Ch 2 Filières de traitement

Ch 2 Filieres de traitement

Pierre POUSSIN

SOMMAIRE

Pierre POUSSIN Ch 2 Filieres de traitement

Les differents types d’eau brute

1.Les differents types d’eau brute

La qualite de l’eau brute est le facteur qui permetde decider de la filiere a adopter, cette qualitedepend principalement du type de ressource :

Eaux souterraine

Eaux de surface

Eaux karstiques : eaux souterraines mais sousinfluence des eaux de surface


Les differents types d’eau brute Les eaux souterraines

1.1.Les eaux souterraines

Table: Problemes des eaux souterraines

Problemes naturels Problemes anthropiques Problemes rares

TurbiditeFer et Manganese

Durete

Nitrates

PesticidesAmmonium

MicrobiologieMatiere

organique dissoute

Residus decarburants

Radioactivite

ArsenicSelenium

Fluor

Matiereorganique naturelle



L’eau souterraine est contenue dans les pores ou lesfissures de roches qui forment le sous-sol.On parle de roche aquifere (etymologiquementroche qui contient l’eau ).

Sa qualite est constante sur l’annee, elle est souventpauvre en oxygene mais assez mineralisee. Elle nenecessite que peu de traitement pour sapotabilisation.



Ces aquiferes sont generalement composes de deuxzones :

une zone non saturee comprenant le sol et lapartie superieure de la roche aquifere. Danscette zone, l’eau ne remplit pas l’integralite despores de la roche, elle adhere plus ou moinsfortement par effet de la tension superficielle ala partie solide

une zone saturee dans laquelle les interstices dela roche sont completement satures d’eau.Cette eau contenue dans la roche prend le nomde nappe . Elle ne constitue que tres rarementdes rivieres ou des lacs souterrains.


Les differents types d’eau brute Les eaux de surface

1.2.Les eaux de surface

Les eaux de surface, egalement appelees eauxsuperficielles, sont constituees, par opposition auxeaux souterraines, de l’ensemble des masses d’eaucourantes ou stagnantes, douces, saumatres ousalees qui sont en contact direct avec l’atmosphere.

Il s’agit pour l’essentiel des cours d’eau, des oceans,des mers, des lacs et des eaux de ruissellement. Latemperature et la qualite varie en fonction du climatet des saisons.



Le taux de matieres en suspension est variable selonla pluviometrie et selon la nature et du relief desterres a son voisinage.

Sa composition en sels mineraux est variable enfonction du terrain, de la pluviometrie et des rejets.

Une eau de surface est ordinairement riche enoxygene et pauvre en dioxyde de carbone.Ellenecessite des traitement complexes pour sapotabilisation.



Table: Problemes des eaux de surface

Problemes naturels Problemes anthropiquesTurbidite et

MES

BacteriesAlgues

Matiereorganique naturelle

Mineralisation(trop faible)

Fer, aluminium,manganese

Ammonium

Metaux lourds

Nitrates

VirusProtozoaires

Matieresorganiques des rejets urbains,

agricoles et industriels

Micro-polluantsorganiques dont pesticides


Les differents types d’eau brute Les eaux karstiques

1.3.Les eaux karstiques

Les aquiferes karstiques sont crees par lesecoulements d’eaux souterraines, qui vont dissoudrecertaines roches, en particulier les calcaires.

Ce phenomene s’explique par les proprietes acidesdes eaux souterraines (dues a la dissolution dans lessols du gaz carbonique (CO2) produit par lesvegetaux et les colonies bacteriennes).



Ce processus specifique d’erosion est appele lakarstification. Du fait de leur grande permeabilite,les regions karstiques sont des regions ou l’eau estsouvent absente de la surface du sol.



La qualite de l’eau karstique est tres variable dans letemps :

En periode de faible precipitation, l’eau possedeune qualite proche de celle des eauxsouterraines, les traitements a mettre en œuvresont faibles.

En periode de forte precipitation, les eaux desurface (chargees en MES) vont ruisseler ets’engouffrer dans les fissures et alimenter lereseau karstique. Les traitements deviennentcomplexes.


Figure: Milieu karstique

Generalites

2.Generalites

Une filiere de traitement des eaux destinees a laconsommation humaine doit inclure en priorite uneexcellente desinfection precedee, au plus, de troisgroupes d’etapes de traitement :

pretraitements physique et chimiques

clarification

traitements d’affinage


Figure: Exemple de filiere de traitement

Stockage de l’eau brute

3.Stockage de l’eau brute

Le stockage de l’eau brute permet de se premunir :

des risques de secheresse

des risques de pollutions accidentelles

des risques de modification de la qualite de laressource en fonction des saisons, desintemperies, des crues, ...


Stockage de l’eau brute

Le stockage d’eau brute requiert de grandes surfacesde terrain, onereuses, voire irrealisables en milieuurbain ; en outre, un nettoyage periodique de lareserve peut s’averer necessaire.

L’autre inconvenient lie au stockage de l’eau bruteest le developpement possible d’algues qui donnentun mauvais gout/odeur a l’eau, que l’on devradetruire par la suite.


La prise d’eau

4.La prise d’eau

Eaux souterraines : il faut concevoir uncaptage/pompage qui entraıne avec l’eau unminimum de terre et de sable.

Il est egalement indispensable que des perimetres deprotection ( PPPC : perimetre de protection despuits de captage ) soient bien determines.


Les techniques de captage sont generalement despuits, des puits a drains rayonnants, des trancheesdrainantes,...

Figure: Puit a drain rayonnant

La prise d’eau

Eaux de surface et eaux karstiques : il faut adapterla prise aux differents elements que l’eau peutcontenir et suivant les cas, decider despretraitements indispensables.

Cas des lac a niveau constant : le prelevement del’eau doit etre choisi de facon, a ce que tout au longde l’annee, les teneurs en MES, colloıdes, fer etmanganese soient les plus faibles possibles. Pour leslacs profonds, on preleve l’eau vers 30 m deprofondeur, mais au dessus de 8 m du fond. Il fautaussi tenir compte du retournement saisonnier dulac qui peut mettre en circulation les particules.


La prise d’eau

Cas des plans d’eau a niveau variable : on concoitdes tours permettant des prelevements a differenteshauteurs suivant les saisons. Cette methode estaussi utilisee dans le cas precedent pour palier auretournement saisonnier.


La prise d’eau

Cas des prises d’eau en riviere : on doit se premunircontre les differents corps charries : terre, sable,feuille, herbes, branches, emballages, moussed’hydrocarbure,... mais aussi reagir face auchangement du debit, a l’evolution des berges, lespossibilites de navigation,...

Cela peut conduire a des prises par le fond, desprises laterales, des prises par siphon, des puits surberge,... Chaque prise d’eau est particuliere.


Les perimetres de protection des puits de captage

5.Les perimetres de protection des puits decaptage

Circulaire du 30 mai 2008: Les PPPC visentprincipalement a eviter l’impact de pollutionsponctuelles, qu’elles soient chroniques ouaccidentelles, en eloignant les sources potentiellesde ces pollutions des points de captage.Il s’agit d’empecher l’introduction de substancespolluantes. Ils sont etablis par un hydrogeologue.


Les perimetres de protection des puits de captage Perimetre de protection immediate

5.1.Perimetre de protection immediate

Fonction : empecher la deterioration des ouvragesde prelevement et eviter des deversements ou desinfiltrations de substances polluantes a l’interieur oua proximite du captage.


Les perimetres de protection des puits de captage Perimetre de protection immediate

Terrain cloture (sauf derogation)

Contient le captage

Surface limitee a quelques centaines de m

Collectivite locale proprietaire du terrain

Toutes les activites autres que celles necessaires al’exploitation du captage y sont interdites.


Les perimetres de protection des puits de captage Perimetre de protection rapprochee

5.2.Perimetre de protection rapprochee

Fonction : proteger le captage vis-a-vis de lamigration souterraine de substances polluantes.Sa surface depend :

Caracteristiques de l’aquifere

Vulnerabilite de la nappe

Debit maximal de pompage

Origine et nature des pollutions



Notions de base pour delimiter le perimetre :

Duree et vitesse de transfert de l’eau

Pouvoir de fixation et de degradation du sol etsous sol vis-a-vis des polluants concernes

Pouvoir de dispersion des eaux souterraines



Ses limites suivent en general les limites cadastraleset geographiques .

Sur ce perimetre on interdit ou reglemente lesactivites :

Interdiction des travaux, installations, activites,depots, ouvrages, amenagements ou occupation dessols susceptibles d’entraıner une pollution de naturea rendre l’eau impropre a la consommation.


Les perimetres de protection des puits de captage Perimetre de protection eloignee

5.3.Perimetre de protection eloignee

Fonction : prolonge eventuellement le PPR afin derenforcer la protection contre les pollutionspermanentes ou diffuses. Il est facultatif.

Sur ce perimetre : reglementation des travaux,installations, activites, depots, ouvrages,amenagements ou occupation des sols qui, comptetenu de la nature des terrains, presentent un dangerde pollution pour les eaux.


Les pretraitements

6.Les pretraitements


Les pretraitements Pretraitements physiques a la prise d’eau ou a l’usine

6.1.Pretraitements physiques a la prised’eau ou a l’usine

Les premier traitements consistent en undegrossissage qui permet d’eliminer les matieres degrandes dimensions :

degrillage (branches, feuilles,...)

macrotamisage (herbes, debris plastiques,...)

dessablage (sable, gravier fin,...)

deshuilage (huile, hydrocarbure, peinture,...)

debourbage (elimination des MES de plusgrandes tailles)



Lorsque la prise d’eau est distante de la station detraitement, la protection de la canalisation doit fairel’objet d’une attention particuliere :

protection anti-belier

protection contre l’envasement /obstruction/developpement de mauvais gout/odeur



Un traitement de prechloration a souvent etepreconise, a tort, dans le passe ; ce traitement etaitresponsable de la production de THM(trihalomethane) cancerigene par reaction du chloresur la matiere organique et de mauvais gouts(production de chlorophenols par reaction surcertaines algues).


Les pretraitements Les pretraitements chimiques - preoxydation

6.2.Les pretraitements chimiques -preoxydation

Les operations de preoxydation consistent apretraiter l’eau afin que les traitements suivants nesoient pas perturbes par la presence trop importantede polluants dissous. On peut aussi realiser unepre-remineralisation dans le cas des eaux tresdouces.



L’aeration

Cette operation consiste a compenser le deficit enoxygene de l’eau brute ou a debarrasser cette eaudes gaz indesirables (H2S) ou en exces (CO2).

L’aeration, par son apport en dioxygene gazeux(oxydant), peut servir aussi d’etape de preoxydation.



Oxydation chimique

Cette operation consiste a eliminer, en debut defiliere, tout ou partie de la matiere organique, del’ammonium, du fer et du manganese dissous,...

Cette etape permet souvent de faciliter laclarification ulterieure et de reduire les quantitesutilises en desinfection finale.



Preoxydation par le chlore : la prechloration

Le defaut majeur du chlore est qu’il conduit a la formation deTHM (trihalomethane), espece cancerigene, lors de sa reactionsur la matiere organique. C’est pour cela, que la desinfectionau chlore, est souvent repoussee en fin de filiere afin de traiteren amont la MO. Une prechloration peut etre maintenue sil’eau brute ne contient pas de MO.On peut aussi appliquer ce traitement si l’on craint undeveloppement d’algues dans les unites de clarification, ou sil’on veut eliminer l’ammonium (NH4

+).



Preoxydation par le dioxyde de chlore : ClO2

Cette technique s’est developpee pour remplacer le chlore enpreoxydation. En effet, le dioxyde de chlore ne conduit pas a laformation de THM. Cependant, il ne permet pas de traiterl’ammonium. De plus, par reaction sur la MON, il conduit a laformation des ions chlorite (ClO2

– ), qu’il est alors necessaired’eliminer par la suite. Ainsi, a la suite de nouvelles normes(decret 2003-461), l’usage du dioxyde de chlore enpreoxydation tend a disparaıtre.



Preoxydation par le permanganate de potassium KMnO4

Cet oxydant puissant est notamment utilise pour traiter lemanganese dissous (Mn2+) dans l’eau brute. Il est aussiutilise, dans certains cas, pour traiter la MO, pour eliminer lesgouts et odeurs, et pour eviter le developpement de certainesalgues. Cependant, il faudra veiller a ne l’utiliser en exces, caril apporte une coloration rose a l’eau traitee. Il est souventutilise en parallele d’une filiere biologique, de part sa facilite destockage et d’administration, afin d’assurer la continuite dutraitement en cas de probleme sur la filiere biologique.



Preoxydation par l’ozone : preozonation

L’ozone presentent de nombreux avantages par rapport aucomposes chlores (Cl2 et ClO2), lorsqu’il regit sur la MO : ilevite la formation des THM et de chlorite. Il peut aussicontribuer a creer des conditions favorables a une futuredenitrifaction biologique. Il agit aussi sur les reducteursdissous (fer et manganese). Par contre, il ne permet pasl’elimination de l’ammonium et presente aucun effet remanent.Il conviendra donc de couvrir les procedes de clarification et deprevoir une chloration finale. C’est donc, actuellement, lepreoxydant le plus utilise, dans le cas des eux brutes chargeesen MO.



Il permet donc : une amelioration de l’efficacite de laclarification (elimination de la turbidite, couleur, algues,MO,...) une reduction de la demande en coagulant uneoptimisation de la denitrification biologique eventuelle unedesinfection initiale


La clarification

7.La clarification

La clarification est l’ensemble des operations qui permettentd’eliminer les MES (matieres en suspensions minerales etorganiques) ainsi que la que la fraction floculable de la matiereorganique dissoute (matiere colloıdale) : on reduit ainsi laturbidite.

En fonction des concentrations en MES et colloıdes, laclarification sera plus ou moins complexe, elle peut etre suivied’un affinage eventuel et dans tout les cas d’un desinfectionfinale.


La clarification

On distingue differentes etapes :

coagulation

clarification

decantation/flottation

filtration


La clarification Filtration sans reactif – Filtration membranaire

7.1.Filtration sans reactif – Filtrationmembranaire

Pour une eau ne contenant que peu de turbidite, le traitementde clarification est simplifie : une simple filtration directe sursable ou bicouche sans reactif eventuellement precedee d’unepreoxydation. Cette solution ne repond plus desormais aunormes en vigueur.



On prefere de nos jours utiliser les procedes de filtrationmembranaire tel que l’ultrafiltration. Cette technique permetd’obtenir une qualite constante de l’eau quelque soitl’evolution de la qualite de l’eau brute sans se soucier del’ajustement d’une quelconque dose de reactif.



Ce type de procede est preconise dans les cas suivants :

ressources karstiques

eaux de lacs

faibles debits a traiter

Ces systemes sont automatisables et ne necessitent pas depersonnel hautement qualifie.


La clarification Coagulation puis filtration

7.2.Coagulation puis filtration

Pour les eaux de surface proche de bonne qualite, on preconisel’utilisation de reactifs (coagulant/floculant).

Ces reactifs sont injectes en amont de la filtration, directementen ligne, sans bassin de coagulation ni de floculation.

La filtration est souvent precedee d’une preoxydation qui aurapour effet de faciliter la clarification en solubilisant les metauxet en detruisant tout ou partie de la matiere organique.


La clarification Traitement complet de clarification

7.3.Traitement complet de clarification

Cette filiere est appliquee a toutes les eaux dont lescaracteristiques de turbidite, de couleur, MES, algues,oxydabilite donnent une eau brute de qualite moyenne.

Une etape de decantation est interposee entre l’introductionde coagulant/floculant et la filtration, afin d’eliminer la majeurpartie des flocs formes et de ne pas colmater les filtresprematurement. Il existe des decanteurs statiques, a contactde boues, lamellaire,... Le taux de MES est le critere principalpour determiner la filiere adequate.

On peut aussi utiliser la flottation notamment dans le casd’une eau riche en algues mais peu turbide.


L’affinage

8.L’affinage

L’affinage est l’ensemble des technique qui permettentl’elimination des matieres organiques et des micro-polluants enfin de filiere.L’affinage prend de plus en plus d’importance et en prendraencore a l’avenir, en raison de :

la pression de l’urbanisme

du developpement industriel

de l’agriculture intensive qui degradent la qualite deseaux brutes


L’affinage

Les methodes d’analyses de plus en plus sophistiquees ontpermis de mettre en evidence des polluants autrefois ignores.Les normes, de plus en plus severes, induisent une qualite etdonc des traitements de plus en plus pousses.


PCB : polychlorobiphenyles aussi appeles pyralenes (du nomcommercial d’un produit a base de PCB autrefois tres utiliseen Europe, dans les transformateurs) forment une famille decomposes aromatiques organochlores derives du biphenyle. LesPCB sont toxiques, ecotoxiques et reprotoxiques (y compris afaible dose en tant que perturbateurs endocriniens). Tresliposolubles, ils font partie des contaminants bioaccumulablesfrequemment trouves dans les tissus gras chez l’humain (dontle lait maternel). Ils sont classes comme cancerogenesprobables le PCB 126 a ete classe cancerogene certain.L’alimentation est la premiere source d’exposition aux PCB(90En France, fabriquer et/ou utiliser des PCB est interditdepuis 1987 et les prefets peuvent (par arretes prefectoraux)reglementer la peche quand la contamination depasse certainsseuils.

L’affinage L’oxydation

8.1.L’oxydation

C’est essentiellement l’oxydation par l’ozone qui est utilisee enaffinage.Son action permet de reduire la taille des plus grossesmolecules en sous produits de plus petite masse. Il faudranotamment faire attention a la toxicite potentielle de ces sousproduits. C’est le cas notamment des pesticides (atrazine).L’ozone est particulierement efficace pour traiter les MON qu’iltransforme en molecules organiques facilement biodegradables,il faut alors poursuivre par une etape de degradationbiologique, et ainsi detruire les precurseurs de THM.


L’affinage L’adsorption sur charbon actif

8.2.L’adsorption sur charbon actif

L’adsorption (fixation d’especes chimiques a la surface d’unsolide) met en œuvre des charbons actifs en grain (CAG) ou enpoudre (CAP) qui se caracterisent par une tres grande surfacespecifique (porosite) et par la presence de sites actifs qui vontfixer des molecules dissoutes, les eliminant du milieu a traiter.Dans une filiere de traitement, le CAP est introduit en amontdes decanteurs. Les filtres a CAG peuvent etre installes :- soit a la place des filtres a sable- soit apres une filtration rapide sur sable et apres uneozonation


Figure: Charbon actif

L’affinage L’activite biologique

8.3.L’activite biologique

L’activite biologique regnant sur les materiauxfiltrants transforme les molecules ou ionsindesirables en sous-produits sans incidence sur laqualite de l’eau.Cette technique est utilisee notamment poureliminer l’ammonium, les nitrates le carboneorganique biodegradable,...


L’affinage L’activite biologique

Chaque traitement requiert des conditionsspecifiques de pH/potentiel redox/oxygenedissous/temperature/temps de contact ainsi qu’unmateriau support de bacteries. Les bacteriespresentent aussi une selectivite par rapport auxpolluants a traiter.Ces filieres sont souvent lente a demarrer(peuplement d’environ 1 mois) et sont sensible auxvariations de la pollution l’eau brute .Il est doncnecessaire de prevoir une filiere physico-chimique enparallele.


Modification de l’equilibre calco-carbonique

9.Modification de l’equilibrecalco-carbonique

On traitera l’eau de maniere a ce qu’elle soit le plusequilibree possible, tout en produisant une eaulegerement incrustante.Traitements des eaux agressive : Elimination duCO2 par aeration, addition de chaux,...Traitements des eaux incrustantes : Ajout de CO2,precipitation par ajout de chaux,...


La desinfection

10.La desinfection

Cette etape, commune a tous les traitements, est laplus importante. Elle a pour but de neutraliser tousles virus et bacteries pathogenes.Elle n’est efficace que si l’eau a ete prealablementbien clarifiee, notamment dans le cas des eaux desurface.


La desinfection

Elle peut etre effectuee :- par des procedes chimiques : oxydation chimiqueavec des agents chlores (dichlore gazeux, eau deJavel, dioxyde de chlore) et ozone- rayonnements ultraviolets-par des procedes physiques comme la filtration surmembranes


La desinfection

Pour que la desinfection soit totalement efficace, ilconvient de maintenir un residuel de desinfectantdans l’eau distribuee jusqu’au robinet duconsommateur.Lorsque la desinfection finale est realisee par l’ozone(qui presente un faible pouvoir remanent), par lesUV ou par les membranes, une legere injection dereactifs chlores (dichlore, eau de Javel ou dioxyde dechlore) est necessaire.


Figure: Desinfection au dichlore gazeux

Ch 2 Filières de traitement

Documents

Transcript of Ch 2 Filières de traitement