conplémentarité 5201

22/09/2008Madame, MonsieurDossier dlivr pour

Eaux de distribution

Traitements spcifiquespar Hugues GODART

Ingnieur civil des MinesIngnieur en chef la Gnrale des Eaux

1. Mise lquilibre calco-carbonique .................................................... C 5 201 - 21.1 Caractristiques carboniques ..................................................................... 21.2 Aration........................................................................................................ 41.3 Percolation ................................................................................................... 41.4 Injection de ractif ....................................................................................... 41.5 Reminralisation.......................................................................................... 41.6 Cas du plomb............................................................................................... 41.7 Dcarbonatation .......................................................................................... 51.8 Adoucissement sur rsine cationique........................................................ 51.9 Sparation par membranes ........................................................................ 51.10 Dispositifs antitartre pour les particuliers ................................................. 5

2. Prtraitements naturels extensifs....................................................... 62.1 Stockage....................................................................................................... 62.2 Percolation au travers du sol ...................................................................... 6

3. Sous-produits de traitement................................................................. 6

3.1 Rglementation des sous-produits de traitement .................................... 63.1.1 Rglementation des sous-produits ................................................... 63.1.2 vacuation de rsidus sous forme dpandage agricole ................ 63.1.3 Rejets en milieu naturel ..................................................................... 63.1.4 Rejets dans le rseau deaux uses .................................................. 7

3.2 Techniques de traitement des sous-produits de traitement .................... 7

4. Automatisation des mesures analytiques......................................... 7

Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. C 5 205Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Construction C 5 201 - 1

ous regrouperons sous le vocable traitements spcifiques des traite-ments faisant appel plusieurs techniques et processus, qui sont de plus

en plus gnraliss. Il en va ainsi de : la mise lquilibre calco-carbonique, parfois considre comme un luxe,

mais srieusement remise en avant depuis que lon se proccupe plus duconfort du consommateur (machines entartres, etc.), de la longvit descanalisations (corrosion, incrustation...), et de nouveaux problmes sanitairescomme celui du plomb ;

les prtraitements naturels extensifs qui permettent de limiter les autrestraitements ;

le traitement enfin des sous-produits de traitement.Nous dirons galement quelques mots des progrs raliss en automatisa-

tion des mesures analytiques notamment appliques directement au trai-tement.

Ltude complte du sujet comprend les articles : C 5 198 - Eaux de distribution. Objet des traitements ; C 5 199 - Eaux de distribution. Clarification ; C 5 200 - Eaux de distribution. Traitements unitaires ; C 5 201 - Eaux de distribution. Traitements spcifiques (le prsent article).

N22/09/2008Madame, MonsieurDossier dlivr pour



EAUX DE DISTRIBUTION _________________________________________________________________________________________________________________

Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dC 5 201 - 2 Techniques de lIngnie

1. Mise lquilibrecalco-carbonique

1.1 Caractristiques carboniques

Le dioxyde de carbone CO2 peut exister dans leau sous troisformes :

gazeuse dissoute et non dissocie : H2CO3 ou (CO2 , H2O) ;

ion hydrognocarbonate (bicarbonate) : ;

ion carbonate : .

Les quantits relatives de ces trois formes sont dpendantesentre elles et sont fonction du pH de leau (teneur en ion H+), lqui-libre final tant une rsultante des trois quilibres ci-aprs :

[H+] [OH] = K3

Ces quilibres ont t longuement tudis et lon connat lesvaleurs des constantes dquilibre pour diffrentes configurationsde temprature et denvironnement. Ce systme de trois quationspour cinq variables permet de calculer trois variables si on sendonne deux. Pour des commodits de mesure, on introduit unesixime variable, lalcalinit, ainsi quune quation supplmentaire :

[Alc+] = 2 + + [OH] [H+]

Lalcalinit peut se dfinir et se mesurer aisment comme laquantit dions [H+] quil faut ajouter ceux existant dj dansleau pour quilibrer les trois ions carbonate, bicarbonate ethydroxyle. Cela a permis de btir des abaques, tels que ceux de lafigure 1 et des annexes [C 5 202] et [C 5 203] (en pochette fin dereliure) qui permettent de dterminer, partir de deux mesuressimples, celle du pH et celle de lalcalinit, les autres caractris-tiques carboniques, et surtout de savoir si une eau contient unexcs de CO2 dissous (eau agressive) ou au contraire si la teneuren CO2 est dficitaire (eau entartrante) ainsi que le manque (oulexcs) dalcalinit dans leau et, par consquent, permettent dedterminer et de quantifier les traitements de correction. Cettereprsentation graphique de Hallopeau et Dubin tient compte desimplifications du second ordre, mais elle est suffisamment prcisepour la quasi-totalit des cas pratiques. Elle prsente lavantagedtre trs visuelle : on peut donc lutiliser pour faire comprendreles phnomnes selon les traitements et lemployer sans ordina-teur dans les petites exploitations. Elle peut galement se prter une implantation sur ordinateur, voire sur calculette. Elle est alorsconcurrence par dautres mthodes parfois plus dtailles,comme celle de Legrand et Poirier.

Dans la mthode graphique de Hallopeau et Dubin, la droitedquilibre CO3Ca et la droite dquilibre CO2 vis--vis du CO2 delair partagent le graphique en quatre zones. Il faut galementnoter que la droite horizontale pH = 8,35 qui passe par le pointdintersection des deux premires partage le graphique en deux. Ilnexiste pas, pratiquement, deaux naturelles utilises pour ladistribution dont le pH soit suprieur 8,35. Il ne reste donc considrer que trois zones : I, II et III. Par ailleurs, les caractris-tiques pH et alcalinit des eaux rencontres le plus frquemmentse situent lintrieur de quatre ovodes : 1, 2, 3, 4.

Toute eau se situant au-dessus de la droite dquilibre CO3Casouffre dun excs de bicarbonate et dun dfaut de CO2.

Le bicarbonate se dcompose :

(HCO3)2 Ca CO2 + CO3Ca + H2O

et le carbonate form (peu soluble) se dpose ; les eaux sontentartrantes.

Il faut noter que, ltat initial, les eaux souterraines sont qui-libres ou agressives ; cest essentiellement llvation de temp-rature qui abaisse la droite dquilibre et les rend incrustantes.

Toute eau se situant au-dessous de la droite dquilibre CO3Casouffre dun excs de dioxyde de carbone CO2 qui, ds quil est aucontact dun matriau contenant du calcaire, a tendance ledissoudre suivant la mme raction, mais en sens inverse ; leseaux sont dites agressives envers le calcaire (et notamment enversles mortiers ou btons base de ciment ordinaire Portland). Leproblme de rquilibrage consiste traiter les eaux de faon queleur point de rencontre pH-alcalinit stablisse sur la droite dqui-libre CO3Ca.

En fonction des sels prsents dans leau, on dfinit le titrealcalimtrique complet (TAC), le titre hydrotimtrique (TH), le titrecalcique (TCa) et le titre magnsien (TMg), comme indiqu autableau 1.

On classe notamment les eaux en fonction de leur duret. Leseaux douces ont un TH < 14 oF et les eaux trs dures unTH > 30 oF.

HCO3

CO32

H+[ ] HCO3[ ] CO2[ ] K1=

H+[ ] CO32[ ] HCO3

[ ] K2=

CO32[ ] HCO3

[ ]

Tableau 1 Dfinition des titresen fonction des sels prsents dans leau

Titres

Sels dacides faibles Sels dacides forts

Carbonates et hydrognocarbonates Sulfates et chlorures

Ca Mg Na Ca Mg Na

TAC + + +

TH + + + + +

TCa + +

TMg + +

Degr franais (oF) : unit de concentration valant 1/5 demilliquivalent par litre et utilise pour exprimer la valeur desdiffrents titres dune eau, dont les principaux sont le TAC etle TH.exploitation du droit de copie est strictement interdite.ur, trait Construction

On dispose pour quilibrer une eau de laration, de la percola-tion au travers des lits de calcaires minraux ou marins (Litho-tamme), de Magno (nom commercial de la dolomie semi-calcine),de Magndolite (nom commercial de la dolomie surfritte), dinjec-tions de bases fortes (chaux, soude, carbonate de sodium), dinjec-tions de bicarbonate de soude soit seul, soit accompagn dun selcalcaire (chlorure ou sulfate de calcium), dinjections de dioxyde decarbone CO2 , voire dinjections dacides.

Le seul compos dont on peut modifier la teneur sans modifierimmdiatement celle des autres est le dioxyde de carbone. Si lonextrait CO2 par dgazage, le point figuratif de leau P se dplaceverticalement vers le haut ; rciproquement, si lon dissout du CO2par injection directe, le dplacement aura lieu vers le bas.

Par contre, si lon modifie simultanment le pH et lalcalinit, lacourbe de dplacement peut tre dtermine. Il sagit en fait dunfaisceau de courbes dduites par translation horizontale de lacourbe apparaissant sur la figure 1 et dnomme neutralisationpar chaux si la modification sobtient par action de la chaux, dela soude ou de la Magndolite, soit par translation horizontale dela courbe dnomme neutralisation par calcaire sil sagit decarbonate de soude, de dissolution de calcaire, de laction duMagna ou de leffet de coagulants fortement acides.


________________________________________________________________________________________________________________ EAUX DE DISTRIBUTION

6,5

7

7,5

8

8,35

8,5

9

10

pH

pH

10 mg/L

1501009080706050403020

0,4 0,50,6

0,70,8 1

1,21,4

1,61,8

22,280

7570

65

6055

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

807570

65

6055

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0Temp

rature (C)

Saturation Mg (OH)2

SaturationMg (OH)2

Ca ou MgO (mg/L)CO2 libre

(mg/L)

20 50 70

AlcCaO CO2 des bicarbonates (valable pour pH < 8,7)

30 40 60 80 90 100 150 200 250 300 350

Saturation CO3 Ca 15 C

quilibr

e dissol

ution de

CO 2 l

air

CO2 des bicarbonates (valable pour pH < 8,7)30 40 60 80 90 100 150 200 250 300 350

Saturation CO3 Ca 15 C

quilibr

e dissol

ution de

CO 2 l

air

PP

1010

25 C

30

40

50

60

70

80

30

40

50

60

70

80

25

40

50

60

70

80

100 C

101

2

2

3

456

8

1

3

4

56

8

10

2

3

4

5

6

8

102

2

3

20 15

105

0 C

20 15

105

0 C

3

2

4

3

2

4

I

II

III

I

II

III

9,5Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Construction C 5 201 - 3

Figure 1 Graphique carbonique. Mthode J. Hallopeau et Ch. Dubin

5

150 200 250 300 350 400

10 20 30 50 60 70 80 90 100 150 20040 2505

6

5,5

Alcalinit en mg/L de CaO (Alc)

CO2 libre

(mg/L)

4

10 20 30Alcalinit CO3Ca

Neutrali

sation p

ar calca

ire

Neutrali

sation p

ar chau

x

40 50 60 70 80 90100Alcalinit CO3Ca

Neutrali

sation p

ar calca

ire

Neutrali

sation p

ar chau

x

40 50 60 70 80 90100

4

56

8

103






1.2 Aration

Elle peut tre assure par ruissellement en cascades, dans unetour contre-courant dair garnie de matriaux de contact tels lesanneaux Raschig, par injection dair, par mulsion laide dunehlice de surface, par pulvrisation de leau dans lair.

Le point figuratif P (figure 1 ou annexes [C 5 202] et [C 5 203]) sedplace verticalement et, si laration est suffisamment prolonge,il a tendance sarrter quand il atteint la droite dquilibre CO2 lair CO2 libre. Pour la zone III (entartrante), laration qui rendraitles eaux encore plus entartrantes na pas intervenir.

Pour la zone I, laration ne peut modifier la teneur en CO2 et napas intervenir.

Pour la zone II gauche de la verticale de P, laration liminepartiellement le CO2 en excs, mais ne peut amener les eaux lquilibre. Pour la zone II droite de la verticale de P, il faut unearation contrle quil y a lieu darrter quand le point figuratifatteint la droite dquilibre CO3Ca.

1.3 Percolation

Si une eau percole sur un matriau divis contenant du calcaire,leau se mettra delle-mme en quilibre si lopration estsuffisamment prolonge. En effet, si leau est entartrante (zone III)(figure 1 ou annexes [C 5 202] et [C 5 203]), elle tendra dposer lecalcaire avec un dgagement de CO2 jusqu ce que lquilibre soitatteint. Par contre, si elle est agressive (zones I et II), le CO2 enexcs attaquera le calcaire et donnera du bicarbonate de calcium :le CO2 dissous dcrotra et lalcalinit augmentera. Le point figura-tif suivra la courbe calcaire jusqu ce quil ait atteint la droitedquilibre CO3Ca.

Dans le cas du Magno et de la Magndolite, les eaux entartran-tes dposeront leur Co3Ca en excs et la neutralisation de CO2 sefera suivant les ractions :

Magno :CaCO3MgO + 3CO2 + 2H2O

Magndolite :CaOMgO + 4CO2 + 2H2O

Le point figuratif P suivra la ligne calcaire pour le Magno chauxpour la Magndolite.

1.4 Injection de ractif

Pour les eaux agressives, on peut augmenter lalcalinit par uneinjection de bicarbonate de sodium jusqu ce que le pointreprsentatif P atteigne la droite dquilibre CO3Ca, la teneur enCO2 dissous restant inchange. Le point figuratif suivra une ligneCO2 constante.

Dautres ractifs permettent simultanment de diminuer lateneur en CO2 et daugmenter lalcalinit :

chaux :Ca(OH)2 + 2CO2

soude :NaOH + CO2

carbonate de sodium :Na2CO3 + CO2 fi 2NaHCO3 (courbe calcaire)

La soude et le carbonate de sodium remontent le TAC mais pasle TH.

Les injections de ractifs (chaux et soude) sont utilises pour lesinstallations moyennes grosses. Elles ncessitent des rglages,des stockages, etc. Par ailleurs, on injecte des ractifs quilibrantsavant la dcantation en fonction des caractristiques de leau bruteet du coagulant choisi.

1.5 Reminralisation

Les eaux trs douces (trs peu alcalines) ne peuvent treamenes lquilibre que pour des pH trs levs (> 8,35) ; celaentrane deux difficults principales :

une dsinfection par le chlore ou lhypochlorite perd plus de80 % de son efficacit ;

lajustement de lquilibre est difficilement stable (on voit surle graphique que cela correspond une partie quasi verticale de lacourbe de neutralisation).

Par ailleurs, de telles eaux sont trs peu tamponnes et perdentaisment leur quilibre. Une solution consiste les reminraliseren augmentant sensiblement dabord leur teneur en dioxyde decarbone, puis leur alcalinit.

Pour les points de la zone I, on injecte suffisamment de CO2 pourque le point figuratif P (qui descendra le long dune verticale)pntre assez loin dans la zone II ; on lui applique alors un traite-ment de neutralisation (en gnral la chaux). Pour les points dela zone II, on peut ajouter du bicarbonate de sodium et un selcalcique dacide fort (chlorure ou sulfate de calcium).

1.6 Cas du plomb

Bien quil sagisse dun problme de corrosion (comme voqu

Il ne faut pas confondre agressivit (vis--vis du calcaire) etcorrosivit (vis--vis des mtaux comme le fer ou le plomb). Ilest vrai quune eau agressive est souvent corrosive, mais la pro-pension la corrosion relve dune srie dquilibres physico-chimiques plus large mme si elle inclut lquilibre carbonique.Dune faon un peu simplificatrice, on peut noter que lacorrosion est lie au pH, la teneur en oxygne dissous et lacomposition chimique de leau. Il faut aussi noter que lusagerpeut parler de conduites entartres alors quil sagit en fait deboursouflures des parois internes dues la corrosion (tubercu-lation des conduites) et non dun dpt de calcaire (entartragevrai).

! Ca HCO3( )2 Mg+ HCO3( )2

! Ca HCO3( )2 Mg+ HCO3( )2

! Ca HCO3( )2 courbe chaux( )

! NaHCO3 courbe chaux( )exploitation du droit de copie est strictement interdite.ur, trait Construction

au 1.1) nous traiterons ici du plomb car le problme est trs li lquilibre.

Le plomb au robinet du consommateur provient essentiellementde la dissolution des canalisations intrieures des habitations et decertains branchements.

La dissolution du plomb est notamment fonction de lalcalinit,du pH et de la temprature de leau (figure 2).

la temprature de 25 oC, un diagramme de la solubilit maxi-male du plomb en fonction de lalcalinit et du pH a t tabli parSchock (figure 3).

On peut voir sur le graphique de la figure 2, que la concentrationmaximale en plomb peut tre plus importante pour une eau incrus-tante de type trs courant que pour une eau initialement agressive,mais bien entendu plus ou moins corrige dans son quilibrecalco-carbonique.

Les valeurs indiques sont des maximums thoriques. Lesvaleurs rencontres en pratique sont plus faibles, dautant que latemprature de leau est plus basse. Il est noter que, mme temprature normale, une eau correctement mise lquilibreentranera des concentrations en plomb suprieures celles fixespar les directives europennes en vigueur dans les prochainesannes.



En pratique, TAC > 18 oF et pH > 7,5.

Mais temprature ambiante, ces eaux deviennent incrustantes(la droite de saturation sabaisse), point P.

Dans ce cas (inverse de la neutralisation), un ajout de chaux enexcs prcipite les carbonates, ce qui diminue le TAC. En parallle,lacidit de leau baisse, donc le pH remonte.

Leau reste sature ; le point figuratif remonte donc sur la droitede saturation la nouvelle temprature de leau (tempratureambiante), thoriquement jusque vers pH = 10.

Dans la pratique, le procd est limit vers pH = 8,2 8,4 cest--dire TAC = 6 8 oF.

Pour favoriser la formation de particules dcantables, on ajoutesouvent un peu de coagulant, en gnral du chlorure ferrique. Deplus, on procde frquemment une lgre recarbonatation auCO2 avant filtration des grains de carbonates.

Dans le cas de la dcarbonatation catalytique la soude,lapport de soude abaisse le TH et le TAC dans un rapport tho-rique de 2 1. Des carbonates insolubles se forment, se fixent surun support de type microsable et sont retenus par filtration.

1.8 Adoucissement sur rsine cationique

Leau naturellement quilibre figure par le point P, devientincrustante temprature ambiante (temprature plus leve quesa temprature dorigine).

Les ions calcium et magnsium caractristiques des eaux incrus-tantes sont remplacs par des ions sodium.

Un change dions : ne change pas le TAC ; abaisse le TH ; augmente la teneur en sodium ; abaisse le pH.

Mais du fait du changement de minralisation, la droite desaturation remonte et leau devient agressive.

La rglementation impose un TH suprieur ou gal 15 oF pourles eaux de consommation humaine adoucies.

Ce procd est donc peu utilis dans les services de distributiondeau. Il a son utilit pour les eaux industrielles et de chaudires.Son utilisation parfois maladroite pour certaines installationsprives, cre des risques de dveloppements bactriens venantsajouter aux risques de corrosion.

Figure 2 Dissolution du plomb 25 oC

A Eaux agressives corriges 100 mg/L de plomb dissous au maximum 25 C( 10 C, la teneur est denviron 50 mg/L)

B Eaux incrustantes non corriges 200 mg/L de plomb dissous au maximum 25 C( 10 C, la teneur est denviron 100 mg/L)

6 7 8 9 10 1110

100

BA

103

Plomb (mg/L)

pH

TAC = 0,5 F

5 F

20 F

Pb (mg/L)

500

1 000

1 500

2 000

2 500

2 042

942

718

627

564

293

315

368

610

256

266

247 161

140Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Construction C 5 201 - 5

Des traitements par inhibiteurs de corrosion de type ortho-phosphates sont possibles. On peut atteindre des abattementssuprieurs 70 % sur la teneur en plomb chez lusager.

1.7 Dcarbonatation

La dcarbonatation sapplique des eaux satures dont le pointreprsentatif P se trouve donc sur la droite de saturation bassetemprature (figure 1 ou annexes [C 5 202] et [C 5 203]).

1.9 Sparation par membranes

Les membranes de faible porosit, comme celles de la nanofil-tration, font fortement obstacle au passage des molcules commeles carbonates, hydrognocarbonates, sulfates... Elles produisentde ce fait une vritable dminralisation de leau. En pratique, il ya baisse du TAC, du TH et du pH.

1.10 Dispositifs antitartrepour les particuliers

On pourra se reporter larticle [C 3 840] Traitement individueldes eaux domestiques.

Les adoucisseurs fonctionnent selon la technique de lchangedions. On remplace le calcium et le magnsium par le sodium.

Rappelons que pour tre conforme la rglementation : le TH doit tre au moins gal 15 oF : il ne faut donc pas trop

adoucir ;

Figure 3 Concentrations en plomb donnes par le modlede Schock 25 oC, lquilibre aprs stagnation prolonge

< 3

TAC (F)pH

< 6,5

6,5 7

7 7,57,5 8

> 8 >18

12 18

7 123 7

0279 237231

219

214

18889

106

126

146






la teneur en sodium doit tre infrieure 150 mg/L : il ny aen revanche pas de limite pour le calcium ;

leau ne doit pas contenir de germes tests : les adoucisseurspeuvent faciliter la prolifration des bactries (matriau supportpour les fixer ; succession de phases marche-arrt pour lesdvelopper).

Il faut donc viter de boire une eau ainsi adoucie, mais elle peuttre utilise pour les chaudires, les cumulus...

2. Prtraitements naturels extensifs

Lorsque les circonstances sy prtent, on a toujours intrt utiliser les processus naturels dpuration. Ils comprennent lestockage dune certaine dure et la percolation travers le sol.

2.1 Stockage

Le stockage peut avoir deux objectifs : constitution dune rserveassurant au distributeur un degr de libert supplmentaire dans lagestion hydraulique de la ressource, ou modification de la qualitde leau brute ; dans le cas le plus gnral, les deux aspects doi-vent tre pris en considration.

Avec une rserve de 24 48 h, on vise essentiellement lapossibilit de diluer ou mme de passer outre une vague de pol-lution accidentelle. Cest un objectif important lorsque des zonesindustrielles se trouvent en amont du point de prise. Lintrt dunerserve de cet ordre apparat dj dans labaissement de laturbidit de leau, condition de concevoir le bassin et surtout lesouvrages dentre et de sortie de faon viter les courts-circuits.Une modification de la qualit peut tre perue, mme avec desrserves de cette importance, surtout si celles-ci sont de faible pro-fondeur (quelques mtres), ce qui favorise loxygnation par la sur-face. Leffet dautodgradation biologique peut tre acclr enmnageant une prozonation ladmission de leau brute.

Pour des rserves plus importantes (temps de sjour : 8 jours),leffet damlioration est beaucoup plus sensible.

Les autorits de Grande-Bretagne prconisent de systmatiserlutilisation dun bassin dune capacit de 8 jours de la consomma-tion moyenne pour toute prise deau de surface.

Avec des bassins de rgulation annuelle ou mme interannuelle,on bnficie certes des mmes avantages, mais les amliorationsde qualit ne sont en rien proportionnelles la dure du sjour :on constate une asymptote situe aux alentours dun mois dedure. Par contre, avec de telles capacits (ncessaires pour desbesoins de rgulation hydraulique), on peut se trouver face desproblmes de qualit lis aux phnomnes limnologiques : florai-son de plancton avec produits nfastes du mtabolisme (accroisse-ment des teneurs en manganse, apparition de complexesorganomtalliques, dveloppement de gots et odeurs, pouvoircolmatant accru, etc.). Les phnomnes indsirables sont souventdcels dans des zones stratifies et il est indispensable de semnager des possibilits de prise diffrentes profondeurs pourpouvoir jouer sur la hauteur de prise en fonction des gradients demodification des paramtres de qualit.

2.2 Percolation au travers du sol

Ce sont des techniques de traitement qui se sont dveloppes lo, lorigine, on avait fait appel des nappes phratiques dontlabaissement a ncessit den amliorer artificiellement la rali-

mentation. Il existe quelques cas o cette technique a t dlibr-ment adopte comme prtraitement naturel lorsque les eauxbrutes taient dune qualit particulirement dgrade. Dans lesgrandes plaines alluviales, notamment allemandes, elle a t assezsystmatiquement utilise sous forme de captages souterrainsdans les berges des cours deau, leau obtenue tant ainsi amlio-re en qualit, plus particulirement sa turbidit et son pouvoir col-matant, ce qui facilite les traitements ultrieurs.

Par une volution naturelle, lorsque le dbit naturel entre lecours deau et les captages travers les alluvions des berges estdevenu insuffisant, on sest tourn vers une ralimentation artifi-cielle par tranche ou par forage inverse dinjection.

Dans tous les cas (avec des degrs divers selon la qualit initiale,la nature des terrains, les vitesses et les dures de percolation), onconstate une nette amlioration vis--vis de la turbidit et du pou-voir colmatant, de la teneur en matires organiques et delammoniaque, dans les limites de la teneur initiale en oxygne dis-sous. Vis--vis du fer et du manganse, les rsultats obtenus sontvariables.

Ces techniques sont envisager quand les conditions cono-miques sont favorables : terrains peu onreux ou domaine foncierinalinable, service deau constitu depuis trs longtemps, et biensr dans les cas o la nature du terrain sy prte : dunes, alluvions.

3. Sous-produitsde traitement

3.1 Rglementation des sous-produitsde traitement

Lidentification des sous-produits de traitement est donne danslencadr 1.

3.1.1 Rglementation des sous-produits

Les rejets des units de potabilisation nont pas encore de rgle-mentation propre. Les boues deau potable ne prsentent pas dequalits intrinsques intressantes. Elles sont, dans la majorit desexploitation du droit de copie est strictement interdite.ur, trait Construction

cas, constitues de matires inertes dhydroxydes daluminium oude fer.

Les textes qui sappliquent sont : loi du 13 juillet 1992 ; arrt du 9 septembre 1997.

3.1.2 vacuation de rsidussous forme dpandage agricole

La valeur agronomique des sous-produits deau potable est peuintressante. Dun point de vue lgislatif, il nexiste pas de donnesdans ce domaine. En principe, les boues deau potable peuventtre pandues en agriculture sans contraintes particulires, souslappellation terre de dcantation .

Le texte qui sapplique est larrt du 8 janvier 1998.

3.1.3 Rejets en milieu naturel

Daprs le dcret 93-743, les units ayant un rejet en milieunaturel (eaux douces ou de mer) sont soumises autorisation ou dclaration prfectorale.



La circulaire du 5 novembre 1980 sapplique aux rejets duneunit de production deau potable.

Les paramtres suivre sont : les matires en suspension (MES) ;

3.2 Techniques de traitementdes sous-produits de traitement

Les techniques de traitement sont les suivantes : techniques de dshydratation : paississement, dshydrata-

tion mcanique ou naturelle (figures 4 et 5) ; traitement des luats : la destination des luats de rgnra-

tion de rsines est en gnral une usine de dpollution urbaine.Les eaux issues de la partie rinage de la rgnration, donc faible teneur en chlorures, peuvent tre rejetes directement dansle milieu naturel ;

traitement des concentrats de membranes : daprs unetude effectue aux tats-Unis, dans 50 % des cas les concentratssont rejets dans les eaux de surface. Seulement 25 % deseffluents sont vacus vers des usines de dpollution et llimina-tion du dernier quart se fait par pandage ou rinjection dans lesol. En France autant qu ltranger, il nexiste pas de traitementparticulier dlimination des phosphonates ou des polycarboxy-lates avant rejet au milieu naturel ;

traitement commun des boues deau potable et des bouesdeau rsiduaire urbaine : ce type de traitement sera presque exclu-sivement rserv aux boues de dcarbonatation qui, en raison deleurs qualits, sont susceptibles damliorer les performances de ladshydratation des boues deau rsiduaire urbaine.

Parmi les diverses destinations des sous-produits aprs traite-ment, on peut citer :

la mise en remblais routiers ; lincinration ; les briques ou tuiles enrobes, les btons collodaux ; les ractifs de stabilisation de dchets ;

Encadr 1 Identification des sous-produits de traitement

1. Sous-produits solides

n Boues hydroxydes : issues de filires classiques : essentiellement des amas

de floc recueillis au fond des dcanteurs et quicontiennent :

les matires qui taient en suspension dans la rivire, celles qui taient en solution et quon a russi rendre

insolubles et faire dcanter en cours de traitement, le charbon actif en poudre avec les matires organiques

piges dans ses pores, les prcipits dhydrate de fer ou daluminium forms par

les ractifs coagulants ; issues de filires spcifiques : dferrisation, dmangani-

sation.

n Boues de dcarbonatation (racteur de dcarbonatation la chaux).

n Boues de saturateurs eau de chaux.

n Boues biologiques provenant des lavages de filtres spci-fiques (sable, charbon actif en grains, bicouche) et destraitements par le charbon actif en poudre.

n Rsines usages (dnitratation, adoucissement).

n Dchets issus du dgrillage (feuilles, branches) ou dutamisage.

2. Sous-produits liquides

n Eaux de lavage des filtres contenant trs peu de floc.

n luats de lavages et rgnration des rsines de dnitrata-tion, dadoucissement ou dcarbonatation ainsi que desmembranes.

n Concentrats issus des techniques membranes : rejets deseaux nayant pas travers les membranes et o les impure-ts se sont concentres.

Figure 4 Traitement des boues

Gteau

Adjuvant

Adjuvantou chaux

Dcanteur

paississeur

Filtre-presseToute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Construction C 5 201 - 7

les matires oxydables ; les substances azotes ; les substances phosphores.

Les niveaux de rejets acceptables sont fixs par la Direction delindustrie et de la recherche (DRIRE) selon les objectifs de qualitde la rivire ou de la portion de rivire concerne.

Les teneurs en mtaux de ces rejets (aluminium et fer entreautres) ne sont pas prises en compte car ils sont considrscomme dj prsents de fortes concentrations dans le milieunaturel.

3.1.4 Rejets dans le rseau deaux uses

Cest la solution la plus simple mettre en uvre. Ce systmedvacuation des boues deau potable peut toutefois entranerquelques inconvnients sur le bon fonctionnement de la stationdeau rsiduaire urbaine.

En revanche, le rejet des lments de dnitratation a un impactfavorable : il permet de rduire loxygnation des boues par voiemcanique (apport de loxygne des nitrates).

la couverture de dcharge.

4. Automatisationdes mesures analytiques

En laboratoire, elle na dintrt que pour des organismescentraux de contrle ou de surveillance o affluent de trsnombreux chantillons. Pour un nombre rduit de mesures quoti-diennes, lintrt en dcrot rapidement en raison de linertie dedmarrage ncessit par le rtalonnage prcis auquel il faut seplier chaque fois.

Lanalyse automatique couvre un champ dapplication privilgidans la surveillance de la ressource ou dans le contrle semi-continu des rsultats obtenus aux diffrentes tapes dune usinede traitement.

Initialement, les lectrodes spcifiques fabriques en petite srieont donn beaucoup despoir mais ont conduit des dboiresconstants en raison de leur drive de mesure et de leur encrasse-ment rapide dans lexploitation de terrain. Cest pourquoi on a t22/09/2008Madame, MonsieurDossier dlivr pour





contraint mettre au point un appareillage relativement sophisti-qu qui, entre deux mesures ou deux courtes sries de mesures,procde automatiquement au reconditionnement des lectrodes.Un exemple de ralisation apparat la figure 6, qui vise la dter-mination des teneurs en mtaux lourds. Avec des variantes appro-pries, il sadapte dautres mesures.

Les rsultats peuvent tre stocks ou encore tltransmis uncentre o ils sont exploits laide dordinateurs.

titre dindication, les limites de dtection obtenues sont notesdans le tableau 2.

Dans le mme esprit, ont t mis au point des prleveurs auto-matiques de fractions (chantillons discontinus) pour analysesphysico-chimiques ou bactriologiques avec ou sans rgulation detemprature (rfrigration).

Si les prleveurs automatiques prsentent un cot encorecompatible avec des units de traitement moyennes, cela estmoins vrai pour les appareils de mesure avec les limites de dtec-tion affiches et compatibles avec la rglementation europenne ;

Figure 5 Schmas complets de traitement (daprs doc. Vivendi)

Prozonation Filtre bicouche Postozonation

OzonePoly(chlorure daluminium)

Dioxyde de chlore Hypochlorite de sodium

Prozo-nation

Stockagedeffacement Coagulation Floculation-dcantation

Filtresable

Post-ozonation

Filtrecharbon

actif OzonationChloration

finale

usine de Mry-sur-Oiseb

usine de Rouen-La-Chapelleaexploitation du droit de copie est strictement interdite.ur, trait Construction

ceux-ci sont alors rservs aux grosses usines ou quelquespoints de production particulirement sensibles lgard dun oudeux paramtres bien identifis.

Tableau 2 Limites de dtection des mesures analytiques

Mtaux lourdsLimite

de dtection DiversLimite

de dtection(mg/L) (mg/L)

Cu .................... 0,020 NH4 ................. 0,01Zn .................... 0,020 CN ................... 0,01Cd .................... 0,004 NO3 ................. 0,5Pb .................... 0,010 NO2 ................. 0,1Cr..................... 0,020 F ...................... 0,1Hg.................... 0,001 Cl ..................... 0,2Mn ................... 0,030 COT (1)............ 0,5

(1) COT : carbone organique total.



Pour les petites units, on dispose dune batterie danalyses sim-plifies et/ou de tests, qui permettent de multiplier les mesuressans obrer outre mesure le prix de leau ; il est vident toutefoisque les limites de dtection sont plus leves et que la prcisionest plus faible.

Il faut aussi rappeler lexistence de dtecteurs non analyseursen continu ou semi-continu. On les emploie pour des dtectionsrapides de toxicit globale. Il existe des appareils base depoissons spcifiques, de daphnies ou de bactries photolumines-centes.

La surveillance de la ressource (cours deau) est utilementcomplte par des mesures des dbits et des vitesses dcoule-

Figure 6 Dtermination des teneurs en mtaux lourds (daprs doc. Vivendi)

Produit derinage

Agent deconditionnement

Solutiontalon

Eau mesurer

Eaudistille

Interface decommande

Doseurvolumtrique

Doseurvolumtrique

Doseurvolumtrique

Doseurvolumtrique

Doseurvolumtrique

Interfacede mesure

Capteurs Cellule de mesure

Vidange

Microprocesseur

Exploitationdes rsultats

Sous le contrle du microprocesseur, lanalyseur : -- conditionne le milieu de mesure (libration des espces ioniques analyser et limination des interfrences) ; -- effectue des talonnages sur eau distille (dtermination des caractristiques de llectrode) ; -- calcule la force ionique du milieu mesurer (ou des coefficients dactivit des ions) ; -- nettoie le capteur aprs chaque mesure.

Surface de leau

Temps de parcours de londe : t = 2 H/c avec c clrit du son

Porte-sondes ultrasonores

Rflecteur

Pieux dancrage

Station dalerte

Prise deau

Rivire

Signa

l 1

Signa

l 2

mesure des vitessesaToute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Construction C 5 201 - 9

ment qui sont ncessaires pour lexploitation des mesures deconcentration et leur transformation en flux de matire ainsi quepour lapprciation du dlai darrive dune pollution donne audroit de la prise deau.

Il peut tre fait appel tout dispositif de mesure des vitessesavec enregistrement et tltransmission. Dans les cas o les mesu-res limnigraphiques ne sont pas suffisantes (cf. article Mesures enhydrologie de surface dans le trait Mesures et Contrle), on faitsouvent appel des dispositifs sappuyant sur le processusdentranement par leau en mouvement dune onde ultrasonore(cf. article Mesures en ocanographie physique [R 2 340] dans letrait Mesures et Contrle), corrl une mesure de hauteur deaudans un profil donn (figure 7).

Figure 7 Mesures des dbits et des vitesses dcoulement(daprs doc. Vivendi)

Sondeultrasonore

H '

mesure des hauteursb22/09/2008Madame, MonsieurDossier dlivr pour

Eaux de distribution1. Mise lquilibre calco-carbonique1.1 Caractristiques carboniques1.2 Aration1.3 Percolation1.4 Injection de ractif1.5 Reminralisation1.6 Cas du plomb1.7 Dcarbonatation1.8 Adoucissement sur rsine cationique1.9 Sparation par membranes1.10 Dispositifs antitartre pour les particuliers

2. Prtraitements naturels extensifs2.1 Stockage2.2 Percolation au travers du sol

3. Sous-produits de traitementEncadr 1 Identification des sous-produits de traitement3.1 Rglementation des sous-produits de traitement3.1.1 Rglementation des sous-produits3.1.2 vacuation de rsidus sous forme dpandage agricole3.1.3 Rejets en milieu naturel3.1.4 Rejets dans le rseau deaux uses

3.2 Techniques de traitement des sous-produits de traitement

4. Automatisation des mesures analytiques

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