Une solution compacte et performante pour l'élimination de l'arsenic

Réalisé par

Ingénieur à L’Eau Pure

L’arsenic est présent naturellement dans le sous-sol, en particulier dans les roches éruptives et métamorphiques des massifs anciens. Redistribué dans les terrains sédimentaires par les processus d'altération, on peut le retrouver dans plus de 200 minéraux.

L’arsenic est également utilisé dans un grand nombre d’applications industrielles (industrie minière, pharmaceutique, textile…), ou agricole (traitement du bois) et peut donc se retrouver dans les eaux résiduaires qui rejoindront, avec ou sans traitement, le milieu récepteur.

Les formes minérales de l’arsenic sont plus toxiques que les formes organiques. L’arsine (AsH₃) est considérée comme la forme la plus toxique, suivie par les arsénites (As III) et les arséniates (As V). Classé cancérogène depuis 1980 par le Centre international de recherche sur le cancer (Circ), sa présence dans les eaux de consommation représente un risque accru de cancer du poumon, de la vessie et de la peau chez l’homme.

En 1993, à la suite de plusieurs études réalisées dans le monde, notamment au Bangladesh, l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) a recommandé d’abaisser la

La concentration admissible en arsenic dans les eaux de consommation est passée de 50 µg/l à 10 µg/l. En 1998, l’Union Européenne adopte cette recommandation qui se traduit par la Directive 98/83/CE. La France a transposé cette directive dans le droit national en publiant le décret 2001-1220 du 20 décembre 2001, applicable depuis décembre 2003.

Le durcissement de la réglementation entraîne naturellement la non-conformité d’un certain nombre de sites. Deux cas de figure se présentent : les sites qui traitaient l’arsenic pour être conformes à l’ancienne norme de 50 µg/l et qui vont devoir améliorer les performances de traitement ; et les sites avec une concentration entre 10 µg/l et 50 µg/l et qui vont devoir mettre en place un nouveau traitement. En France, les zones potentiellement exposées à l’arsenic dans l’eau de consommation sont principalement localisées autour du Massif Central, des Vosges, des Pyrénées et du Val de Loire.

Sur ces zones géographiques sont situées de nombreuses petites collectivités ou industries alimentées à partir de sources ou forages de petits débits. Ces collectivités doivent faire face à des contraintes budgétaires tant au niveau de l’investissement que de l’exploitation, contraintes que l’on peut retrouver chez les industriels. Dans ce contexte, l’objectif de la société L’Eau Pure a été de trouver une solution répondant à ces exigences en développant une solution compacte et performante, compétitive et facile à exploiter.

Il existe de nombreux procédés d’élimination de l’arsenic capables de répondre à la norme (10 µg/l) parmi lesquels :

- la coagulation/filtration avec sels de fer ou d’aluminium ;

- l’osmose inverse ;

- l’échange d’ions ;

- l’adsorption sélective sur alumine activée ;

- l’adsorption sélective sur dioxyde de manganèse ;

- l’adsorption sélective sur oxy-hydroxyde de fer.

L’Eau Pure a donc mené, avec le soutien de l’OSEO/ANVAR Franche-Comté, une étude comparative sur ces différents procédés dont les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous :

Élimination de l’arsenic sur oxy-hydroxyde de fer

Il s’agit d’une élimination par adsorption obtenue par la formation de complexes de surface entre l’arsenic contenu dans l’eau et les sites actifs du média. Les complexes obtenus sont du type :

(HO)₂ Fe-O…H…O₃AsHₙ⁰⁻

L’adsorption est un processus continu nécessitant un temps de contact spécifique défini à partir des caractéristiques physico-chimiques de l’eau à traiter. En effet, plusieurs paramètres peuvent avoir une influence sur le fonctionnement du procédé, en particulier le pH, les concentrations des différents éléments et/ou la présence d’interférents.

Parmi les quelques produits existant sur le marché, la société L’Eau Pure a testé puis retenu le produit développé par la société Severn Trent Services, en collaboration avec LANXESS (ex-Bayer) : le Bayoxide E33. Ce choix s’est traduit par un accord signé entre L’Eau Pure et la société Severn Trent Services.

Le Bayoxide E33

Le Bayoxide E33 est un média à longue durée de vie et haute capacité d’adsorption.

Compte tenu de ces résultats, la technologie qui apparaît la plus adaptée à la problématique des petites collectivités, en termes de coût, d’efficacité et de facilité d’exploitation, est l’adsorption sélective sur oxy-hydroxyde de fer. La société L’Eau Pure a donc décidé de développer une gamme de produits standards mettant en œuvre un matériau de type oxy-hydroxyde de fer.

… qui permet d’éliminer, dans une large gamme de pH, les différentes formes d’arsenic (l’As III et l’As V) rencontrées dans les eaux utilisées pour la consommation humaine. Ce média se présente sous forme de granulés (pellets) d’oxy-hydroxyde de fer ; ses caractéristiques physico-chimiques lui confèrent une résistance à l’écrasement élevée qui empêche la production de

Caractéristiques du Bayoxide® E33

Désignation chimique : Fe₂O₃ (DIN 55913) – oxyde de fer synthétique (FeOOH, ≥ 60 %)

Surface spécifique : 120 m²/g à 200 m²/g

Solubilité dans l’eau : < 1 %

Contenu en eau : < 20 %

Analyse granulométrique (< 0,5 mm) : max. 20 %

Analyse granulométrique (> 2 mm) : max. 5 %

Densité apparente : 0,53 kg/dm³

Retient également : As, Pb, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Zn, Hg

La charge de média est contenue dans un filtre en matériau composite ; les eaux sont distribuées dans la partie haute et percolent à travers le média. L’eau traitée est ensuite évacuée par un collecteur situé dans la partie basse du filtre. On mesure la perte de charge (ΔP) entre l’entrée et la sortie du filtre pour s’assurer du bon fonctionnement de l’installation et conserver le débit nominal.

Selon les caractéristiques physico-chimiques de l’eau, les concentrations en As et les débits à traiter, il existe différentes configurations possibles pour la mise en œuvre : un seul filtre, deux filtres en série ou encore deux filtres en parallèle.

Le procédé Arsépur® permet de traiter toute la gamme des débits, à commencer par les unités standardisées pour des débits jusqu’à 50 m³/h. Pour des débits supérieurs à 50 m³/h, des solutions sur mesure peuvent être proposées.

L’exploitation d’une unité Arsépur® se résume aux opérations suivantes :

• - un lavage à la mise en route (25 m/h) ;
• - un détassage périodique (toutes les deux semaines) pour conserver la perte de charge initiale (les eaux de détassage sont renvoyées à l’égout) ;
• - un suivi de la perte de charge dans le filtre ;
• - un suivi analytique de la concentration en As dans les eaux traitées ;
• - le remplacement et la mise en décharge du média lorsqu’il est saturé.

Une assistance technique peut être proposée par L’Eau Pure au travers de ses différents établissements, notamment pour le suivi des performances de l’installation, le remplacement et l’évacuation du média.

Ce produit peut d’ailleurs être utilisé pour tout changement de charge d’adsorbant dans les installations existantes.

Conclusion

En s’appuyant sur un produit éprouvé, déjà utilisé dans de nombreux pays à travers le monde, la société L’Eau Pure a standardisé une gamme de filtres Arsépur®.

Cette gamme permet de répondre, dans des conditions techniques sécuritaires et compétitives, au problème de l’élimination de l’arsenic dans les eaux de consommation, aussi bien pour les collectivités que pour les industries.

Gamme de débits traités