En dehors de l'usine de Méry-sur-Oise qui bénéficie en plus d'une étape de filtration sur membrane, les usines du SEDIF possèdent des filières biologiques, composées d'une étape de clarification (coagulation, floculation, décantation, filtration sur sable), d’une étape d’ozonation, d'une étape de filtration sur charbon actif en grains et d'une étape finale de chloration. Le coagulant employé est un polychlorure d’aluminium et le taux de traitement est adapté pour un objectif de turbidité en eau décantée de 0,4 FTU, ce qui donne en eau filtrée sable une turbidité inférieure à 0,1 NTU, mais un nombre de particules qui varie entre 50 et 200 particules > 1,5 µm/ml en période normale. Cependant, au cours de l'année, des périodes dites critiques peuvent entraver le bon fonctionnement de cette étape de clarification. Ainsi une augmentation du nombre d’algues dans l'eau à traiter (bloom algal) entraîne une augmentation du nombre de particules pouvant aller jusqu'à 800 particules > 1,5 µm/ml alors que la turbidité de l’eau décantée respecte les consignes d’exploitation de 0,4 FTU et l'eau filtrée sur sable reste à moins de 0,1 NTU. Au printemps, cette augmentation du nombre de particules prend en général un aspect cyclique, avec des pics de particules d’amplitude 100 à 300 particules > 1,5 µm/ml, observables chaque jour sur l’eau filtrée sable. Bien que les objectifs de turbidité soient atteints, il a semblé important d’étudier les possibilités d’optimisation de cette étape selon les différentes qualités d'eau de la ressource afin d’obtenir un niveau bas et stable en particules. Des essais sur pilote ont été entrepris en utilisant un adjuvant de floculation de la famille des POLYDADMAC.
Le pilote de clarification utilisé pour cette étude est un pilote de deux files identiques de 2 m³/h chacune. Il comprend une étape de prétraitement lors de laquelle sont injectés
[Photo : Schéma du pilote de clarification]
Le pilote comprend : l’injection des réactifs (coagulant et polymère), une étape de floculation, une étape de décantation lamellaire et une étape de filtration.
L’injection de réactif peut se faire en trois points de la cuve de pré-traitement (C1, C3, C7 – voir schéma du pilote). Les deux files identiques du pilote permettent de faire des essais de comparaison avec la même qualité d’eau à traiter.
Le coagulant employé est le WAC HB injecté en C1 dans la cuve de pré-traitement.
Types d’essais entrepris sur le pilote
Les essais ont été réalisés au printemps (période durant laquelle le nombre de particules est plus élevé) et en juillet (période durant laquelle le nombre de particules est plutôt faible).
Les essais ont été réalisés par comparaison entre le traitement au polychlorure d’aluminium seul et le traitement au polychlorure d’aluminium couplé à l’adjuvant de coagulation PolyDADMAC. Les taux de coagulant et le pH étaient identiques sur chaque file.
Des mesures de turbidité, particules, matières organiques et bactériologie ont été réalisées afin de comparer les deux traitements.
Les essais entrepris en période de printemps montrent une spectaculaire diminution du nombre de particules, particulièrement pendant les pics. En effet, une diminution de 30 à 90 % du nombre de particules est observée en présence de PolyDADMAC selon que l’on se trouve pendant ou hors pic de particules (figure 1 et figure 2).
Les essais entrepris en été, où le nombre de particules avec un traitement seul est plus bas (environ 100 particules > 1,5 µm/ml), montrent une moins grande différence (20 à 40 particules > 1,5 µm/ml) mais néanmoins significative dans la durée.
Ainsi, l’ajout de PolyDADMAC en adjuvant de floculation à un taux de 2 g/m³ permet d’obtenir un nombre de particules > 1,5 µm/ml dans l’eau filtrée sable inférieur à 50 et d’éliminer à plus de 90 % les particules.
Meilleures conditions d’injection
Des essais ont été réalisés pour voir à quelle position et à quel taux le PolyDADMAC devait être injecté. Les résultats ont montré que le PolyDADMAC devait être injecté après l’injection du coagulant et à un taux de 1 ou 2 g/m³ selon la période étudiée (figure 3). En effet, au printemps, période où le nombre de particules dans l’eau filtrée sable est assez élevé, un taux de 2 g/m³ est nécessaire pour obtenir un nombre de particules inférieur à 50.
Impact sur la qualité d’eau en terme de sous-produits
La nature du PolyDADMAC, qui est un poly-électrolyte, fait que la plupart du produit est éliminée par la clarification, mais il est possible que de faibles concentrations soient présentes dans l’eau lors de l’étape d’ozonation. Toutefois, selon Fielding (1999), l’oxydation par l’ozone ou le chlore du POLY…
[Photo : Figure 1 – Comparaison du nombre de particules dans l’eau filtrée sable avec et sans ajout de l’adjuvant de coagulation (essai en avril)]
[Photo : Répartition du nombre de particules dans l'eau filtrée sable avec et sans ajout de l’adjuvant de coagulation]
clarification.
Si les conditions d'injection doivent être optimisées, les résultats montrent néanmoins qu'une injection de 2 g/m³ permet d’obtenir un niveau de particules constant et inférieur à 50 particules > 1,5 μm/ml. Les pertes de charge supplémentaires générées par ce traitement sont négligeables. Ce produit n’a pas d'impact au niveau de la matière organique, et le résiduel éventuel de ce produit dans l'eau filtrée sable n’a pas été décelé par notre laboratoire. De plus, les éventuels résiduels n’entraînent pas de sous-produits connus ou mesurables.
DADMAC ne génère pas de sous-produits à des concentrations significatives : de faibles niveaux d’aldéhydes ont été détectés après une oxydation par ozone.
Pour confirmer les résultats donnés par la littérature, un essai à un taux de PolyDADMAC très fort (5 g/m³) injecté après l'injection du coagulant a été effectué pour voir la présence ou non du PolyDADMAC dans l'eau filtrée sable et détecter d’éventuels sous-produits par oxydation par l’ozone. L'analyse des éventuels sous-produits s'est faite par empreinte chromatographique (GC-MS) de l’échantillon.
Des prélèvements sur l'eau décantée, l'eau filtrée sable et l'eau ozonée ont été effectués pour les deux files de traitement (avec et sans PolyDADMAC).
Les résultats de ces analyses montrent que pour tous les échantillons, aucun produit répertorié dans la bibliothèque du laboratoire central de la Compagnie Générale des Eaux n’a été détecté. De plus, la comparaison des spectres de masse de l’échantillon avec et sans PolyDADMAC montre qu’il n'y a pas de différence.
Ainsi, le PolyDADMAC est bien éliminé par l’étape de clarification et les faibles concentrations résiduelles éventuelles ne génèrent pas de sous-produits connus par oxydation.
Impact sur les autres étapes de traitement
Le PolyDADMAC étant totalement éliminé lors de l’étape de clarification, il a peu d’impact sur le reste du traitement. Il ne génère pas plus de matière organique et les pertes de charge supplémentaires sont négligeables.
La production de boues en présence de PolyDADMAC n’est de plus pas modifiée. Le volume et les matières sèches sont identiques avec ou sans traitement au PolyDADMAC.
[Photo : comparaison du nombre de particules dans l'eau filtrée sable avec une injection en même temps que le coagulant (C1) ou après le coagulant (C7)]
Conclusion
Le traitement des eaux de surface est conduit depuis longtemps pour atteindre des objectifs de turbidité. Cela étant, l’apparition des compteurs de particules autorise un travail encore plus fin sur le fonctionnement de la clarification.
Dans le cadre de ces travaux, le PolyDADMAC, de la famille des POLYDADMAC, a été testé. Les résultats montrent que ce produit constitue un outil utile à l’optimisation de la clarification, même après oxydation par l’ozone. Ainsi ce type de polymère permettrait de réduire le nombre de particules dans les eaux traitées et, donc, d’améliorer la qualité de la clarification.
[Encart : Références Bibliographiques
Fielding, M., et al. : « Analytical Methods for Polymers and Their Oxidative By-products ». AWWARF, 1999.
Mémento Technique de l’Eau. Tome 1, 6e édition, 137-143.
O’Melia, C., Reng, A. K. and Yao, K. : « Polymeric inorganic coagulants ». AWWA, 1998.
LeChevallier, Norton : « Examining relationship between particles and Giardia, Cryptosporidium and turbidity ». AWWA, 530/2, 1992.
Hargesheimer, E. E., et al. : « Evaluation of particle counting as a measure of treatment plant performance ». AWWARF, 1992.]
