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Article technique
28. juin 2018

Traitement des micropolluants

Amélioration du traitement sur l’installation de production d’eau potable de Saint-Sulpice

Dans le cadre de la réhabilitation de l’usine de potabilisation de Saint-Sulpice, le Service de l’eau de la ville de Lausanne a conduit des essais pilotes afin de choisir la filière de traitement la plus adaptée. Bien que la filière de traitement simple de l’usine actuelle permette de produire une eau potable de qualité satisfaisante, elle n’est pas capable de faire face aux nouveaux défis comme les micropolluants. Les essais pilotes se sont donc axés sur des technologies permettant d’améliorer les taux d’abattement des microorganismes, des matières en suspension et des micropolluants.
Christophe Mechouk, Alexandra Hauret, Laura Piccinini, Fereidoun Khajehnouri, Brigitte Schmidt, 

INTRODUCTION

Usine actuelle

Mise en service en 1971, l’usine de potabilisation des eaux de Saint-Sulpice se caractérise par une filière de traitement simple consistant en la chloration d’une eau filtrée sur sable (fig. 1). La prise d’eau sous-lacustre se situe sur le delta de la Venoge, à environ 1000 m de la rive et 50 m de profondeur. L’emplacement de la crépine avait été défini de façon à être situé latéralement à l’écoulement de la Venoge afin de ne pas en subir l’influence. La prise d’eau brute offre une qualité d’eau relativement stable mais pouvant néanmoins être influencée par des masses d’eau provenant de la Venoge (à l’ouest) ou de la STEP de Vidy (à l’est). Des pics de turbidité et de matière organique peuvent alors être observés.
Les puits d’eau brute de l’usine sont alimentés par vases communicants, depuis une prise d’eau sous-lacustre. L’eau est ensuite pompée et envoyée dans le bâtiment des filtres pour filtration. La filtration est opérée sur 14 filtres à sable monocouches à hauteur variable pour lesquels un sable de quartz de 0,5 à 1 mm de granulométrie a été sélectionné. La surface filtrante totale offerte par ces filtres s’élève à 800 m2. L’eau ainsi traitée alimente les réservoirs de Crissier, Haute-Pierre et Montétan, faisant de l’usine la principale source d’approvisionnement de l’ouest lausannois et un appoint indispensable pour le sud-ouest de Lausanne.
Les filtres de l’usine sont exploités en continu, un débit minimum étant maintenu durant les périodes de non consommation et l’eau produite en surplus (chlorée) s’écoulant dans le puits d’eau brute via les cuves d’eau traitée. Durant les essais pilote, les eaux filtrées en surplus ont été détournées, avant chloration, vers la Venoge via un by-pass.

Choisir une nouvelle filière de traitement

L’espérance de vie d’une station de traitement des eaux étant de 40 à 50 ans, la filière de Saint-Sulpice nécessite donc d’être réhabilitée. De plus, au regard de l’évolution continue de la réglementation et de l’émergence de la problématique des micropolluants, la filière de l’usine de Saint-Sulpice semble devenue obsolète.
Dans le cadre du Préavis N°2014/16 «Etudes pour une nouvelle usine de traitement et de pompage d’eau potable de Saint-Sulpice (à partir de l’eau du Léman)», des essais pilote se sont déroulés entre 2014 et 2016. Ces essais ont permis de tester et d’optimiser diverses variantes d’adsorption, d’oxydation et de filtration membranaire, puis de les assembler en chaîne de traitement dans différentes configurations. Les objectifs principaux des essais pilote étaient de déterminer pour chacune des technologies testées:
– les performances d’abattement de la matière organique, de la turbidité et des microorganismes;
– les taux d’élimination des micropolluants;
– la possibilité de produire une eau biologiquement stable dans la perspective de réduire, voire d’éliminer l’étape de chloration.

Nouveau défi: micropolluants

La présence effective des micropolluants est relativement ancienne, mais elle est surtout mesurable et reconnue comme telle depuis cette décennie. Ces connaissances récentes sont un nouveau défi pour les autorités. Constitués d’une grande variété de molécules d’origine essentiellement anthropique (phytosanitaires, résidus médicamenteux, produits d’entretien et industriels), les micropolluants sont présents en quantités très faibles (de l’ordre du nanogramme par litre, à savoir du millionième de millionième de kilogramme par litre, soit 10–12 kg/l ou 10–9 g/l). Cependant, les méthodes de chimie analytique actuelles permettent de les mettre en évidence. Le risque généré par leur présence dans l’eau potable fait encore débat, mais certains d’entre eux ont un effet toxique connu à doses plus élevées. Par ailleurs, la combinaison de ces substances semble pouvoir renforcer leur effet (effet cocktail) et il est souvent fait appel au principe de précaution.
Parmi plus d’une centaine d’éléments analysés, une trentaine de micropolluants sont détectés sur l’eau brute du lac Léman dont une vingtaine de substances sont régulièrement mesurées (fig. 2). Certains composés sont systématiquement mesurés, comme la metformine, le benzotriazole et l’atrazine, malgré son interdiction depuis 2009 en Suisse. Ces micropolluants sont pour la plupart d’entre eux retrouvés en très faible concentration dans l’eau. Les valeurs avoisinent la limite de quantification (quelques nanogrammes par litre) et sont systématiquement inférieures aux limites légales fixées par l’OPBD (Ordonnance sur l’eau potable et l’eau des installations de baignade et de douche accessibles au public). Seule la metformine est retrouvée en concentration plus importante (400–500 ng/l). Cette substance est un antidiabétique, dont la molécule, peu active, est largement utilisée dans le cadre de surcharges pondérales. Malgré cela, les valeurs mesurées restent nettement inférieures aux valeurs tolérées par le concept TTC (Threshold of Toxicological Concern, seuil de préoccupation toxicologique simplifié; 10 µg/l, soit 10'000 ng/l).

LE PILOTE CARBOPLUS®

Présentation du pilote et phases de pilotage

L’installation est constituée d’une colonne de 3,5 m en plastique transparent. L’unité pilote filtre l’eau par flux ascendant mettant en contact l’eau à traiter avec le charbon actif, et permet le traitement de 1 m3/h (fig. 3).
Les essais ont été menés pendant près de deux ans et demi (septembre 2014 à mars 2017). L’exploitation sur le long terme garantit la pérennité des performances (l’intégralité du média a été remplacée après 2 ans d’exploitation).
Le charbon actif mis en œuvre dans le réacteur est un charbon actif sous forme de micrograin (0,4 mm; CAµG), d’une granulométrie intermédiaire aux charbons en poudre et en grain. Le charbon Carbsorb 28 FB (base coco) de Chemviron a été utilisé au cours des essais.
L’exploitation s’est déroulée en 6 phases principales où les paramètres d’exploitation ont évolué (temps de contact, taux de traitement, âge moyen du média, fréquences et conditions de lavages). L’objectif était de déterminer les paramètres les plus favorables à l’élimination de la matière organique et des micropolluants.

Résultats

Le procédé CarboPlus® offre une stabilité des performances en raison du renouvellement en continu du média contenu dans le réacteur à charbon et une modularité du taux de traitement appliqué selon les variations de la ressource. L’élimination de la matière organique et des micropolluants repose sur deux modes d’action: l’adsorption et le développement d’une biologie. En outre, le charbon actif étant expansé dans le réacteur, les matières en suspension (MES) et la turbidité sont peu retenues au sein de ce dernier. Elles seront, par ailleurs, éliminées en aval sur une unité de filtration. Ainsi, le colmatage de l’ouvrage est limité.

Matière organique

Les performances suivantes ont été obtenues sur la matière organique au cours de l’exploitation (tab. 1):
– Absorbance UV à 254 nm: 12–15% de rendement d’élimination en moyenne avec 4 ppm de CAµG (contre 15–20% avec 20 ppm CAµG);
– COT (carbone organique total): 7% d’abattement en moyenne avec 4 ppm CAµG (contre 10% avec 20 ppm CAµG).

Micropolluants

Le CarboPlus® permet d’éliminer la majorité des micropolluants (fig. 4): environ 35–40% d’élimination de la totalité des micropolluants, 85% si l’on exclut la metformine pour laquelle un rendement de 25% est obtenu. La gabapentine est, pour sa part, éliminée à 40–60% (tab. 2). Ces deux dernières molécules sont des substances médicamenteuses peu adsorbables et les rendements d’élimination obtenus à 20 ppm ne sont que faiblement améliorés. Les molécules de type benzotriazole sont complètement éliminées (98–100%; tab. 2). Restent ensuite quelques rares substances mesurées ponctuellement à proximité de la limite de quantification.

Recommandations

Suite à ces essais, il est préconisé:
– un taux de traitement de 3–4 ppm avec un temps de contact de 8 minutes;
– une étape de prétraitement (filtration 130 µm) en amont du CarboPlus® afin de protéger le réacteur des MES et ainsi limiter les lavages (et donc les pertes en eau);
– la réalisation d’un lavage hebdomadaire (air plus eau), voire bimensuel afin de ne pas perturber l’adsorption;
– le placement du procédé ultrafiltration (UF) en aval du réacteur à charbon afin de garantir une étape de désinfection et de rétention des MES.

LE PILOTE COLONNES CAG

Présentation du pilote et phases de pilotage

L’installation pilote est constituée de 5 colonnes en PVC transparent de 3,3 m de hauteur et de 0,2 m de diamètre permettant d’exploiter en parallèle différents charbons actifs, d’âges différents avec des paramètres d’opération distincts et de les comparer (fig. 5). Les charbons suivants ont été testés (fig. 6):
Chemviron F300, charbon à base de houille bitumineuse: un charbon actif granulaire (CAG) neuf (colonne C2) et un CAG usagé provenant de la Station des Tuileries à Genève (mis en service en 2004 et régénéré à deux reprises; C1);
Norit Row 0.8, charbon extrudé: un CAG neuf (C5);
Chemviron Aquacarb 207C, charbon à base coco: un CAG neuf (C3) et un CAG usagé provenant de la Station du Prieuré à Genève (mis en service en 2010 et régénéré une fois; C4).

Les essais se sont déroulés de juin 2015 jusqu’à mars 2017 sur 6 phases principales d’exploitation. Les paramètres d’exploitation ont varié au cours des 4 premières phases d’exploitation (temps de contact, vitesse de filtration, hauteurs de charbon). Lors des dernières phases d’exploitation, les paramètres ont été stabilisés en fonction des performances de traitement souhaitées. De plus, certains charbons, pour lesquels les performances n’ont pas été jugées optimales, ont été changés. Le but était de suivre les performances des différents charbons sur l’élimination de la matière organique et des micropolluants afin de déterminer les paramètres optimaux.

Résultats

Le filtre CAG permet l’élimination de la matière organique et des micropolluants. Cette rétention repose sur deux modes d’action: le développement d’une biologie et l’adsorption, notamment pour un jeune charbon actif. Ainsi, les performances des CAG neufs sont très bonnes, mais un déclin rapide de ces dernières est constaté du fait de la diminution des capacités d’adsorption.

Matière organique

Les performances suivantes ont été obtenues après une vingtaine de mois d’opération sur la matière organique au cours de l’exploitation (tab. 3):
– Absorbance UV à 254 nm: 30–35% de rendement d’élimination en moyenne;
– COT: 10–15% d’abattement en moyenne.

Dès 6 mois de filtration, il semble que tous les charbons fournissent des rendements équivalents quant à l’élimination du COT, de l’absorbance UV et de la turbidité pour des paramètres d’exploitation équivalents et quelle que soit la matière première des CAG (coco, houille, etc.).

Micropolluants

Les colonnes de CAG permettent d’éliminer la majorité des micropolluants: 35–40% d’élimination de la totalité des micropolluants, 85–90% si l’on exclut la metformine pour laquelle un rendement moyen de 20% est obtenu. La gabapentine est, pour sa part, éliminée à 40–60%. Les molécules de type benzotriazole sont complètement éliminées (96–100%) (fig. 7). Restent ensuite quelques rares substances mesurées ponctuellement à proximité de la limite de quantification.
Les CAG neufs se distinguent et en particulier le CAG Norit Row 0.8 (C5), ainsi que l’Aquacarb 207C de Chemviron (C3). Les compétences de ces deux charbons sont plutôt équivalentes pour les mêmes âges. Pour les CAG usagés, le CAG base coco semble fournir des rendements semblables au CAG base houille. L’emploi du charbon actif base coco permet d’atteindre de meilleures performances en début d’exploitation, mais ces dernières rejoignent rapidement les valeurs procurées par la base houille. L’utilisation d’un charbon actif base coco est recommandée, en théorie, pour l’élimination des micropolluants. Ce type de charbon ciblant l’élimination des petites molécules, les micropolluants sont favorisés par rapport à la matière organique.
Il semble que les phénomènes d’adsorption sont encore actifs, même si largement réduits, après un an, voire un an et demi de filtration, au regard de la metformine en particulier.

Recommandations

Suite à ces essais, il est préconisé:
– une vitesse de filtration de 6 m/h avec un temps de contact de 15 minutes;
– une étape de traitement par une préfiltration 130 µm en amont des filtres CAG afin de protéger le réacteur des MES et ainsi limiter les lavages (et donc les pertes en eau);
– la réalisation d’un lavage hebdomadaire, voire bimensuel afin de ne pas perturber l’adsorption;
– le positionnement de l’UF en aval du réacteur à charbon afin de garantir une étape de désinfection et affinage de l’abattement des MES;
– le renouvellement du média tous les 2 à 3 ans afin de garantir l’élimination des micropolluants par adsorption (et biologie).

LE PILOTE OXYDATION/OXYDATION AVANCéE

Présentation du pilote et phases de pilotage

Le pilote UCO (Ultrafiltration-Charbon-Ozone) représente une filière multi-barrière composée de trois étapes principales: ultrafiltration, ozonation ou oxydation avancée (AOP) et filtration sur CAG (fig. 8). Deux configurations peuvent être testées: ultrafiltration en amont ou en aval de la filière. Lorsque l’ultrafiltration se trouve en amont, une lampe UV est mise en place pour assurer la désinfection. L’étape d’ozonation/AOP est effectuée à l’intérieur d’une cuve de contact. Le mélange entre l’ozone gazeux et le flux d’eau à traiter est réalisé grâce à deux mélangeurs statiques. Un point d’injection du peroxyde d’hydrogène en entrée de la cuve de contact permet d’effectuer l’AOP.
Le but des essais était de tester l’efficacité d’un procédé d’oxydation par l’ozone (O3), avec et sans l’ajout de peroxyde d’hydrogène (H2O2), vis-à-vis de l’abattement des micropolluants et de déterminer les performances de l’ensemble de la filière dans la perspective d’un dimensionnement de la future usine.
Les essais ont débuté le 15 août 2016 et trois phases principales peuvent être identifiées:
– Une première phase allant d’août à mi-octobre 2016 avec l’ultrafiltration en aval (Phase UF aval);
– Une deuxième phase allant de mi-octobre à mi-décembre 2016 avec l’ultrafiltration en amont et la désinfection par UV (Phase UF amont);
– Une troisième phase allant de début janvier jusqu’à mars 2017, ayant pour but de tester les conditions optimales d’exploitation identifiées lors des deux premières phases.

Résultats
Comparaison des configurations

La figure 9 montre le suivi du résiduel d’ozone à différents temps de contact. Pour une même dose d’ozone, il n’y a pas de différence significative entre les deux configurations. Le dernier résiduel d’ozone (sortie de cuve) en configuration UF aval est mesuré au bout de 44 minutes, alors qu’en configuration UF amont le suivi s’arrête après 22 minutes (en phase UF amont, le volume de la cuve de contact a été divisé par deux).
Concernant l’abattement de la matière organique et des micropolluants, aucune différence significative n’a été remarquée parmi les deux configurations. Par la suite, seulement les résultats de la configuration UF amont (deuxième et troisième phases d’essais) seront présentés (fig. 10), car pendant la phase UF aval l’ozonation n’était pas effectuée en continu.

Matière organique

L’étape d’ultrafiltration a peu d’impact sur la matière organique, à savoir: 2% d’élimination pour l’absorbance UV et 7% pour le COT. L’étape d’AOP permet d’abattre 25% de l’absorbance UV supplémentaire. L’AOP ne conduit qu’à une oxydation partielle de la matière organique, l’abattement du COT n’est donc pas impacté (l’incertitude analytique est de +/– 20%). Le charbon actif a pour rôle de retenir la matière organique et les micropolluants fractionnés par l’oxydation. Ainsi, sur l’eau en entrée des colonnes de charbon, 20% du COT et 34% de l’absorbance UV sont abattus par adsorption et dégradation biologique. Pour 1 ppm d’ozone et un ratio [O3]/[H2O2] de 0,5, l’élimination totale de la filière est de 31% pour le COT et 57% pour l’absorbance UV (fig. 10).

Micropolluants et bromates

Lorsque la mise en place d’un procédé d’ozonation/AOP est considérée, il est important d’effectuer des analyses de bromates. En effet, si des ions bromures (Br) sont présents dans l’eau à traiter, l’ozone réagit avec eux pour créer des bromates (BrO3) qui sont considérés comme cancérigènes et sont réglementés par l’OPBD (10 µg/l).
Quatre micropolluants ont été suivis en permanence lors des essais: 1H-benzotriazole, carbamazépine, gabapentine et metformine. La figure 11 présente une comparaison entre les taux d’abattement de la metformine et la formation des bromates pour plusieurs doses d’ozone et avec différents ratios [O3]/[H2O2]. En ozonation seule, la limite réglementaire pour les bromates est largement dépassée avec 13,9 et 15 µg/l pour 1 ppm d’ozone. De plus, l’abattement de la metformine est inférieur à celui obtenu en AOP et il ne dépasse pas 25%. En AOP, les concentrations en bromate sont inférieures à 10 µg/l. Toutefois, pour un ratio [O3]/[H2O2] de 2/1 avec une dose d’ozone de 1 ppm, ainsi que pour un ratio de 1/4 avec 2 ppm d’ozone, les concentrations en bromate sont proches de la limite. Il est donc plus prudent de choisir une dose de 1 ppm avec un excès de peroxyde d’hydrogène. Pour la dose de 1 ppm, il semble ne pas y avoir de différences significatives entre les ratios 1/2 et 1/4. Il est donc préférable de choisir un ratio de 1/2 afin de limiter la consommation en peroxyde d’hydrogène. La dose optimale semble être de 1 ppm d’ozone avec un ratio [O3]/[H2O2] de 1/2. Ce dosage conduit à l’abattement d’environ 55% de la metformine et à la formation d’environ 3 µg/l des bromates.
La figure 12 montre l’abattement de la metformine sur la totalité de la filière pour la dose et le ratio optimaux. L’abattement de la metformine est effectué pendant la phase d’AOP. En effet, comme prévu, l’étape d’ultrafiltration n’a aucun effet sur l’abattement de la metformine. Les 9% d’abattement moyen sont considérés comme faisant part de l’incertitude analytique de +/– 20%. De plus, l’écart type est trop élevé pour pouvoir considérer cet abattement comme significatif. Le charbon actif, placé après l’étape d’AOP, semble ne pas apporter de gain en termes d’abattement.
Pour les autres micropolluants suivis, le procédé AOP, avec 1 ppm d’ozone et un ratio [O3]/[H2O2] de 1/2, permet d’atteindre les taux d’abattement suivants: environ 95% pour le 1H-benzotriazole, entre 90 et 100% pour la gabapentine et 100% pour la carbamazépine.

Recommandations

Suite à ces essais, il est préconisé:
– l’ozonation seule n’est pas applicable en raison d’un risque de formation trop important de bromates. La présence d’un système d’AOP est donc indispensable si ce procédé est choisi;
– la dose optimale de traitement retenue après les essais est de 1 ppm d’ozone avec un ratio [O3]/[H2O2] de 1/2;
– malgré qu’aucune différence significative n’ait été observée entre la configuration UF aval et UF amont, il est préférable de positionner les membranes d’ultrafiltration en fin de filière de traitement. Ceci permet de moins solliciter les membranes et donc d’en augmenter la durée de vie et, en plus, de garantir la désinfection finale;
– la problématique des sous-produits d’oxydation doit être évaluée attentivement. D’après une étude réalisée par le professeur Bernard Legube, l’oxydation du 1H-benzotriazole pourrait produire des hydroxybenzotriazoles, de même pour la carbamazépine des hydroxycarbamazépines pourraient être générées. L’oxydation de la metformine pourrait donner lieu à la diméthylamine, qui, en présence de nitrates, est un précurseur connu de formation de NDMA considérée comme cancérigène. L’identification de ces sous-produits dans l’eau traitée par ozonation/AOP est, à présent, rendue difficile par les limites des capacités analytiques.

LE PILOTE NANOFILTRATION

Présentation du pilote et des phases de pilotage

La nanofiltration (NF) permet l’élimination physique des micropolluants. L’efficacité sur l’abattement des différentes substances réside dans le choix du seuil de coupure des membranes afin de pousser plus ou moins finement la filtration. La nanofiltration consiste en une étape d’affinage. Elle ne doit pas traiter les matières particulaires susceptibles d’endommager les membranes. Elle doit alors systématiquement être précédée d’un prétraitement adapté.
Le pilote de NF (fig. 13) a été exploité d’août 2015 à mars 2016 sur un ouvrage de 3 étages avec un rendement de 85%. La filtration a été opérée à un débit de 7,5 m3/h avec des membranes NF90 de 4 pouces de chez Dow (fig. 14). Le seuil de coupure théorique pour ces membranes est de 90 Daltons, soit 90 g/mol. Un flux de 20 l/m2/h a été appliqué tout au long des essais. L’objectif de l’essai était de déterminer les performances d’élimination de cette technologie face aux micro-
polluants.

Résultats
Bilan d’exploitation

Au cours de l’opération du pilote, une pression d’alimentation élevée a été observée: 11 bars en début d’exploitation pour atteindre 12 voire 13 bars, au lieu des 8 bars annoncés par le fournisseur. Un CEB (chemically enhanced backwash; basique et acide) a été effectué sur le 3e étage du pilote dans l’optique de réduire les valeurs de pression après 2 mois de filtration. Ce lavage a donné lieu à une vérification de l’état des modules du troisième étage. Il s’est avéré que le dernier module du 3e étage (celui soumis aux contraintes de pression les plus fortes) était endommagé et avait subi une délamination au cours des phases d’arrêt/démarrage.
Finalement, après investigation, la différence de pression annoncée par le fournisseur s’est avérée être causée par un espaceur (un espaceur est une maille permettant le passage de l’eau – brute en l’occurrence dans ce cas – entre deux feuillets membranaires) trop fin (0,028 pouces au lieu des 0,034 pouces simulés initialement) générant davantage de pertes de charge. Les modules 4 pouces ne sont pas standardisés comme les modules industriels de 8 pouces.

Matière organique

La nanofiltration permet d’atteindre des abattements élevés vis-à-vis des paramètres physico-chimiques: plus de 80% d’élimination de la matière organique, de la turbidité, du calcium, du magnésium, du sodium, des bicarbonates, des nitrates, des sulfates ou encore des chlorures. L’abattement important de ces derniers paramètres nécessite la mise en place d’une étape de reminéralisation en aval de NF afin de rétablir l’équilibre calco-carbonique de l’eau traitée.

Micropolluants

La nanofiltration a permis d’atteindre un abattement conséquent des micropolluants (moyenne avoisinant les 80% sur la totalité des substances suivies). Certaines substances n’ont pas été complètement éliminées:
– La metformine: passage sous la limite des 100 ng/l (malgré la norme à 10 000 ng/l) avec un rendement compris entre 70 à 90%;
– Les molécules de type benzotriazole: élimination de 35 à 60% selon la molécule;
– La gabapentine: élimination de près de 90% de la concentration d’alimentation.

Par ailleurs, la figure 15 montre les concentrations et occurences des différentes substances dans l’eau nanofiltrée.
Les essais ont également donné lieu à une comparaison de performances des membranes de NF et d’osmose inverse basse pression (OIBP) de différents fournisseurs (Dow et Hydranautics). Il ressort de cette étude que les membranes de NF et d’OIBP fournissent des performances similaires quel que soit le fournisseur. Néanmoins, une pression d’alimentation supplémentaire de 0,8 à 1 bar par étage est nécessaire pour une installation d’OIBP, soit quasiment 3 bars de plus pour une installation de filtration sur 3 étages.

Recommandations

Suite à ces essais, il est préconisé:
– l’emploi de membranes munies d’espaceurs 0,034 pouces afin de limiter les pertes de charges, la pression d’alimentation et donc les consommations énergétiques;
– l’utilisation de membranes de type NF90 (et non OIBP). La standardisation des dimensions des membranes offre une souplesse quant au choix du fournisseur et à son changement en cours d’exploitation;
– la mise en œuvre d’un ouvrage sur 2 étages (75% au lieu des 85% permis par 3 étages) afin de bénéficier d’un gain considérable sur la pression de gavage et donc sur les coûts d’exploitation (en considérant que le lac Léman est une ressource illimitée), mais également dans le but de limiter les contraintes de pression auxquelles les membranes sont soumises;
– l’application d’un flux de 20 à 25 l/m2/h, selon le prétraitement mis en place;
– la mise en place d’une étape de prétraitement plus poussée (microfiltration voire UF). Cette étape pourrait ainsi garantir la qualité de l’eau traitée en cas de non fonctionnement de la filière NF.

CONCLUSIONS

Les filières de traitement proposées permettent d’éliminer la majorité des micropolluants (tab. 4). La metformine, antidiabétique largement répandu, est la seule substance trouvée dans l’eau brute en quantité supérieure à 100 ng/l. Elle parait difficile à éliminer par biologie, adsorption, ou encore oxydation. Les rendements dégagés de ces techniques de traitement ne dépassent pas les 50–60%. La NF permet d’atteindre des rendements de 70 à 90% sur cette même substance. Ainsi, elle permet, elle seule, de passer sous la limite des 100 ng/l. Toutefois, cette rétention est effectuée au détriment de l’élimination des benzotriazoles (seulement 35 à 60% de rendement). Ces inhibiteurs de corrosion sont pourtant très bien éliminés par le charbon actif et oxydation (près de 100% d’abattement).
L’AOP, couplée avec une étape de filtration sur CAG, permet d’atteindre de bons rendements d’élimination des micropolluants (70%). L’oxydation des micropolluants par l’ozone engendre des sous-produits, aujourd’hui difficilement identifiables et quantifiables. En sus, le risque de formation des bromates est important et l’évolution de ce paramètre doit être attentivement suivie.
Les paramètres physico-chimiques sont éliminés correctement sur tous les procédés et permettent de respecter les normes en vigueur (tab. 4). La NF fournit des performances sur la matière organique plus poussées que les filières d’adsorption ou d’oxydation. Néanmoins, la filtration est tellement fine que l’eau traitée se retrouve appauvrie d’une grande partie de ses ions et minéraux. Ainsi, la filtration haute pression nécessite le positionnement en aval d’une étape de remise en équilibre.
Au vu des performances décrites ci-dessus, deux filières principales se distinguent dans le cadre du projet de réhabilitation de l’usine de Saint-Sulpice: la filière classique charbon actif plus UF avec une éventuelle étape d’AOP, et la filière de NF. Il semble que ces deux filières soient les plus performantes vis-à-vis de l’arrêt des micropolluants.
La NF permet d’atteindre de meilleurs abattements vis-à-vis des micropolluants et de la matière organique. Toutefois, elle comporte des coûts d’opération (énergie, réactifs, etc.) importants et nécessite la mise en place d’une étape de reminéralisation, ainsi que d’un prétraitement suffisant à la protection des membranes.
Au contraire, la filière charbon actif plus UF présente moins de contraintes du point de vue de l’exploitation et des coûts opérationnels plus contenus, cependant, sans étape d’AOP, les rendements d’élimination sont moindres comparés au procédé de NF.
Le choix final dépendra des critères de rendement fixés, ainsi que des coûts d’investissement et d’opération, tout en prenant en compte les contraintes d’exploitation. En particulier, il est important de choisir jusqu’à quel point l’élimination des micropolluants doit être poussée.
Nous pouvons relativiser la présence de ces substances micropolluantes à l’état de traces dans l’eau, qui correspondent à quelques milliardièmes de gramme. L’eau potable respecte largement les normes concernant les micropolluants. De plus, les études montrent, aujourd’hui, que l’eau potable représente une source mineure d’exposition aux micropolluants, par rapport aux sources alimentaires et respiratoires (air ambiant), comme l’a démontré l’étude d’Enault et al. [1]. Nous pouvons ajouter qu’à raison d’une consommation de 2 litres d’eau consommés par jour, plusieurs vies seraient nécessaires afin d’absorber la quantité comprise dans un seul cachet de traitement (p. ex: Metformine, Gabapentine, Carbamazépine, Naproxene, Sulfamethoxazole).

Bibliographie

[1] Enault, J.; Robert, S.; Schlosser, O.; de Thé, C.; Loret, J.F. (2015): Drinking water, diet, indoor air: Comparison of the contribution to environmental micropollutants exposure. Int J Hyg Environ Health 218: 723–730

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