L’objectif d’un traitement d’affinage de l’eau potable est de fournir en permanence au consommateur une eau de qualité. Le procédé Ozocarb proposé offre une solution souple, et rapide à mettre en œuvre, permettant de répondre aux problèmes croissants de détérioration de la ressource en eau et aux directives européennes très strictes en matière d’eau potable. Il combine haute technologie et produits avancés pour éliminer de façon efficace et peu onéreuse les goûts, odeurs, matières organiques et micropolluants contenus dans l’eau.
Il a été conçu de façon à permettre la réhabilitation d’usines existantes ou la réalisation complète d’usines nouvelles que ce soit pour traiter des eaux de surface ou des eaux de nappes profondes. Dans le cas des eaux de surface, le procédé se situe en aval du premier étage de filtration de l’usine existante. Dans le cas des eaux souterraines, il assure à lui seul le traitement et il est alors inséré directement après le pompage d’exhaure.
Le procédé OZOCARB
Le procédé se compose de deux éléments essentiels : un réacteur d’oxydation et un contacteur à charbon actif (figure 1).
[Photo : Schéma de principe.]
Tableau I
| Éléments |
Usine de Frignicourt |
Usine des Indes |
| pH |
7 |
7,2 |
| NO₃⁻ (mg/l) |
< 10 |
< 10 |
| Atrazine (mg/l) |
< 40 |
< 40 |
| COT (mg/l) |
1 |
0,9 |
| Fe (mg/l) |
< 0,05 |
< 0,05 |
L’étape d’oxydation
L’oxydation est basée sur l'utilisation de l'ozone O₃, qui a la particularité d’être un oxydant très puissant vis-à-vis des composés organiques et minéraux contenus dans l’eau. De par ses caractéristiques chimiques, l’ozone présente également un fort pouvoir virulicide. Cette technique est maintenant éprouvée depuis plusieurs dizaines d’années en matière d’eau potable. L’ozonation peut être combinée avec un ajout de peroxyde d’hydrogène, ce qui facilite la création de radicaux hydroxyles qui, de par leur présence, concourent à oxyder par un mécanisme radicalaire des substances organiques indésirables et difficiles à traiter tels que les micropolluants en général.
Cette première étape d’oxydation permet donc à la fois la désinfection et l'oxydation des composés indésirables.
L’étape de filtration sur charbon actif en grains
Le charbon actif en grains (CAG) est mis en œuvre au niveau d’une étape de filtration. Hormis le rôle d’élimination de matières en suspension pouvant occasionnellement se trouver dans l’eau, la filtration de l’eau préalablement oxydée permet d’assurer l’élimination de composés organiques par adsorption et une élimination par voie biologique de composés organiques biodégradables (CODB), pouvant être préjudiciables pour le réseau de distribution.
Le charbon actif mis en œuvre dans le cadre du procédé possède une structure ouverte et une grande surface développée, ces deux caractéristiques favorisant les deux types de comportement de l’étape de filtration : l’élimination par adsorption et l’élimination par voie biologique. Les composés qui sont adsorbés sur le charbon sont ceux qui ont échappé à l’étape d’oxydation préliminaire, dans le cas par exemple de pic de la teneur en micropolluants au niveau de l’eau brute. (Il n’existe pas de système de mesure en continu de la teneur en micropolluants, qui permettrait d’ajuster le traitement couplé ozone / peroxyde d’hydrogène en fonction de la qualité d’eau ; on fixe donc un taux de traitement adapté aux qualités connues d’eau brute et, dans le cas de pic en polluants, l’élimination partielle par oxydation se trouve complétée au niveau de l’adsorption sur le charbon actif en grains.)
Les matières organiques préalablement oxydées se retrouvent en partie sous forme de composés de taille plus réduite qui, contrairement à une partie des matières organiques initialement contenues dans l’eau, peuvent être assimilées par des bactéries, qui ont de grandes facilités à se fixer sur un matériau support, du type charbon actif en grains. À la sortie de la filtration, la teneur en matières organiques (y compris les matières organiques biodégradables) se trouve réduite, permettant une amélioration de la qualité de l’eau distribuée, notamment par la diminution de la dose de chlore nécessaire au bon comportement du réseau.
Gestion du traitement
Un bâtiment d’exploitation permet d’abriter la totalité de la gestion de la circulation des fluides et de l’information. Celle-ci est assurée grâce à un automate programmable, qui permet de gérer de façon autonome l’ensemble des configurations nécessaires au traitement :
- le traitement complet ozone / peroxyde d’hydrogène / charbon actif en grains,
- le traitement au charbon actif seul,
- le détassage ou le lavage périodique du charbon actif en grains,
- le retour à une situation sans traitement.
Un exemple : les stations de traitement de l'eau potable de Vitry-le-François
Pour alimenter les 20 000 habitants de l’agglomération de Vitry-le-François, les deux usines de traitement existantes produisent jusqu’à 14 000 m³ par jour, compte tenu des besoins des établissements industriels.
[Photo : Schéma du système de traitement de l'usine des Indes.]
Les sites de production de Frignicourt et des Indes produisent respectivement 450 et 350 m³ par heure d’eau provenant de la nappe alluviale de la Marne qui est exposée à des pollutions multiples.
Ces deux sites sont pourvus depuis octobre 1993 de filières identiques de traitement par oxydation combinée et filtration sur charbon actif permettant la production et la distribution par la Compagnie Générale des Eaux d’une eau d’excellente qualité respectant en tous points les nouvelles normes européennes, comme le montre le tableau 1.
Ce but a été atteint par la mise en œuvre de techniques innovantes dans le cadre de l’application du procédé Ozocarb, mis en place en un temps record (9 mois) dans les deux usines.
Le dimensionnement des unités de traitement d’eau potable a été effectué d’après le débit des pompes d’exhaure (350 m³/h et 430 m³/h) et le temps de contact optimal à ménager entre l’eau et le mélange O₃/H₂O₂, d’une part, et entre l’eau et le filtre à charbon actif en grains d’autre part (figure 2).
Les deux réacteurs d’oxydation et de filtration sur charbon actif en grains ont été réalisés sous forme de cuves cylindriques modulaires, constituées de panneaux préfabriqués, configuration cylindrique qui permet une optimisation des circulations hydrauliques.
La cuve d’ozonation combinée avec du peroxyde d’hydrogène est alimentée par le centre en partie haute. Un premier compartiment cylindrique intérieur équipé de diffuseurs poreux assure le contact ozone/eau à contre-courant alors que le second compartiment (communiquant avec le premier en partie basse) assure le mélange eau oxydée-peroxyde d’hydrogène, qui est injecté au droit du seuil noyé. La reprise des eaux vers l’étape de filtration est réalisée au niveau d’une goulotte périphérique. En ce qui concerne le filtre à charbon actif, il est également alimenté par le centre en position haute et l’eau est équirépartie au niveau de la surface de filtration grâce à des goulottes. L’eau percole à travers le charbon actif en grains et est alors collectée en dessous d’un plancher crépiné, avant d’être stockée au niveau d’un réservoir.
Le dimensionnement est le suivant :
-
Étape d’oxydation
Taux ozone installé : 4 g/m³
Production d’ozone à l’air
Temps de contact : 10 minutes
Diffusion par poreux plan.
-
Étape de filtration
Temps de contact utile : 10 minutes
Conclusion
Constituant une technique de pointe pour effectuer l’affinage des eaux potables, le procédé Ozocarb permet de produire à coût réduit une eau d’excellente qualité grâce à une installation adaptée au cas par cas, réalisée dans un délai rapide et qui permet une gestion simple.
[Publicité : Compagnie des Eaux de Paris]
