n’est donc pas vérifiée en présence de charbon. Les résultats ont aussi montré que le Picasorb16 est légèrement dégradé par l’ozone à partir d’une dose d’ozone de 30 ppm. Les tests en laboratoire se poursuivent pour étudier l’effet d’une oxydation avancée (ozone couplée à H2O2 et réactif de Fenton) et l’effet d’un charbon actif biologique (ensemencé).

L’utilisation du charbon actif en grains (CAG) au niveau industriel présente plusieurs avantages : il est simple à mettre en oeuvre et à exploiter ; il n’y a pas de risque de retrouver des fines de charbon dans l’eau traitée contrairement au CAP ; il est possible de régénérer le charbon saturé. En revanche, le CAG ne permet pas d’assurer une qualité d’eau traitée constante dans le temps. Trois charbons actifs en grains ont été étudiés en laboratoire pour la suite de l’étude qui doit se dérouler à l’échelle semi-industrielle (pilote) : Picacarb 830, Picacarb 1020 et Picacarb 1240. Le Picacarb 1020 se révèle être le plus efficace pour l’abattement de la matière organique. Mais cependant, il reste peu efficace (faible adsorption pour un temps de contact supérieur à 20 min) dans les conditions utilisées qui sont éloignées des conditions optimales de mise en oeuvre sur le terrain en colonne d’adsorption.

La suite de l’étude (2008-2009) prévoit de valider à l’échelle semi-industrielle (pilote) les résultats obtenus en laboratoire. Le pilote composé de 4 colonnes d’adsorption sera installé dans le nouveau hall d’expérimentations d'Annet-sur-Marne réservé à l’eau potable. Les procédés testés seront : l'adsorption sur CAG neuf et déjà ensemencé et le couplage ozone puis CAG. L’objectif sera d’évaluer leur efficacité sur l'élimination de la matière organique dans le concentrat, matière organique qui impacte sur l'élimination des pesticides. L'eau proviendra d'un concentrat de nanofiltration dopé en pesticides.