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Fiche Résumé 07-AEP-07
 

ELIMINATION CATALYTIQUE DU FER ET DU MANGANESE POUR LA PRODUCTION D'EAU POTABLE - RAPPORT INTERMEDIAIRE


Le manganèse n’est pas un problème de santé publique mais il contribue à :
- la mauvaise qualité organoleptique de l’eau,
- la corrosion ou le colmatage des ouvrages de stockage et de distribution,
- la diminution de l’efficacité de la désinfection.                      

     

Le manganèse, fréquemment associé au fer dans les eaux souterraines, peut atteindre des teneurs de l'ordre de 1 mg/l. Sa présence dans l'eau distribuée peut aussi provenir des impuretés contenues dans les sels métalliques utilisés lors de la potabilisation de l'eau au cours de l'étape de clarification. Le manganèse n'est pas un problème de santé publique, du moins aux concentrations dans lesquelles il est retrouvé généralement dans le milieu naturel. Cependant, il doit être éliminé, avec le fer, à des niveaux de concentration inférieurs à respectivement 10 µg/l et 30 µg/l (valeurs fixées par les exploitants, la norme étant respectivement de 50 µg/l et 200 µg/l), de façon à éviter les risques suivants : corrosion ou colmatage des ouvrages de distribution, diminution de l'efficacité de la désinfection, modification de la qualité organoleptique de l'eau (goût métallique et eau rouge), etc.

Les 2 procédés conventionnels (physicochimique et biologique), utilisés pour son élimination, présentent des inconvénients.

En France, deux principaux procédés de traitement, basés sur une précipitation par oxydation et une séparation physique (filtration ou décantation), sont mis en œuvre : les procédés physico-chimiques et les procédés biologiques. Mais bien que largement éprouvés, ils ne répondent pas toujours aux objectifs de qualité fixés et présentent des inconvénients respectifs : difficultés de réglage des oxydants utilisés dans le premier type de procédé et lenteur de mise en route avec sensibilité à la présence potentielle de polluants dans le second type de procédé.

Une 3è voie envisageable est l’élimination catalytique.

Elle consiste en une adsorption/oxydation à la surface d'un matériau spécifique de filtration.                      

Une troisième voie envisageable est l'élimination catalytique du fer et du manganèse par adsorption à la surface d'un matériau spécifique de filtration. Cette technique, utilisée depuis plusieurs années pour la production d'eau minérale, reste très marginale dans le domaine de l'eau potable. Pourtant, elle présente certains avantages : facilité de mise en œuvre, démarrage immédiat du procédé, élimination simultanée du fer et du manganèse. Ce procédé pourrait se développer devant l’apparition de nouvelles applications telles que l’élimination du sélénium et de l’arsenic.

Les essais en laboratoire ont été encourageants et ont conduit à sélectionner 2 matériaux pour les essais sur pilote : la Polarite et le Mangagran.

La première phase de l'étude (2006) a permis entre autres de sélectionner et tester six matériaux en laboratoire : AquaMandix, Polarite, Mangagran, Greensand, sable manganisé et Mangalit. Les plus efficaces sont AquaMandix, Polarite et Mangagran. Les essais de régénération de la Polarite par ajout du chlore en continu ont été efficaces pour maintenir la capacité de rétention du manganèse constante dans le temps. De plus, l'approche technico-économique réalisée lors de cette première phase a montré que la filière catalytique nécessite un coût d'investissement plus faible que celui des filières conventionnelles pour des coûts de fonctionnement relativement proches.

Les essais sur pilote ont été réalisés sur le site de Verneuil-Vernouillet,

La seconde phase de l'étude (2007) a eu comme objectif d'enrichir les résultats de 2006 par des essais pilote à Verneuil-Vernouillet mettant en oeuvre la Polarite et le Mangagran (l’Aquamandix n’a pas été retenu car il n’y a pas aujourd’hui de fournisseur). Une synthèse des retours d'expérience sur la mise en œuvre industrielle de l’élimination catalytique du fer et du manganèse en France et en Angleterre a également été réalisée.

... mais les conditions
utilisées se sont montrées inadaptées à la qualité de l’eau à traiter (forte teneur en manganèse).

En conséquence, les coûts d’exploitation, liés à la nécessité d’une trop grande fréquence de remplacement de la charge des matériaux, sont élevés et,
... empêchent une mise en oeuvre industrielle viable.

Les essais pilote réalisés sur l’eau brute, avec des concentrations en manganèse dissous allant de 350 à 800 µg/l (celle en fer dissous sont en moyenne de 200 µg/l), ont montré que les conditions de traitement et de régénération utilisées n’étaient pas adaptées à la qualité de l’eau à traiter (concentrations élevées en manganèse). Les observations générales sont les suivantes : les performances du procédé dépendent fortement du pH ; la percée en manganèse (pas de percée pour le fer) apparaît bien avant d’avoir atteint la capacité maximale du matériau estimée par expérience en laboratoire ; les différents essais de régénération discontinue sur matériau complétement saturé ne sont pas efficaces (chlore, H2O2) et lorsqu’ils le sont (choc au KMnO4), la percée suivante en manganèse est trois fois plus rapide. Les résultats obtenus dans ces conditions de mise en oeuvre de la Polarite et du Mangagran sont donc incompatibles avec une mise en oeuvre industrielle en raison des coûts d’exploitation élevés liés à la fréquence de remplacement de la charge des matériaux catalytiques.

Le retour d’expérience de sites industriels utilisant la démanganisation catalytique a montré :

- une grande hétérogénéité des conditions d’application,

- une efficacité du traitement liée à l’optimisation de la composition des rétrolavages et de leur fréquence.                                   

Les informations recueillies sur sites industriels utilisant la démanganisation catalytique montrent par ailleurs l’hétérogénéité des conditions d’application actuelles sur les points suivants :
- type d’eau : souterraine en France, superficielle en Angleterre
- production annuelle : 100 000 m3/an à 40 000 000 m3/an
- concentration en manganèse : 20 µg/l à 2000 µg/l
- pH de l’eau à traiter : 6,3 à 9,2
- Eau de rétrolavage : eau brute, eau + chlore, eau + KMnO4
- fréquence des rétrolavages : journalière à mensuelle
Néanmoins, d’après ces retours d’expériences, les conditions de fonctionnement pour lesquelles la filtration catalytique s’avère efficace pour éliminer le manganèse passent par une optimisation de la composition des rétrolavages et de leur fréquence. 

L’étude se poursuit avec entre autres :


- une mise en oeuvre incluant l’injection en ligne d’oxydant (KMnO4) lorsque les concentrations en manganèse sont très élevées.

Les différents résultats obtenus lors de cette seconde phase amènent à des questions supplémentaires quant à la mise en œuvre des matériaux catalytiques. En effet, lorsque les concentrations en manganèse sont élevées, l’utilisation de ce type de matériaux seuls n’est pas envisageable ; il faudrait prévoir une injection en ligne d’oxydant (KMnO4) pour éviter des fréquences de rétrolavages trop élevées. Les objectifs de la troisième phase seront donc entre autres concentrés sur : l’optimisation de la mise en oeuvre des matériaux ; l’évaluation de l'élimination potentielle conjointe de paramètres émergents dont les normes ont été durcies (arsenic, sélénium, fluor, antimoine) ; l’étude de la traitabilité des rejets ; la comparaison aux techniques conventionnelles et l’établissement du domaine d'application et des recommandations de mise en œuvre.

EAU POTABLE

Autres phases

06AEP07
08AEP03


Etude commandée par

CIRSEE


Réalisée par :

CIRSEE


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Contact Agence

Véronique LAHOUSSINE