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Fiche Résumé 06-AEP-07
 

ELIMINATION CATALYTIQUE DU FER ET DU MANGANESE POUR LA PRODUCTION D'EAU POTABLE - 1 ERE PHASE


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 (taux fixés par les distributeurs, la norme étant plus souple soit respectivement 50 et 200 µg/l), de façon à éviter les risques suivants : corrosion ou colmatage des ouvrages de distribution et de stockage, diminution de l'efficacité de la désinfection par consommation de l’oxydant, dégradation de la qualité organoleptique de l'eau (goût métallique et eau colorée), etc.

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

En France, les deux principaux procédés de traitement, basés sur une précipitation par oxydation (chimique ou biologique) et une séparation physique (filtration ou décantation), sont : les procédés physico-chimiques et les procédés biologiques. Mais ces procédés ne répondent pas toujours aux objectifs de qualité fixés et présentent des inconvénients respectifs : difficultés de réglage dans le premier cas et lenteur de mise en route avec sensibilité aux polluants dans le second cas.

Une 3è voie envisageable est l’élimination catalytique.




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

Le matériau est recouvert naturellement ou artificiellement de MnO2.                  

Une troisième voie envisageable est l'élimination catalytique du fer et du manganèse. Cette technique est utilisée depuis plusieurs années pour la production d'eau minérale mais reste très marginale dans le domaine de l'eau potable. Pourtant, elle présente les avantages suivants : facilité de mise en œuvre, démarrage immédiat du procédé, élimination simultanée du fer et du manganèse. Elle consiste en une adsorption/oxydation à la surface d'un matériau spécifique de filtration. Ce genre de matériau est constitué d’une base de type sable, anthracite ou zéolite recouvert, de façon artificielle ou naturelle, de dioxyde de manganèse (MnO2). La réaction s’effectue en trois étapes : i) adsorption de Mn2+ et/ou Fe2+ à la surface du matériau, ii) oxydation de Mn2+ en oxyde de manganèse et/ou de Fe2+ en oxyde de fer et réduction du matériau, iii) précipitation des oxydes de fer et/ou de manganèse à la surface du matériau. Un ajout d’oxydant fort tel que le permanganate de potassium peut être envisagé pour améliorer l’élimination du manganèse si elle n’est pas suffisante par filtration catalytique. Des rétrolavages doivent être régulièrement réalisés pour éliminer les matières en suspension ou toutes autres substances pouvant colmater le filtre puis le matériau catalytique doit être régénéré lorsque la colonne de filtration est saturée en oxydes. Deux oxydants forts peuvent être utilisés pour la régénération : le chlore sous forme d’eau de Javel et le permanganate de potassium (KMnO4), le permangante de potassium offrant l’avantage d’augmenter la surface d’échange du matériau par la production de plus de MnO2. La régénération peut être mise en oeuvre de façon continue (pour les eaux contenant beaucoup de fer avec ou sans manganèse) ou intermittente (pour les eaux contenant peu ou pas de fer).

6 matériaux catalytiques ont été sélectionnés à partir de la littérature,

La première phase de l'étude (2006) a permis de sélectionner dans la littérature six matériaux catalytiques parmi ceux commercialement disponibles en quantité industrielle : Polarite, AquaMandix, Mangagran, Greensand, sable manganisé en usine de production d’eau potable et Mangalit. La Mangalit est le seul matériau recouvert artificiellement de dioxyde de manganèse.

... puis testés en laboratoire : les plus efficaces sont la Polarite et l’AquaMandix puis le Mangagran.

Puis ces matériaux ont été testés en laboratoire sur l’eau du réseau dopée en fer et en manganèse et sur l’eau d’un forage contenant naturellement du manganèse et dopée en fer. Les matériaux les plus efficaces pour l’élimination du manganèse avec ou sans présence de fer sont la Polarite et l’AquaMandix puis le Mangagran. L’efficacité d’élimination du manganèse augmente avec le pH. En effet, le matériau libère des ions H+ situés à sa surface ce qui rend disponible des sites pour l’adsorption du manganèse (ou du fer). Par contre, un relargage de manganèse dissous venant du matériau est observé lors de la réaction d’oxydation catalytique du fer. Ce phénomène est inévitable lorsque le pH est inférieur à 7,5. Il est donc recommandé dans ce cas de déferriser l’eau par aération en amont des filtres catalytiques et d’utiliser les filtres pour éliminer les précipités d’hydroxyde de fer, l’élimination catalytique étant alors réservée au seul manganèse.

La régénération en continue de la Polarite par l’eau de Javel permet de maintenir la capacité de rétention du matériau.

Des essais de régénération de la Polarite ont été réalisés au KMn04 en discontinu et au chlore en continu (eau de javel). Le KMnO4 permet une récupération de la capacité de rétention initiale mais la Polarite se sature ensuite très rapidement. Le chlore donne de bons résultats car il permet de maintenir une capacité de rétention du manganèse constante dans le temps. Cependant, bien qu’il soit injecté au dernier moment, il oxyde une partie du manganèse avant que celui-ci n’atteigne les sites d’adsorption/oxydation catalytique. Il y a alors formation d’oxyde de manganèse qui se dépose sur le dessus du matériau ce qui oblige à réaliser des rétrolavages réguliers toutes les 48 heures.

L’évaluation technico- économique d’une telle filière est prometteuse.

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. 

Des essais pilotes sont prévus pour la suite de l’étude sur le site de Verneuil-Vernouillet.                        

La seconde phase de l'étude (2007) sera consacrée à enrichir et valider les résultats obtenus en 2006 par des essais pilote sur site (Verneuil-Vernouillet) ainsi que par une synthèse des retours d'expérience sur la mise en œuvre industrielle de ce procédé. Le procédé sera optimisé, comparé aux techniques conventionnelles et des recommandations de mise en œuvre seront établies avec le domaine d'application.

EAU POTABLE

Autres phases

07AEP07
08AEP03


Etude commandée par

CIRSEE


Réalisée par :

CIRSEE


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Contact Agence

Véronique LAHOUSSINE