Optimisation du procédé de clarification Utilisation des Polymères Cationiques

TECHNOLOGIES DE L EAU - Alimentation en Eau Potable - 00AEP00 Optimisation du procédé de clarification Utilisation des Polymères Cationiques Bilan de la phase 3 (2004-2005) Isabelle BAUDIN Jean-Michel RODRIGUES Sandrine HUET Etude financée par l'agence de l'eau Seine Normandie Décembre 2005

RESUME L objectif global de l étude est d apporter une solution pour fiabiliser le procédé de clarification. L intérêt potentiel des coagulants organiques cationiques est ainsi étudié, pour l optimisation des performances de la clarification en terme d élimination de la turbidité, des particules, mais aussi de la matière organique. Cette étude est menée par le CIRSEE depuis 2001 avec le support financier de l AESN. Ce rapport fait la synthèse de la phase 3 du projet, couvrant la période d essais menés en 2004 et 2005 en lien avec les sites de production de Maromme (coagulation sur filtres), Gamarde (coagulation sur filtres de premier et second étage) et Morsang (coagulation/décantation). Les polymères testés sont des EpiDMA et des PolyDADMAC, agréés en France pour l eau potable depuis 2004, et commercialisés par SNF Floerger, avec monopole de ce fournisseur pour le marché français. Ces réactifs sont employés pour substituer une partie du sel métallique habituellement appliqué comme coagulant. Des essais de coagulation sur filtre et de coagulation/décantation ont été réalisés à l échelle laboratoire pour déterminer les dosages optimaux des réactifs ; les meilleures combinaisons ont ensuite été testées sur pilote (site de Gamarde) ou à l échelle industrielle (sites de Maromme et Morsang). CONCLUSION Des résultats générés en laboratoire, sur pilote et sur site durant cette phase de tests industriels, il est possible de tirer ces principales conclusions quant à l intérêt de la mise en œuvre des polymères cationiques en clarification : Pour chacun des projets suivis, il s avère que les conclusions tirées des essais en laboratoire ne peuvent être directement extrapolées aux performance attendues sur pilote ou sur site industriel. Les réactifs EpiDMA et PolyDADMAC, à taux de matière active équivalente, ont des performances comparables en élimination de turbidité et matières organiques. Un polymère de masse moléculaire moyenne est recommandé pour les applications en traitement d eau de surface par coagulation/décantation, une masse plus élevée est préconisée pour le traitement d eaux souterraines par coagulation sur filtres. En coagulation sur filtre (cas de Maromme) : ces réactifs, en alternative partielle au FeCl 3, ont un intérêt dans l allongement des cycle de filtration ; l intérêt pressenti de ces polymères pour optimiser le traitement en période pluvieuse (ressource de qualité dégradée avec pointes de turbidité > 10 NFU et matières organiques) n a pu être démontré durant cette période (qualité stable et bonne de la ressource durant la période 2004/2005). Un léger excès (0,2 ppm au lieu de 0,1 ppm) de polymère sur des eaux peu chargées en particule et matières organiques traitées par coagulation sur filtre (cas de Maromme) peut entraîner la formation de traces de NDMA sur eau traitée après chloration. En coagulation sur filtres premier étage (sable) et second étage (CAG) (site de Gamarde), les mélanges préparés de réactifs (sels d Al et polymère cationique) vendus par SNF ont un intérêt technique et économique par rapport au coagulant minéral seul (WAC). Cet intérêt démontré en laboratoire doit être validé à échelle industrielle. En coagulation/décantation testé sur l usine de Morsang, il n y a pas d intérêt technicoéconomique à remplacer partiellement le sulfate d aluminium par un coagulant organique, en période estivale, quand la ressource est de bonne qualité et facile à traiter. L intérêt potentiel des polymères cationiques pour traiter la ressource de qualité dégradée a été mise en évidence en laboratoire et sera testée sur site, en hiver, en 2006. Suite aux derniers essais sur le site de Morsang en 2006, la synthèse des résultats de l ensemble du projet mené sur la période 2001/2005 sera établie, avec recommandations de mise en oeuvre de ces réactifs, avantages et limitations de ces réactifs, pour l optimisation de la clarification appliquée aux eaux de surface ou aux eaux souterraines. MOTS CLES Clarification ; Coagulation ; Decantation ; Filtration ; Polymères cationiques ; PolyDADMAC ; EpiDMA. 2

SOMMAIRE 1 Introduction... 7 2 Cadre du projet... 8 2.1 HISTORIQUE DU PROJET... 8 2.2 LES POLYMERES ORGANIQUES DE SYNTHESE : APPROCHE BIBLIOGRAPHIQUE... 9 2.2.1...Rappels sur le principe de la coagulation 9 2.3 AVANTAGES ET LIMITES DES POLYMERES...12 3 Mise en œuvre des polymères cationiques sur sites...14 4 Résultats des essais menés en 2004 sur le site de Maromme...16 4.1 REACTIFS TESTES...16 4.2 OBJECTIF...16 4.3 METHODOLOGIE...16 4.4 PRESENTATION DE L USINE...17 4.5 SUIVI DU PROCESS ET DE LA QUALITE...19 4.6 PLANNING REALISE...21 4.7 RESULTATS SUIVI HYDRAULIQUE...21 4.7.1...Résultats sans polymère 22 4.7.2...Résultats avec polymère 23 4.7.3Comparaison des performances de filtration avec ou sans p 4.8 RESULTATS : SUIVI QUALITE D EAU... 24 4.8.1... Suivi MON 24 4.8.2...Suivi micro-organismes 25 4.8.3Demande et cinétique de chlore sur l eau filtrée CAG 26 4.8.4... Suivi Sous produit : NDMA 28 4.8.5...Bilan rejet 29 4.9 CONCLUSION... 30 5 Résultats des essais menés en 2005 sur le site de Gamarde (coagulation sur filtres sable et CAG)...31 5.1 CONTEXTE...31 5.2 OBJECTIFS...31 5.3 DESCRIPTION DES ESSAIS LABORATOIRE... 33 5.3.1... Filtration sur sable 33 5.3.2...Filtration sur CAG 33 5.3.3... Materiel et méthode 33 5.4 RESULTATS DES ESSAIS LABORATOIRE : DETERMINATION DES DOSES OPTIMALES DE COAGULANTS EN FILTRATION SUR SABLE ET CAG... 34 3

5.4.1...A.Test des «Mélanges» 34 5.4.1.1... Coagulation sur filtre sable 34 5.4.1.2... Coagulation sur filtre CAG 34 5.5 RESULTATS DES ESSAIS LABORATOIRE : TESTS DES COMBINAISONS DE REACTIFS : COAGULANT CATIONIQUE + COAGULANT MINERAL... 35 5.5.1... Choix des doses de réactifs testées 35 5.5.2...Coagulation sur filtre sable 35 5.5.3...Coagulation sur Filtres CAG 37 5.6 RESULTATS : BILAN TECHNICO-ECONOMIQUE... 37 5.7 RESULTATS DES ESSAIS PILOTE... 38 5.8 CONCLUSION... 39 6 Résultats menés en 2005 sur le site de Morsang (clarification par coagulation et décantation)... 40 6.1 ESSAIS LABORATOIRE... 40 6.1.1... Planning des essais 40 6.1.2Protocole d analyse pour l évaluation de l efficacité des 6.1.3Résultats d analyses pour le choix du taux de traitement o 6.1.4Impact du traitement sur la performance des polymères 6.2 MISE EN PLACE SUR LA FILIERE DE TRAITEMENT... 45 6.2.1...Planning des essais et objectifs 45 6.2.2...Matériel 46 6.2.3...Analyses 47 6.2.4... Essais complémentaires en prévision 47 6.3 RESULTATS DES ESSAIS SUR SITE... 47 6.3.1... Evolution des paramètres de qualité 47 6.3.2Impact des polymères sur le colmatage des filtres à sable 6.3.3Impact des polymères sur la qualité/quantité de boues53 6.4 BILAN TECHNICO-ECONOMIQUE... 55 6.5 CONCLUSION... 56 7 Conclusion générale... 57 8 Bibliographie... 59 4

TABLE DES ILLUSTRATIONS Tableaux Tableau 1 : Caractéristiques des trois tranches de la station de Morsang...15 Tableau 2 : Sites étudiés avec principales caractéristique (qualité d eau et traitement)...15 Tableau 3 : Caractéristiques des coagulants organiques employés lors des essais sur le site de Maromme...16 Tableau 4 : Dose des réactifs en fonction de la qualité de l eau brute...17 Tableau 5 : Taux de réactifs FeCl3/Polymère appliqués sur l usine de Maromme...20 Tableau 6 : Planning des essais sur le site de Maromme...21 Tableau 7 : Bilan des performances de filtration pour une production avec FeCl3 seul, sans ajout de Polymère. Suivi sur période 2004(semaines 27-53) et début 2005 (semaines 2-9)...22 Tableau 8 : Bilan des performances de filtration pour une production avec FeCl3 et ajout de Polymère. Suivi sur période 2004 (semaines 47/53) et début 2005 (semaine 7/8)...23 Tableau 9 : Résultats des campagnes d analyse de sous produits (NDMA et autres composés)...28 Tableau 10 : Caractéristiques des coagulants testés en coagulation sur filtre sur le site de Gamarde...32 Tableau 11 : Qualité de l eau brute. Août 2005...33 Tableau 12 : Qualité de l eau filtrée sable, usine. Août 2005...33 Tableau 13 : Bilan technico-économique des essais laboratoire...38 Tableau 14 : Résultats de filtration sur pilote...39 Tableau 15 : Planning des essais laboratoire (jar test)...40 Tableau 16 : Abattement supplémentaire, en moyenne, des polymères cationiques comparés au sulfate seul, pour 30% de substitution et 1/10 de remplacement...42 Tableau 17 : Résultats d abattement à partir d une eau préchlorée...43 Tableau 18 : Consignes de dosage en coagulant...46 Tableau 19 : Planning des analyses effectuées sur la tranche 2...47 Tableau 20 : Paramètres de l eau brute pendant la période d essais (valeurs moyennes)...48 Tableau 21 : Comparaison des performances...48 Tableau 22 : Concentration en aluminium dissous sur les tranches 1 et 2...49 Tableau 23 : Moyennes des abattements des algues et bactéries...50 Tableau 24 : Temps et volumes d eau passés pour un cycle de filtration (consigne à la perte de charge)...52 Tableau 25 : Vitesses moyennes de montée en perte de charge...53 Tableau 26 : Analyses des cohésions de boues du décanteur T2...55 Tableau 27 : Evaluation de l économie de réactifs...55 Figures Figure 1 : Schéma de l action combinée des coagulants minéraux et organiques...10 Figure 2 : Formule chimique du PolyDADMAC...10 Figure 3 : Formule chimique de l EpiDMA...10 Figure 4 : Distribution des masses moléculaires pour EpiDMA et polydadmac...11 Figure 5 : Schéma de l usine de Maromme...19 Figure 6 : Schéma de l usine de Maromme avec points de prélèvements et analyseurs...20 Figure 7 : Exemple de suivi de cycle de filtration pour une production sans polymère...22 Figure 8 : Exemple de suivi de cycle de filtration pour une production sans polymère...22 Figure 9 : Synthèse des performances de filtration du filtre 4 avec FeCl3 ou combinaison FeCl3 + Polymère...23 Figure 10 : Suivi de l évolution de la perte de charge du filtre test en période de qualité dégradée de la ressource ; traitement avec FeCl3 et polymère B...24 5

Figure 11 : Suivi de l évolution de la durée des cycles de filtration du filtre test en période de qualité dégradée de la ressource ; traitement avec FeCl3 et polymère B...24 Figure 12 : Elimination du COT le long de la filière de traitement de Maromme pour différentes conditions de mise en œuvre de coagulants...25 Figure 13 : Elimination de l absorbance UV le long de la filière de traitement de Maromme pour différentes conditions de mise en œuvre de coagulants...25 Figure 14 : Elimination des Escherichia Coli le long de la filière de traitement de Maromme pour différentes conditions de mise en œuvre de coagulants...25 Figure 15 : Elimination des Entérocoques le long de la filière de traitement de Maromme pour différentes conditions de mise en œuvre de coagulants...26 Figure 16 : Elimination des Spores de germes sulfito-reducteurs le long de la filière de traitement de Maromme pour différentes conditions de mise en œuvre de coagulants...26 Figure 17 : Essais de demande en chlore sur eau traitée sans polymère(essais à différents temps de contact entre 50 minutes et 24h30)...27 Figure 18 : Essais de demande en chlore sur eau traitée avec polymère A (essais à différents temps de contact entre 16 minutes et 24h30)...27 Figure 19 : Cinétique de consommation du chlore (essais à différents taux de chloration exprimée en chlore résiduel) sur eau traitée avec Polymère A...27 Figure 20 : Résultats de la campagnes d analyse de sous produits (NDMA et autres composés )sur eau ozonée, eau traitée chlorée et eau du réseau du 19/11/04...29 Figure 21 : Résultats de la campagnes d analyse de sous produits (NDMA et autres composés) sur eau ozonée, eau traitée chlorée et eau du réseau du 21/02/04...29 Figure 22 : Suivi des rejets lors du lavage des filtres pour différents traitements de coagulation...30 Figure 23 : Exemple de profil de turbidité et de MES effectué sur les eaux de lavages d un filtre...30 Figure 24 : Filtration sur sable-test des FLB...34 Figure 25 : Filtration sur CAG-test FLB...35 Figure 26 : Filtration sur sable-test des combinaisons à différentes doses...36 Figure 27 : Filtration sur sable-test des combinaisons à 75 % de substitution...36 Figure 28 : Filtration sur CAG - test des combinaisons...37 Figure 29 : Comparaison des performances en turbidité et matière organique entre SA et mélange sulfate/polymère à 30% de substitution et différents taux de remplacement...41 Figure 30 : Impact de la dose de charbon actif en poudre sur les performances des polymères cationiques...43 Figure 31 : Impact de la dose d acide sur la performance des coagulants...44 Figure 32 : Traitement final à la soude : remise à ph de l eau...45 Figure 33 : Cuve de polymère et pompe de dosage...46 Figure 34 : Dispositif de dilution en ligne...46 Figure 35 : Abattement de la turbidité des décanteurs des tranches 1 et 2...48 Figure 36 : THM totaux (sur l eau traitée de T2 après chloration)...51 Figure 37 : Evolution de la perte de charge sur le filtre 24...52 Figure 38 : Schéma des piquages...53 6

1 Introduction La filtration et son traitement en amont (coagulation, décantation,..) est le procédé le plus appliqué en traitement conventionnel pour éliminer les particules en général et des microorganismes en particulier. L efficacité et la fiabilité d une filière de traitement, dépendent fortement de l optimisation et du contrôle de l ensemble des procédés de coagulation, floculation, sédimentation et filtration. La turbidité est aujourd hui le meilleur indicateur d efficacité de ces traitements. Le contexte réglementaire et contractuel vis-à-vis de la turbidité évolue rapidement et pousse le traiteur d eau à prendre des mesures au niveau des traitements, de leur optimisation et de leur contrôle pour garantir une turbidité inférieure à 0,5 NTU, 100% du temps (valeur de référence de qualité du décret français de 2001). Cet objectif de turbidité peut-être garanti sur la plupart des filières de traitement optimisées au niveau de la clarification et de la filtration en second étage. L abattement de la turbidité constitue l objectif traditionnel de l optimisation du processus de coagulation/floculation pour le traitement des eaux potables. Cependant, depuis quelques années, l attention s est attachée sur l élimination de la matière organique naturelle (MON) et paramètres liés comme la coloration, les goûts et odeurs. La raison principale est de réduire la formation potentielle des sous-produits de désinfection en éliminant une partie de la MON, précurseur de ces sous-produits. L abattement optimal de la MON requiert l utilisation de fortes doses en coagulant ainsi qu un ph très acide. La coagulation avancée, nécessite alors l ajout d une base en fin de traitement pour remise à l équilibre de l eau et peut entraîner une concentration excessive en métal résiduel en sortie de traitement ainsi qu une augmentation de la production de boues. L optimisation et le contrôle de la dose de coagulant sont donc un enjeu technique et économique pour un traiteur d eau. L utilisation de polymères cationiques est une des voies potentielles prometteuses pour améliorer l efficacité et la fiabilité des procédés de clarification. Ces polymères peuvent être mis en œuvre en tant qu aide aux procédés de coagulation, floculation et filtration en complément ou en alternative partielle aux réactifs minéraux conventionnels. Leur performance dépendent peu du ph, la concentration en métal résiduel est réduite et le volume de boues également. Cependant l impact sur la santé et l environnement retient particulièrement l attention puisqu ils peuvent être à l origine de produits de désinfection. Le présent projet s inscrit dans la continuité des expériences menées sur les polymères organiques cationiques ces quatre dernières années. L étude est réalisée au sein du pôle qualité eau du CIRSEE (Centre International de Recherche Scientifique sur l Eau et l Environnement). Le contexte et l historique du projet sur les polymères cationiques sont rappelés. Le travail effectué se porte sur l évaluation en laboratoire et sur filière de traitement des performances technico-économiques des coagulants organiques par comparaison avec un coagulant minéral. 7

2 Cadre du projet 2.1 HISTORIQUE DU PROJET Dans le cadre de la valeur paramétrique pour la turbidité des eaux apparaissant dans le nouveau décret français, 0,5 NTU au point de mise en distribution, les polymères cationiques de type PolyDADMAC (ou PolyDiAllylDiméthylAmmoniumChlorure) et EpiDMA (ou Epichlorhydrique-DiméthylAmine), sont pressentis comme susceptibles d aider à fiabiliser la coagulation. Ces réactifs sont déjà utilisés pour la production d eau potable depuis plus de 20 ans dans d autres pays, comme les Etats-Unis et l Angleterre. Jusqu à présent, ces coagulants organiques n étaient pas autorisés en France pour des applications en eau potable. Une demande d agrément en France a été déposée en 2000 auprès de la Direction Générale de la Santé par la société SNF Floerger. Cette demande concernait les réactifs «PolyDADMAC», «EpiDMA» et mélanges de sels d aluminium/polymère cationique. SNF Floerger a reçu fin mars 2004 l agrément pour une liste précise de réactifs. Si un autre fournisseur veut obtenir l agrément pour des réactifs équivalents, il doit déposer un dossier de demande d agrément prouvant la fiabilité de sa filière de production. SNF Floerger est donc depuis 2004 la seule société en mesure de fournir les coagulants organiques agréés en France pour l eau potable. Les études réalisées par le CIRSEE ont été menées en collaboration avec des exploitants de sites de production LDEF (Lyonnaise Des Eaux France) et financées en partie par l AESN (Agence de l Eau Seine-Normandie). Le but de ce projet est d évaluer techniquement et économiquement l intérêt de ces réactifs et d émettre des recommandations de mise en œuvre à l attention des exploitants d usine de production d eau potable. Ce projet a fait l objet de rapports de synthèse intermédiaires destinés à l AESN, qui seront rendus publiques par l AESN à la fin du projet en 2006. En France, le marché concerné par l application de ces réactifs est le suivant: Tout site mettant en œuvre des coagulants minéraux (coagulation sur filtre et coagulation/ décantation / filtres) : 80 usines LDEF ; 270M m 3 /an. Sites préférentiellement concernés : usines de coagulation sur filtre, sites connaissant des événements qualité hors norme en turbidité, aluminium, problème de ph, de corrosion Sites avec problème de gestion des rejets. L'étude réalisée en 2001 a permis de montrer l'intérêt de l'utilisation des polymères cationiques (type PolyDADMAC et EpiDMA) pour le traitement en coagulation sur filtre d'eaux d'origine karstiques sujettes à de grandes variations de turbidité. Ces coagulants organiques appliqués en substitution d'une partie (en général 30%) du sel métallique utilisé normalement, aluminium ou fer, garantissent l'obtention d'une turbidité d'eau filtrée inférieure à 0.2 NTU, 99 % du temps. D'autre part, les cycles de filtration sont allongés (jusqu'à 180%, comparé à l'utilisation du chlorure ferrique seul), ce qui entraîne une diminution des pertes en eau de lavage de 64%. Un bilan économique a montré également que l'application combinée de coagulant organique (polymère cationique) et de coagulant minéral classique (sel métallique) permet de réduire les coûts en réactifs de l'ordre de 10%. 8

L étude réalisée en 2002 a permis de comparer les réactifs de synthèse PolyDADMAC et EpiDMA à des réactifs naturels (protéines extraites du soja ou du Moringa). Tous les réactifs testés sont d efficacité proche en terme d élimination des particules et des matières organiques. Le degré de cationicité peut permettre d améliorer l élimination des matières organiques dans certaines applications. Les taux optima de remplacement de sels de fer et de substitution ont été confirmés : 30% de remplacement du coagulant minéral par du polymère dosé à 1/10. L étude réalisée en 2003 avait pour objectif de quantifier le risque potentiel, cité dans la littérature, de formation d un sous-produit cancérigène (comme la N-Nitroso-diméthylamine ou NDMA) sur eau traitée après ajout de polymère cationique et chloration. Les conditions testées ont été représentatives d une mise en œuvre à échelle industrielle des polymères PolyDADMAC et EpiDMA en combinaison avec des coagulants minéraux pour un traitement de coagulation d eau de surface. Aucune des conditions testées (variations des paramètres : nature des réactifs, taux de traitement en polymère coagulant, chlore, temps de contact, ph, présence de nitrite, etc.) n a mené à la formation de NDMA en concentration supérieure au seuil de détection analytique (15 ng/l). Etude réalisée en 2004 et 2005 : L agrément a été délivré en 2004 par la DGS (Direction Générale de la Santé) pour des réactifs des familles polydadmac et EpiDMA du fournisseur SNF Floerger. Des exploitants LDEF de filières de production d eau potable se sont manifestés pour tester à l'échelle industrielle ces nouveaux réactifs, dont les performances et le faible risque de formation de sous produits associés ont été démontrés lors des études précédentes. En 2004 était l évaluation à l échelle industrielle de la faisabilité de la mise en œuvre de polymères cationiques a été menée sur une usine de coagulation sur filtre (Marommes proche de Rouen). En 2005, des essais ont été menés sur le site de production par coagulation/décantation de Morsang-sur-Seine, en région parisienne. Des essais ont également été menés en lien avec le site de production par coagulation sur filtres sable premier étage, et projet d extension par filtration sur CAG en second étage, de Gamarde (près de Bordeaux). 2.2 LES POLYMERES ORGANIQUES DE SYNTHESE : APPROCHE BIBLIOGRAPHIQUE 2.2.1 Rappels sur le principe de la coagulation On compte parmi les coagulants plusieurs familles dont les principales sont les sels métalliques, les polyamines, les polydadmac, les résines dicyandiamide ou les résines mélamine formaldéhyde. Ces coagulants sont minéraux ou organiques, toujours cationiques à forte densité de charge, de faible ou très faible poids moléculaire et sous forme liquide essentiellement. La combinaison sel minéral (d aluminium ou de fer)/polymère cationique permet une double action sur les matières en suspension et la matière organique. En effet, le coagulant minéral, de part sa charge positive neutralise les particules comme expliqué plus haut tandis que le polymère cationique, de masse moléculaire plus importante et grâce à sa charge positive également, tend à rassembler les agglomérats formés par le coagulant minéral pour créer un floc plus gros et donc plus facilement décantables. La figure 1 schématise ce principe. 9

MO Particule Coagulant minéral Polymère cationique Figure 1 : Schéma de l action combinée des coagulants minéraux et organiques Description des coagulants organiques Les réactifs à la base des coagulants organiques sont des polymères de synthèse (polyammines quaternaires) chargés positivement, la charge cationique étant apportée par une fonction ammonium quaternaire ; ces polymères sont de faible masse moléculaire (<10 6 ) et n ont ainsi pas ou très peu de pouvoir floculant. Les deux principales familles de polymères utilisées comme coagulants en eau potable sont : Les PolyDADMAC (ou PolyDiAllylDiméthylAmmoniumChlorure), C 8 H 16 NCl, synthétisés par cyclopomérisation du monomère DADMAC, sont sous formes liquides de 20 à 50% en matière active ou solides (billes) (voir figure 2). CH2 CH CH CH2 CH CH CH n + m CH2 N + CH2 Cl - CH2 N + CH2 CH2 Cl - N + Cl - CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 n CH2 C CH CH3 m< 2% Figure 2 : Formule chimique du PolyDADMAC Les polyamines Epi-DMA (ou Epichlorhydrique-DiméthylAmine), C 5 H 12 ONCl, synthétisées par polycondensation de diméthylamine et épichlorhydrine, sont sous forme liquide uniquement, à 50% de matière active (voir figure 3). n CH2 O CH CH2 Cl + n CH3 CH3 NH N + CH3 CH3 CH2 Cl - CH OH CH2 n Figure 3 : Formule chimique de l EpiDMA On retrouve chez ces deux familles de polymères une forte densité de charge, un poids moléculaire faible à moyen avec différents taux de réticulation, ils sont utilisés comme coagulants primaires avec une très bonne efficacité quelque soit le ph. Les PolyDADMAC et EpiDMA différent de part leurs monomères, leur mode de synthèse, ainsi que leur structure moléculaire. En raison de la présence de chaînes longues et courtes, les polyamines peuvent être considérées comme des produits polyvalents. Elles sont plus efficaces pour la réduction des composés organiques et plus rapides en action. 10

Les polydadamac, de part une distribution moléculaire plus étroite, sont des produits plus spécifiques. Ils ont un poids moléculaire plus élevé, sont plus efficaces pour la réduction de la turbidité et sont utilisés à plus faible dosage (voir la figure 4). Polyamines PolyDADMAC PM moyen PM moyen Wi Wi PM PM Figure 4 : Distribution des masses moléculaires pour EpiDMA et polydadmac Une confusion a souvent lieu lors de l emploi de ces polymères organiques cationiques. En effet, il y a deux types de polymères organiques utilisés en traitement de l eau : les PAHPM (Polymère Anionique Haut Poids Moléculaire, 10 6 à 10 12 ) utilisés comme adjuvants en tant que floculants; ils sont généralement neutres ou chargés négativement afin de neutraliser les charges du coagulant résiduel, et les PCBPM (Polymère Cationique Bas poids moléculaire, 10 4 à 10 5 ) utilisés comme coagulants. Des coagulants mixtes (type FLB, produit commercial SNF), mélanges de sels d aluminium et de coagulants organiques, sont également proposés avec une stabilité de ces mélanges dans le temps, limité à 6 mois. L intérêt de ce réactif est de simplifier la mise en oeuvre de l injection de deux coagulants en un réactif. Risque de sous-produits de désinfection Le polydadmac et l EpiDMA peuvent être précurseur de DMA ou TMA (diméthylamine ou trimethyl-amine) à l origine après oxydation par le chlore ou la chloramine :d un sous-produit : la NDMA (N-Nitroso-diméthyl-amine), formée par substitution nucléophile impliquant une amine (DMA ou TMA) et des nitrites comme précurseur. La NDMA est une molécule organique de la famille des nitrosamines, caractérisée par la fonction chimique N-N=O, semi-volatile, très polaire et très soluble dans l eau (N 2 OC 2 H 3 ). Elle est présente dans de nombreux produits industriels. La NDMA a été détectée en France en sortie de filières de traitement, mettant en œuvre des résines ou encore dans des effluents de STEP aux USA et au Canada. De nombreux articles relatent la formation de NDMA sur des filières mettant en oeuvre des polymères cationiques aminés (groupe aminé facilement coupé au niveau du polymère), ou des résines échangeuses d ions (de type ammonium quaternaire) et une désinfection finale au chlore ou aux chloramines. Il n y a pas de norme concernant ce polluant aujourd hui, mais il fait partie de la liste des polluants prioritaires de l EPA. Les études de risque d apparition de cancer en lien avec ce polluant ont établi une valeur maximale de 0.7 ng/l dans l eau potable (ref USEPA 1997). La contamination par ce polluant ne concerne pas seulement l eau, mais l air (polluant volatile), et les aliments. En France le laboratoire CERBIA IRIS (Groupe Emeraude) assure l analyse de la NDMA et de 7 autres nitrosamines associées (NMEA, NDEA, NDPA, NPIP, NPYR, 11

NMOR, NDMBA. NDEA et NDPA sont des molécules cancérigènes à concentration plus forte que le NDMA pour le même risque. L oxydation par ozone des précurseurs de DMA pourrait induire la formation de NDMA ; cependant des essais d ozonation (dose ozone 1 à 5 mg/l) de solutions de polymères cationiques, menés en laboratoire n ont pas mis en évidence de formation de NDMA (Najm et Trussel, 2000b). Les polymères de type Polyacrylamide ne forment pas ou peu de NDMA le groupe aminé étant fortement lié (liaison C=0) au niveau du polymère. 2.3 AVANTAGES ET LIMITES DES POLYMERES De nombreuses expériences de mise en œuvre de ces réactifs en production d eau potable, recensées dans la littérature, ont d ores et déjà permis d énumérer les différents points positifs et négatifs des polymères cationiques. L objectif du projet est ainsi de quantifier les avantages et inconvénients liés à l emploi de ces nouveaux réactifs de coagulation pour les appliquer en coagulation sur filtre et/ou en coagulation/décantation. Les avantages des coagulants organiques cationiques par rapport aux réactifs conventionnels de coagulation/floculation comme les sels de fer ou d aluminium sont les suivants : Sur le plan technique : Dosage en faible concentration Efficacité sur une large gamme de ph contrairement aux sels minéraux classiques dont l efficacité est fortement dépendante du ph Faible impact du dosage de ces réactifs, peu ou pas acides, sur le ph de l eau coagulée. Ainsi les corrections de ph et d alcalinité sont réduites, voir supprimées réduisant les coûts de réactifs et de stockage. Avantage pour certaines eaux de ces réactifs sur l élimination des matières organiques dissoutes Maîtrise de l encrassement des filtres avec accroissement des cycles de filtration et diminution des pertes en eau par lavages Sur le plan réglementaire : Opportunité pour fiabiliser une station de coagulation sur filtre en assurant une turbidité des eaux filtrées <0.2 NTU 95% du temps et <0.5 NTU 100% du temps. Renforcement de l efficacité des rétentions des matières en suspension notamment au niveau de la coagulation sur filtre Elimination des algues mono-cellulaires. Les polymères sont en général moins corrosifs que les coagulants minéraux ; ce qui signifie moins de problèmes de maintenance. Un produit est classé corrosif par rapport à un métal lorsqu il dépasse le seuil de 6,25 mm/an, or les polymères organiques ne dépassent pas les 4 mm/an tandis que les sels classiques dépassent les 10 mm/an. Limitation du risque de teneur élevée en aluminium dans l eau traitée par coagulation aux sels d aluminium, protection de l environnement (norme européenne : 0,2 mg/l Al résiduel) Obtention de meilleurs abattements de microorganismes tel que Cryptosporidium par coagulation sur filtre à l échelle pilote (dans certaines conditions de travail) Réduction du volume de boues produites (de 30 à 50%) grâce à la réduction de formation d hydroxydes et boues plus facilement déshydratables. 12

Les limitations d usage de ces réactifs sont : Sur le plan technique : Une confusion dans les applications entre polymères floculants et polymères coagulants Une faible volonté de changer un traitement conventionnel, bien maîtrisé, à base de sels métalliques Problème de mise en œuvre : impact sur la gestion du décanteur mal connu Sur le plan réglementaire : Un risque dans le surdosage de ces réactifs qui entraîne une dégradation des eaux traitées Formation de sous produits possible ; en particulier formation de NDMA. Applications/Marché : Le non agrément de ces réactifs en eau potable dans certains pays et l agrément récent en France (2004). La compétition avec les polymères naturels Le monopôle du fournisseur SNF Floerger en France Le coût par rapport aux coagulants minéraux pour certaines applications Le coût des polymères lié au prix du pétrole 13

3 Mise en œuvre des polymères cationiques sur sites Les trois sites industriels de production d eau potable du groupe, choisis pour mener à bien l évaluation des performances des polymères cationiques sur la période 2004/2005 sont les suivants : Usine de Maromme De capacité 1000 m 3 /h, cette usine traite des eaux souterraines par coagulation (sels de fer) sur filtres bi-couches suivi d un affinage par ozone + CAG. Cette usine a des problèmes ponctuels de gestion des cycles de filtration, trop courts, spécialement en périodes occasionnelles où la ressource est de qualité dégradée (pointes de turbidité > 10 NFU). Les essais sur site, mené en 2004, avaient pour objectifs de tester l intérêt des polymères cationiques dans le renforcement de la fiabilité de la filtration sur ce site. Ce site a été choisi comme référence d essais à échelle industrielle, à la suite et en cohérence avec les conclusions des essais menés en laboratoire et sur pilote en 2001. Usine de Gamarde La station de traitement d eau potable de Gamarde à St Médart en Jalles (33) traite une eau brute de nappe pour un débit maximum de 600 m 3 /h. La turbidité de l eau brute est en moyenne proche de 1 NFU, c est pourquoi la station possède un traitement de coagulation sur filtre efficace la plupart du temps. Cependant lors de fortes pluviométries des valeurs supérieures à 10 NFU peuvent être enregistrées au niveau de la ressource entraînant une augmentation de la turbidité de l eau traitée pouvant atteindre 1.8 NFU. Il a ainsi été proposé la modernisation de l usine, avec la mise en place d une coagulation sur filtre Charbon Actif en Grain (CAG), en aval de la coagulation sur filtre à sable existante. Les points critiques sur ce site, sont ainsi la maîtrise du risque biologique, la réduction de la matière organique et le traitement des pesticides. L objet de l étude menée en 2005 était de tester, au niveau laboratoire et pilote, différentes combinaisons de traitement de coagulation : WAC HB, employé sur site, sulfate d aluminium et plusieurs types de polymères organiques. Usine de Morsang L unité de traitement de Morsang-sur-Seine, créée en 1970, possède aujourd hui une capacité nominale de 225000 m 3 /j. L installation fonctionne 24h/24. En produisant 450000 m 3 /j, elle permet d alimenter en eau près d un million d habitants. L installation est divisée en 3 tranches fonctionnant en parallèle. Communément aux trois tranches, on trouve le dégrillage, le macro-tamisage sur des tamis de 1,5mm, une pré-oxydation éventuelle, l injection successive d acide, de coagulant, de CAP et de floculant Puis les trois tranches se décrivent comme suit (tableau 1). Un des enjeux majeurs sur cette filière est l optimisation technique et économique de l élimination avancée des matières organiques dissoutes, spécialement en hiver, quand la ressource est de qualité dégradée. L objectif de l étude menée en 2005 était ainsi de comparer les performances du sulfate d aluminium seul (appliqué sur les Tranches 1 et 3) avec celles d une combinaison sulfate d aluminium/ polymère cationique mise en œuvre sur la Tranche 2 de l usine. 14

Avec ces 3 études de cas, résumées dans le Tableau 2, il a ainsi été possible de comparer les performances et limites d un traitement à base de polymère cationique à celles du traitement conventionnel en place, pour différentes configurations de qualité d eau, de filières de traitement et d objectifs visés. Tableau 1 : Caractéristiques des trois tranches de la station de Morsang Tranche T1 Tranche T2 Tranche T3 Débit moyen (m3/h) = 1500 1500 2000 Décantation sur Pulsator Filtration sur CAG Aquazur Ozonation Désinfection neutralisation éventuelle Décantation sur Superpulsator Filtration sur filtres à sable Ozonation Filtration sur CAG Désinfection Neutralisation éventuelle Décantation sur-densadeg Filtration sur filtres à sable Ozonation Filtre à CAG Filtration sur CAG Désinfection Neutralisation éventuelle Tableau 2 : Sites étudiés avec principales caractéristique (qualité d eau et traitement) Site Maromme Gamarde Morsang Type eau Valeur moyennes Turbidité/MO (NTU/DO.m -1 ) Eau souterraine Eau souterraine (<5/<5) Eau de surface (Seine diluée) (10/5) Eau de surface chargée (Seine) (>10/>5) Traitement Réactif de référence - Coagulation sur filtres bicouches - Sel de Fer - Coagulation sur filtres sable - sels d aluminium (WAC) - Clarification (avec décanteur) - Sulf.Al - Clarification (avec décanteur) - Sulf.Al Type d essais menés Période de tests - Laboratoire et pilote : 2001 - Laboratoire et essais site : 2004 - Laboratoire et pilote : 2005 - Laboratoire et essais sites : 2005 - Laboratoire : 2005 - Essais site prévus en 2006 Traitement testé Polymère cationique+fecl 3 Polymère cationique + Sulf Al Mélange SNF (SelAl/Polymère) Polymère cationique + Sulf Al Polymère cationique + Sulf Al 15

4 Résultats des essais menés en 2004 sur le site de Maromme 4.1 REACTIFS TESTES Les réactifs testés au niveau laboratoire et sur site sont portés dans le Tableau 3. Des polymères de type PolyDADMAC et EpiDMA de haute masse moléculaire ont été choisis, recommandés pour des application en coagulation sur filtres. Tableau 3 : Caractéristiques des coagulants organiques employés lors des essais sur le site de Maromme Gamme Séries SNF Référence produit PolyDADMAC (Polymère A) Epi-DMA (Polymère B) Floquat FL 4000 PWG Floquat FL 3000 PWG % Matière active FL 4820 PWG 20 FL 3150 PWG 50 4.2 OBJECTIF L étude menée en 2004 a traité les aspects suivants : Essais en laboratoire pour déterminer les doses optimales de réactifs coagulants Détermination/confirmation sur site des doses optimales de réactifs déterminées en laboratoire (pour une élimination optimale de la turbidité et de la MO) Bilan qualité des eaux traitées et des rejets Détermination des conditions d exploitation des filtres (durée de cycles, pertes en eau, etc.), particulières à l usage de polymères. Avantages et limites. 4.3 METHODOLOGIE Avant les essais mené en 2004 sur l ensemble de l usine, il avait été envisagé de doser le polymère cationique sur un filtre seul. Cette comparaison entre un filtre avec dosage FeCl 3 seul et un autre avec dosage combiné FeCl 3 + polymères n a pas été techniquement possible. La comparaison n a donc pas été faite conjointement mais à deux périodes différentes sur l ensemble des filtres, avec et sans ajour de polymère cationique. Les deux polymères testés sur site sont ceux évalués à échelle laboratoire et pilote en 2001 : PolyDADMAC et EpiDMA. Le poste de préparation d alginate de l usine à été utilisé pour la préparation et l injection des polymères. Une dilution avec de l eau de service a été nécessaire pour ne pas modifier les consignes de taux de traitement utilisé avec l alginate et pilotées par Topkapi. 16

4.4 PRESENTATION DE L USINE La filière de traitement (voir Figure 5) est la suivante : Pré-chloration : Seulement lorsque l ozonation est à l arrêt avec taux de traitement de l ordre de 1,0 g/m 3. Coagulation au FeCl 3 : Le chlorure ferrique est injecté en amont des filtres bicouches à l aide d une boucle d injection. Le réactif est aspiré par un venturi. Le taux de traitement est dépendant de la turbidité de l eau brute (voir tableau 4). Le taux maximum est de 13 g/m 3 de FeCl 3 pur (31 g de solution commerciale/m 3 ) et le taux moyen de l ordre de 3 g/m 3 de FeCl 3 pur (7,3 g de solution commerciale/m 3 ).Une injection d alginate est réalisée quand la turbidité de l eau brute est supérieure à 10 NFU. Tableau 4 : Dose des réactifs en fonction de la qualité de l eau brute Turbidité eau brute (NFU) 2 3 5 10 15 20 Taux de FeCl 3 pur (g/m 3 ) 0 3 3 8 10 12 Taux d alginate pur (g/m 3 ) 0 0 0 0 0,2 0,2 L eau coagulée est ensuite filtrée sur des filtres bicouches (4 filtres). Les caractéristiques sont les suivantes : Filtration : Surface filtrante unitaire : 32,8 m 2 Vitesse de filtration : 7,6 m/h lorsque tous les filtres sont en fonctionnement et 10,1 m/h lors du lavage de l un d entre eux Couche inférieure composée de sable, hauteur = 0,5 m, taille effective = 0,7 mm Couche supérieure composée de pierre ponce, hauteur = 0,5 m, taille effective = 1,4 mm Mode de régulation : maintien d un niveau constant au dessus du filtre. Déclenchement des lavages : Les lavages sont déclenchés au temps de filtration (48 h) ou à la perte de charge (seuil d alarme 80 cm). Mode de lavage : contre-courant d air seul (55 m/h) suivi d un contre-courant d eau seule (50-55 m/h) avec balayage de surface. Durant l été 2004 l ensemble des filtres a été rénové : changement des matériaux :filtrants sable et pierre ponce, et remplacement des conduites de lavage des filtres par d autres en inox. Ozonation : L eau filtrée est ozonée avec un temps de contact de 15 minutes au débit nominal de 1 000 m 3 /h dans deux chambres en parallèle Filtration sur charbon actif en grains : L eau ozonée est filtrée sur deux filtres CAG. Le charbon utilisé est du PK 1-3 commercialisé par la société NORIT. Le charbon a été remplacé en mars 1999.Les caractéristiques des filtres sont les suivantes : Surface filtrante unitaire : 44,8 m 2 Hauteur de couche du CAG : 2,8 m 17

Vitesse de filtration : 11,2 m/h Division de chaque filtre en 6 cellules de 7,4 m 2 Charge volumique : 4 V/V/h Mode de lavage : contre-courant air seul (55 m/h) et contre-courant d eau seule (25 m/h) Chloration finale : En sortie des filtres CAG, une chloration est assurée avec un taux de traitement de 0,5 g/m 3. Stockage d eau traitée : L eau traitée est ensuite stockée dans deux réservoirs de 2 500 m 3 qui sont cloisonnés. Le mélange des deux réservoirs alimente selon les besoins les deux usines de refoulement «haute pression» (550 m 3 /h qui dessert Mont St Aignan et Canteleu) et «basse pression» (350 m 3 /h qui dessert Maromme et Deville les Rouen). La filière de traitement est dimensionnée pour un débit de 1 000 m 3 /h. La production usuelle est plutôt de 900 m 3 /h. La marche et l arrêt de l usine sont asservis aux niveaux bas et haut des deux réservoirs d eau traitées. L usine fonctionne essentiellement la nuit (10 à 12 H /j). Ressources : Les eaux à traiter proviennent : de sources dont le débit total est de l ordre de 400 m 3 /h, de forages dont les débits sont les suivants : F1 = 220 m 3 /h F2 = 350 m 3 /h F3 = 180 m 3 /h Après un arrêt d usine, lors de la remise en route le débit d eau brute suit une progression de 3 paliers. Palier 1 : 5 min Palier 2 : 5 min Palier 3 : 5 min 200 m3/h 350 m3/h 700 m3/h Le mélange des deux eaux brute donne une eau de bonne qualité (2 5 NFU). Lors des périodes pluvieuses, la turbidité peut dépasser 10 NFU, liée à une charge importante en limons, avec peu d impact sur la charge organique. 18

Sources FeCl3 Ozonation Filtration sur CAG Polymère Coagulation sur filtres Bicouches (80m 2 ) Distribution Chloration Forages Figure 5 : Schéma de l usine de Maromme 4.5 SUIVI DU PROCESS ET DE LA QUALITE L emplacement des analyseur en ligne de l usine, ceux mis en place par le CIRSEE, et les différents points de prélèvement pour analyse d eau sont portés sur la Figure 6. Les paramètres d évaluation des performances de la filtration sont les suivants : Qualité des eaux filtrées : suivi de la turbidité, de la teneur en micro-organismes et matières organique. Durée d un cycle de filtration : permettant de calculer la production du filtre (UFRV en m 3 /m 2 = durée du cycle (h) x vitesse de filtration (m/h)), la capacité de rétention (en kg/m 3 = (UFRV x MES (mg/l)) / (1000 x hauteur du milieu filtrant (m)). Perte de charge en fonction du temps permettant de suivre l'évolution du front de filtration et de déterminer le type d'encrassement qui s'opère dans la masse filtrante. La vitesse moyenne de montée en perte de charge (en cm/h) est égale à la différence entre la perte de charge en fin de la phase de maturation et en fin de cycle, divisée par la durée du cycle de filtration. Les consignes de traitements appliqués sur site sont ceux établis lors d essais laboratoire préliminaires et résumés dans le Tableau 5. Le polymère A est le PolyDADMAC (20% de matière active), et le Polymère B est l EpiDMA (50% de matière active) (voir Tableau 2). 19

Coagulation sur filtres Bicouches (80m 2 ) Sources N 1 Eau filtrée: FeCl3 Mesures usine N 2 Turbidité Ozonation Filtre CAG: Eau ozonée: Mesures CIRSEE NDMA Turbidité: 0-2 NTU Filtration sur CAG Polymère N 3 N 4 Filtre 4: Bactério, COT, UV Eau brute: Bactério, Rejet lavage Filtre 4: COT, UV MES, ph, Fe, P, NTK, DBO5, DCO, Eau brute: Profil Turbidité et MES Mesures usine Turbidité, Filtre 4: débits, Mesures CIRSEE Taux Traitement Turbidité: 0-2 NTU Particules >2µm Réseau: Mesures usine NDMA Perte de charge Forages Distribution Eau traitée avant chloration: Demande en chlore Eau refoulée: COT, UV NDMA Chloration Points de prélèvement: Filière Points de prélèvement: Eaux de lavage du filtre test 4 Analyseurs en ligne: Usine ou CIRSEE Figure 6 : Schéma de l usine de Maromme avec points de prélèvements et analyseurs Tableau 5 : Taux de réactifs FeCl3/Polymère appliqués sur l usine de Maromme 20

4.6 PLANNING REALISE Le planning des essais réalisés sur site est porté dans le Tableau 6. Tableau 6 : Planning des essais sur le site de Maromme Année Semaine Date Filtre test Turbidité EB Moyenne - Maxi FeCl 3 Réactifs Polymère A PolyDADMAC 20% (dilué à 2%) Polymère B EpiDMA 50% (dilué à 0.8%) (NFU) (g/m 3 ) (g/m 3 ) (g/m 3 ) 2004 sem 27-28 01 au 15 Juil F4 ancien matériau 1,5-5 3 0 0 2004 sem 28-41 15 Juil au 5 Oct F4 Hors Service 1-2 0 0 0 2004 sem 41-44 5 Oct au 28 Oct F4 nouveau matériau 1-2 0 0 0 2004 sem 44 à 46 28 Oct au 15 Nov F4 nouveau matériau 1,5-5 3 0 0 2004 sem 47 15 Nov au 22 Nov F4 nouveau matériau 1,5-6 2 0,5 0 2004 sem 48 22 au 29 Nov F4 nouveau matériau 1,5-8 2 0 0,2 2004 sem 49 à 51 29 Nov au 20 Dec F4 nouveau matériau 1,5-5 2 0 0,2 2004 sem 52 20 au 30 Dec F4 nouveau matériau 10 - >25 2 à 10 0 0,2 2004 / 2005 sem 53 à 6 30 Dec au 14 Fev F4 nouveau matériau 2-12 3 0 0 2005 sem 7 14 au 21 Fev F4 nouveau matériau 1-12 2 0,5 0 2005 sem 8 21 au 28 Fev F4 nouveau matériau 1,5-15 2 0 0 2005 sem 9 28 Fev au 9 Mars F4 nouveau matériau 1-12 2 0 0 Remarques : Jusqu au 15 Juillet, le filtre test N 4 était équipé de l ancien matériaux Les valeurs maximales de turbidités correspondent aux pics de turbidité lors des remise en route de l usine. La période de qualité dégradée se situant pendant les périodes de fêtes de fin d année (décembre 2004) et étant de courte durée, il n a pas été possible de tester les deux polymères dans les mêmes conditions. Le coagulant minéral a été augmenté pour traiter cette pointe de turbidité sans pour autant maintenir le rapport avec le polymère comme il était recommandé. 4.7 RESULTATS SUIVI HYDRAULIQUE La combinaison du temps de cycle avec la perte de charge permet de comparer les performances de filtration pour les conditions de traitement avec et sans polymère. Ces résultats sont portés dans les Tableaux 7 et 8 pour les bilan de performances de filtration sans polymère et avec respectivement. Un exemple de suivi de cycles de filtration (suivi du filtre test) est donné figures 7 et 8 pour une production sans ajout de polymère. Les références considérées sont soit une perte de charge de 80cm soit un temps de production de 24h. Les paramètres portés dans les Tableaux 7 et 8 sont les suivants : Temps de filtration (h) nécessaire pour atteindre la consigne de perte de charge Volume passé (m3/m2) avant d atteindre la consigne de perte de charge Colmatage (cm/24h de production) 21

4.7.1 Résultats sans polymère Tableau 7 : Bilan des performances de filtration pour une production avec FeCl3 seul, sans ajout de Polymère. Suivi sur période 2004(semaines 27-53) et début 2005 (semaines 2-9) Semaine 27 51 52 52 53 2 3 4 FeCl3 3 3 3 3 3 3 3 3 A B 0 0 0 0 0 0 0 0 Tfiltration DeltaP= 80cm 20 49 18 23 35 45 43 42 Colmatage (cm/24h production) 50 23 85 58 35 27 29 31 Vol passé (m3/m²) à DeltaP=80cm 225 551 203 259 394 506 484 473 Turbidité Eau Brute (NTU) <1 <2 5 - >25 5 2 <2 <2 2-5 Semaine 5 6 9 FeCl3 3 3 3 A B 0 0 0 Tfiltration DeltaP= 80cm 31 39 37 Colmatage (cm/24h production) 38 36 30 Vol passé (m3/m²) à DeltaP=80cm 349 439 416 Turbidité Eau Brute (NTU) <2 <2 <2 Figure 7 : Exemple de suivi de cycle de filtration pour une production sans polymère 50 Temps de filtration (Heures) 40 30 20 10 0 5/7/04 6/7/04 7/7/04 8/7/04 9/7/04 10/7/04 11/7/04 12/7/04 Figure 8 : Exemple de suivi de cycle de filtration pour une production sans polymère 22

4.7.2 Résultats avec polymère Tableau 8 : Bilan des performances de filtration pour une production avec FeCl3 et ajout de Polymère. Suivi sur période 2004 (semaines 47/53) et début 2005 (semaine 7/8) Semaine 8 48 48 49 50 47 7 53 FeCl3 2 2 2 2 2 2 2 6 A 0,5 0,5 B 0 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Tfiltration DeltaP= 80cm 47 47 57 57 49 50 32 21 Colmatage (cm/24h production) 28 24 35 19 21 33 37 75 Vol passé (m3/m²) à DeltaP=80cm 529 529 641 641 551 563 360 236 Turbidité Eau Brute (NTU) <2 <1 <1 <1 <1 <1 1-8 5 4.7.3 Comparaison des performances de filtration avec ou sans polymère La synthèse des données de filtration est portée sur la Figure 9 avec en abscisse le temps de filtration entre deux lavages (déclenchés pour une perte de charge de 80 cm) et en ordonnée la vitesse de colmatage du filtre exprimée en cm/jour de production. Ce graphique met en évidence, pour le traitement des ressources de bonne qualité (< 5 NFU) l intérêt de la combinaison FeCl 3 +polymère A ou B par rapport au traitement par FeCl3 seul dans la maîtrise du colmatage. Les cycles de filtration avec polymère sont allongés ; les durées de cycles sont entre 1,2 et 2 fois celui des cycles sans polymère pour atteindre la même perte de charge finale. Le colmatage du filtre, pour le traitement avec polymère est homogène sur la hauteur du media (pas de colmatage particulier en surface). Les conditions de lavage standards appliquées sur le site sont efficaces pour laver le filtre ayant traitée une eau avec polymère (bonne récupération de la perte de charge initiale après lavage). Cet intérêt des polymères, mis en évidence sur la ressource de bonne qualité, n a pu être testé avec des eaux plus chargée (> 5 NFU) sur une durée suffisante pour être confirmé. L exemple de suivi de courte durée des cycles de filtration en période de ressource de qualité dégradée est illustré Figure 10 et 11. Colmatage (cm / j prod) 90 >25-5NFU 80 5 NFU 70 60 5 NFU < 5 NFU 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 T filtration pour atteindre DeltaP=80cm (Heure) FeCl3 2 ppm FeCl3 2ppm + 0.5 ppm Polymère A FeCl3 2ppm + 0.2 ppm Polymères B FeCl3 3 ppm (ancien matériaux) FeCl3 3ppm FeCl3 6 ppm + 0.2 ppm Polym B Figure 9 : Synthèse des performances de filtration du filtre 4 avec FeCl3 ou combinaison FeCl3 + Polymère 23