Fiche Résumé 10-AEP-01

Les techniques membranaires utilisées dans les filières de production d'eau potable pour éliminer les pesticides et la matière organique produisent des rejets appelés concentrats. Ces rejets représentent classiquement 15 à 25 % du débit d'eau produite dans le cas de la nanofiltration (NF) ou de l'osmose inverse (OI). Ils peuvent donc rapidement atteindre plusieurs dizaines de milliers de m3/j sur les grosses usines de production d'eau potable (UPEP).

La composition des concentrats 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 matières organiques (MO) et pesticides à des concentrations qui dépendent aussi de la qualité de l’eau brute et de la mise en oeuvre du procédé membranaire. 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.

Pour améliorer la situation, deux voies d’action peuvent être investiguées : la réduction du volume des concentrats (qui permettrait en plus une réduction des coûts de production) et le traitement des concentrats pour éliminer les pesticides et la MO

Volume des concentrats :
Le volume de concentrats issu d’une configuration classique de NF (3 étages en série) correspond à 15 % du volume entrant soit un taux de conversion de 85 % ; les constituants de l’eau sont alors concentrés 6 à 7 fois sur le dernier étage. Bien que les coûts de production en auraient été réduits, un taux de conversion plus élevé (produisant un concentrat plus concentré) n’avait jamais été testé pour des raisons liées à la durée de vie des membranes. Grâce à l’adaptation des conditions de nettoyage chimique (mode, fréquence...) en fonction de l’étage de NF concerné, cette étude a permis de valider la possibilité de rajouter deux étages supplémentaires permettant ainsi d’obtenir un taux de conversion de 95 % lié à un rejet concentré 12 fois sur le dernier étage.

Les essais de traitement des concentrats réalisés sur pilotes proviennent donc d’une configuration NF “3 étages” et “5 étages” alimentée par l’eau de la Marne clarifiée. Chaque étage est constitué de tubes de 6 membranes NF200 de DOW (4 tubes pour le premier étage, 2 pour le deuxième, 1 pour le troisième, 2 pour le quatrième et 1 pour le cinquième). Un séquestrant à base de phosphonates est injecté en amont du premier étage de NF pour inhiber la précipitation des sels. Les concentrats issus de la configuration 3 étages ont été dopés en pesticides car, contrairement à la configuration 5 étages, leur concentration “naturelle” (DEA, isoproturon, glyphosate, diuron retrouvés dans la Marne) n’était pas assez importante. Les pesticides utilisés pour le dopage sont choisis parmi ceux les plus souvent retrouvés dans les eaux de surface (atrazine, hydroxyatrazine, DEA, DIA, diuron, isoproturon, bentazone, acétochlore, alachlore, sulcotrione, AMPA, glyphosate, aminotriazole).

Traitement des concentrats :
Lors de la première partie de l’étude (2006-2008) réalisée en laboratoire, les essais de traitement des concentrats ont montré que le couplage ozone-charbon est la méthode la plus efficace pour éliminer 80 % de la matière organique et tous les pesticides testés. Cependant, les temps de contact étudiés étaient très importants, les analyses peu fréquentes et les volumes de concentrats disponibles faibles. Une validation des essais conduits en laboratoire est donc nécessaire à plus grande échelle. Deux mises en oeuvre du charbon actif sont alors testées en 2009-2010 à l’échelle semi-industrielle (pilotes). Un des deux pilotes est composé de 5 colonnes : 1 d’ozonation, 2 d’adsorption en série sur charbon actif en grains (CAG) classique Picahydro F22 et 2 d’adsorption en série sur CAG biologique Picabiol 2. Le Picabiol est un charbon actif qui favorise le développement des bactéries nécessaires au processus d’élimination biologique de façon à compléter l’abattement de la matière organique par adsorption. L’autre pilote est prévu pour l’étude de l’adsorption sur un charbon actif en poudre (CAP) mis en oeuvre avec ou sans recirculation dans un décanteur lamellaire Multiflo (qui intègre une coagulation-floculation). Le CAP utilisé est le Picahydro MP23 à des doses proches des conditions industrielles, le coagulant est le chlorure ferrique et le floculant un polymère cationique.

Résultats sur Pilote CAG :
En ce qui concerne l’élimination des pesticides, les colonnes de CAG sont très performantes (élimination proche de 100 %) et peuvent garantir un rejet dans le milieu naturel contenant moins de pesticides que dans l’eau pompée ; la performance est améliorée avec une ozonation préalable (surtout pour le glyphosate, l’AMPA - acide aminométhylphosphonique - n’étant éliminé dans aucune des conditions testées) ; le CAGbio donne de meilleurs résultats que le CAG classique ce qui lui permet de s’affranchir de l’utilisation d’une ozonation préalable ; l’intérêt qu’offre une préozonation n’est pas suffisant pour justifier les coûts qu’elle représente et sa complexité de mise en oeuvre. En ce qui concerne la MO, l’élimination reste insuffisante (environ 20 %) et n’est pas améliorée avec une ozonation préalable quel que soit le charbon utilisé ; la charge restante dans le concentrat traité reste donc beaucoup trop élevée pour un rejet dans le milieu naturel.

Résultats sur Pilote Multiflo :
Le CAP dans le décanteur Multiflo donne des résultats similaires aux colonnes de CAG pour l’élimination de la MO et des résultats un peu moins bons en ce qui concerne les pesticides car leur concentration est détectable en sortie de traitement des concentrats ; le chlorure ferrique n’apporte aucun bénéfice ; la recirculation du CAP permet d’économiser le charbon et semble offrir de meilleures performances.

Pour une réalisation industrielle, la mise en oeuvre en colonnes de CAG serait probablement préférée à la mise en oeuvre CAP/Multiflo car l’exploitation est moins contraignante pour un coût comparable.