Fiche Résumé 08-AEP-03

Le manganèse, fréquemment associé au fer dans les eaux souterraines, peut atteindre des teneurs de l'ordre de 1 mg/l. Sa présence dans l'eau distribuée peut aussi provenir des impuretés contenues dans les sels métalliques utilisés lors de la potabilisation de l'eau au cours de l'étape de clarification. Le manganèse n'est pas un problème de santé publique, du moins aux concentrations dans lesquelles il est retrouvé généralement dans le milieu naturel. Cependant, il doit être éliminé, avec le fer, à des niveaux de concentration inférieurs à respectivement 10 µg/l et 30 µg/l (valeurs fixées par les exploitants, la norme étant respectivement de 50 µg/l et 200 µg/l), de façon à éviter les risques suivants : corrosion ou colmatage des ouvrages de distribution, diminution de l'efficacité de la désinfection, modification de la qualité organoleptique de l'eau (goût métallique et eau rouge), etc.

En France, deux principaux procédés de traitement, basés sur une précipitation par oxydation et une séparation physique (filtration ou décantation), sont mis en œuvre : les procédés physico-chimiques et les procédés biologiques. Mais bien que largement éprouvés, ils ne répondent pas toujours aux objectifs de qualité fixés et présentent des inconvénients respectifs : difficultés de réglage des oxydants utilisés dans le premier type de procédé et lenteur de mise en route avec sensibilité à la présence potentielle de polluants dans le second type de procédé.

Une troisième voie envisageable est l'élimination catalytique du fer et du manganèse par adsorption à la surface d'un matériau spécifique de filtration. Cette technique, utilisée depuis plusieurs années pour la production d'eau minérale, reste très marginale dans le domaine de l'eau potable. Pourtant, elle présente certains avantages : facilité de mise en œuvre, démarrage immédiat du procédé, élimination simultanée du fer et du manganèse. Ce procédé pourrait se développer devant l’apparition de nouvelles applications telles que l’élimination du sélénium et de l’arsenic.

L'objectif de l’étude est donc de comparer, par rapport aux procédés conventionnels (physico-chimique et biologique), l'élimination catalytique du fer et du manganèse, d'optimiser la mise en œuvre de ce procédé et d'établir des recommandations.

Des essais ont été réalisés en laboratoire, sur microcolonnes et sur pilote à Verneuil-Vernouillet. Les résultats ont permis de définir des recommandations et les conditions optimisées d’utilisation des matériaux catalytiques pour une déferrisation/démanganisation :
- choisir un minerai naturel de dioxyde de manganèse (AquaMandix, Polarite, Mangagran) car ses performances en terme d’élimination du manganèse sont meilleures que celles des autres matériaux,
- appliquer le protocole mis au point dans cette étude pour tracer la courbe de capacité de rétention du manganèse en fonction du pH (l’élimination du manganèse augmente avec le pH) et ainsi définir le pH critique, spécifique au matériau utilisé et en dessous duquel il y a risque de solubilisation du manganèse,
- appliquer une vitesse de filtration de 8 à 10 m3/h,
- appliquer un temps de contact de 5 à 6 min,
- si la concentration en manganèse est inférieure à 20 µg/L, appliquer des rétrolavages hebdomadaires à l’eau brute,
- si la concentration en manganèse est comprise entre 20 et 80 µg/L, appliquer des rétrolavages hebdomadaires à l’eau chlorée pour avoir 0,2 à 0,3 mg/L de chlore libre résiduel dans l’eau de rinçage,
- si la concentration en manganèse est supérieure à 80 µg/L, appliquer une régénération en continu par ajout d’oxydant (chlore en absence de NH4+, KMnO4 en présence de NH4+) à la stoechiométrie,

Au niveau des performances épuratoires, le procédé catalytique d’élimination du manganèse permet, par rapport au procédé physico-chimique, d’obtenir une concentration en manganèse plus faible dans l’eau traitée. Par contre, l’élimination conjointe de paramètres émergents dont les normes ont été durcies (arsenic, sélénium, fluor, antimoine) n’a pas été concluante.

Au niveau de la conformité des rejets, l’extrapolation réalisée sur les eaux de lavage des filtres pour leur donner une dimension industrielle montre qu’ils apparaissent, en terme de débit rejeté et de flux de MES (soumis à déclaration), conformes au décret 93-743 du 20 mars 1993, les autres paramètres n’ayant pas été évalués (notamment DCO et Metox) ; il peut toutefois exister une réglementation locale plus sévère que ce décret. Par contre, la conformité de ces mêmes rejets extrapolés n’est pas respectée vis-à-vis de l’arrêté du 2 février 1998 qui réglemente les concentrations en fer et en manganèse avec les limites suivantes : 5 mg/L pour le fer quand le flux est supérieur à 20g/j et 1 mg/L pour le manganèse quand le flux est supérieur à 10 g/j. Il faut alors prévoir un traitement des rejets.

Au niveau du domaine d’application, le procédé catalytique d’élimination du manganèse, plus avantageux en investissement mais aussi en exploitation si la gestion est bonne, est envisageable pour les petites usines de production d’eau potable (UPEP) sous forme de SKID et pour les plus grandes automatisées.