Substitution des sels d aluminium par des sels de fer

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1 Substitution des sels d aluminium par des sels de fer Retours d expériences sur plusieurs usines d eau potable Cédric HELMER, CIRSEE Pôle Eau Potable 00/00/00 Presentation title 1

2 Situation actuelle Risque sanitaire supposé de l aluminium Remise en cause en France localement de l'usage des sels d aluminium dans les traitements de potabilisation Utilisation des sels d Aluminium Largement répandues sur les usines eau potable Différentes formes utilisées : Sulfate d aluminium Coagulants à base de sels d Al polymérisés : Polychlorures/ Polychlorosulfates d aluminium (PAC) Mise en œuvre maîtrisée (limite interne S.E fixée à 100 µg/l) Peu d alternatives techniques aujourd hui Sels de fer : chlorure ferrique principalement. 2

3 Comparatif Coagulants à base Al vs coagulants à base Fer (1/2) Sulfate d aluminium PAC Chlorure ferrique Réactif Solution liquide 8,5 % Al : PAX XL 10 9,7 % Al203 Solution liquide Sol.commerciale 41 % Caractéristiques physicochimiques - ph env 2,3 - densité : 1,32 - corrosif vis à vis des métaux - ph env 2,5 - densité : 1,20 - ph env. 1,2 - densité 1,45 - volatil, fortement acide et concentré en chlorures très corrosif vis à vis des métaux Manganèse comme principal impureté. Coût

4 Comparatif Coagulants à base Al vs coagulants à base Fer (2/2) Sulfate d aluminium, sol.liquide 8,5 % Al PAX XL10, 9,7 % Al203 Chlorure ferrique Sol.liquide 41 % Plage de ph de floculation optimal 6-6,8 6,5-7,8 ph 5,5-9 Impact qualité eau traitée pour 10 ppm de produit commercial injecté Baisse du TAC ( F) Apport chlorures (mg/l) Apport Sulfates (mg/l) 0,38-4,3 0,1 0,9 0,3 0,55 2,7 - Génération de boues K = 0,13 K=0,15 K = 0,27 Facteur d émission GES (gco2/kg produit com.) 128 (*) 156(**) 322 (*) (*) source Ecoinvent 2.0, (**) source Astee 4

5 Retour d expérience 1 (1/3) Données clefs usine de grande capacité en région parisienne eau moyennement à fortement minéralisée filière de traitement de l eau complète Utilisation actuelle de sulfate d aluminium en sol.liquide à 8,2 % Teneur en aluminium dans l eau traitée : 100 % des valeurs < 100 µg/l. gestion des sous-produits : Filière de déshydratation complète + valorisation agricole Etude de faisabilité pour le passage au chlorure ferrique en cours analyse des essais comparatifs chlorure ferrique / SA réalisés par le passé sur différentes classes d eaux. définition des impacts sur : la qualité de l eau, les coûts d investissements : réhabilitation/remplacement, d équipements/d ouvrages sur la file eau et boues, les coûts d exploitation filière eau et boue, la sécurité du personnel. 5

6 Retour d expérience 1 (2/3) Indice de Langelier Indice de Larson Performances de la filière de traitement 0,5 0,4 0,3 0,2 Agressivité de l'eau sur la filière selon le coagulant A dose et ph de floculation équivalents, le chlorure ferrique est plus efficace sur l abattement de la matière organique que le sulfate d alumine. 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5 Eau brute Eau coagulée Eau décantée Eau filtrée premier étage Eau filtrée 2ème étage Eau traitée après soude Scénario SA Scénario FeCl3 Corrosivité de l'eau sur la filière selon le coagulant Le passage au chlorure ferrique permet de fournir une eau traitée sans aluminium 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 Scénario SA Scénario FeCl3 Le chlorure ferrique n impacte pas significativement l agressivité et la corrosivité de l eau sur la filière 0,2 0,1 0,1 0,0 Eau brute Eau coagulée Eau décantée Eau filtrée premier étage Eau filtrée 2ème étage Eau traitée après soude 6

7 Retour d expérience 1 (3/3) Impact du passage au FeCl 3 sur les coûts d exploitation? Réactifs filière eau : globalement inchangé. Filière boues : + 30 % de production en masse (TMS/an). Augmentation proportionnelle des OPEX liés aux réactifs (chaux, polymère) et valorisation agricole des boues Impact structurels FILIERE EAU : Capacité des postes réactifs satisfaisante (stockage et dosage) Pas ou peu d impact sur la durée de vie des ouvrages Peu d impact sur le coût de renouvellement des équipements Mais mise en œuvre d évents sur l ensemble des cuves (FeCl 3 volatil), FILIERE BOUES : Capacité des ouvrages existants de déshydratation insuffisante nécessité de nouveaux investissements 7

8 Retour d expérience 2 (1/2) Données clefs Usine de grande capacité ( m 3 /jour), peu turbides et moyennement chargées en COT Filière de traitement Eau : Reminéralisation (CO 2 +chaux) Coagulation floculation (Aqualenc + polymère anionique) Décantation sur pulsator Inter-oxydation au dioxyde de chlore Filtration sur sable post reminéralisation désinfection au dioxyde de chlore Gestion des rejets : raccordement au réseau EU Bâtiment filtres Passage au chlorure ferrique envisagé à court terme Objectif : optimisation élimination M.O Saturateur 8

9 Retour d expérience 2 (2/2) Résultats des essais comparatifs en laboratoire Qualité eau brute : COD de 4 mg/l, Abs.UV 254 nm : 13,9 m -1, Fer dissous : 390 µg/l; absence de manganèse Paramètre Aqualenc F1 Chlorure ferrique 41 % Dose en coagulant 70 ppm 60 ppm ph de floculation optimal Abattement abs UV 25 nm (%) 73 % 80 % Teneur en Fer/Al résiduel (en µg/l) Fer :0, Al : 50 Fer : 120, Al : 10 Manganèse (en µg/l) - 77 Impact en cas de passage au chlorure ferrique : Nécessité d un revêtement spécifique sur les ouvrages de décantation, Mise en œuvre nécessaire d un chlorure ferrique de pureté suffisante (manganèse), Augmentation des coûts d exploitation liés au réactifs utilisés pour la reminéralisation (chaux, CO 2 ). 9

10 Retour d expérience 3 (1/3) Données clefs usine Capacité usine 5000 m 3 /jour Eau brute moyennement minéralisée, peu chargée en MO et parfois turbide 2 modes de fonctionnement principaux : Coagulation sur filtre en période hivernale (1/3 du temps, turbidité eau brute < 8 NTU), PAX XL-10 : 5 ppm Coagulation / décantation Pulsator / filtration le reste du temps, PAX XL 10 : ppm Eau traitée de bonne qualité, y compris pour l aluminium, valeur médiane à 0,05 mg/l, et aucun dépassement de la référence de qualité de 0,2 mg/l. Etude de faisabilité à la demande de la collectivité : Est-il possible de mettre en œuvre un sel de fer sur l usine? Pour quel coût? 10

11 Retour d expérience 3 (2/3) Essais de traitabilité en laboratoire : Eau brute peu chargée (ph 7,85, turbidité 1 NTU) Eau brute chargée (> 20 NTU) Coagulant PAX XL 10 FeCl3 41 % PAX XL 10 FeCl3 41 % Dose optimale(g/m3) ph de floculation 7,7 7,6 7,5 7,4 Turbidité EFS (NTU) 0,15 0,2 < 0,2 < 0,2 Métal dissous, EFS (µg/l) Al : 30 Fe : 50 Al : 20 Fe < 50 11

12 Retour d expérience 3 (3/3) Impact sur les coûts d exploitation et investissements Impact sur : Situation actuelle : PAX XL 10 Situation future : Chlorure ferrique OPEX réactifs (cts /m 3 ) 0,88 1,10 CAPEX / Augmentation capacité poste soude 12

13 Conclusions et perspectives (1/2) Le chlorure ferrique présente les avantages suivants : plage de ph de coagulation plus large meilleure élimination de la matière organique Et pas de fuites en aluminium! mais également des impacts opérationnels majeurs : nécessite d ajuster parfaitement le dosage coloration des ouvrages, aspect visuel des installations. augmentation de la production de boues mise en œuvre d équipements électro-mécaniques spécifiques pour les postes de dépotage/stockage/ dosage, résistants à la corrosion. 13

14 Conclusions et perspectives (2/2) La substitution des sels d aluminium par d autres réactifs n est pas systématiquement possible. Peu de produits de substitution disponibles, Comportement des eaux naturelles différent vis à vis du type de coagulant utilisé (teneur et type de matières organiques, ph, minéralisation, ) Nécessité d une démarche au cas par cas, Réalisation par des essais à l échelle laboratoire puis si les résultats sont satisfaisants, validation à l échelle semi-industrielle. Recherche de solutions innovantes : Coagulants alternatifs (réactifs verts) 14

15 Merci de votre attention. 15

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