Production d'eau potable : filières et procédés de traitement

432 Pages·2015·55.37 MB·French

by  Legube

Bernard Legube
PRODUCTION
D'EAU POTABLE
Filières et procédés de traitement
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Préface
Les très grands progrès faits dans le domaine de la détection, de l'interprétation
d'effets néfastes sur l'animal de laboratoire, de l'épidémiologie ont eu des réper
cussions très importantes dans différents domaines de l'industrie.
Les traitements des eaux, qu'elles soient usées, avant leur rejet dans l'environne
ment, ou brutes, pour la production d'eau destinée à la consommation humaine,
n'ont pas échappé à ce phénomène.
En me référant à mon expérience personnelle, j'ai tendance à dire que ce qui a
été appris il y a plus de 10 ans est faux aujourd'hui.
Après chaque nouvelle « découverte », les normes de qualité sont modifiées et
les traitements à mettre en œuvre sont soit complétés, soit modifiés voire même
interdits.
Plusieurs exemples pour illustrer ces faits:
..,. La pré-chloration des eaux :
Quand j'ai commencé ma carrière dans le domaine des eaux destinées à la
consommation humaine, en 1970, toute chaîne de potabilisation d'eau de
surface qui ne commençait par une pré-chloration au « break-point » était
une mauvaise chaîne de traitement. Lorsque j'ai cessé mes activités en 2006,
toute chaîne de traitement d'eau destinée à la consommation humaine uti
"O lisant de l'eau de surface qui pratiquait une pré-chloration était interdite.
0
c
:J Entre-temps, la chromatographie en phase gazeuse avait permis, dès 1974,
0
li) de mettre en évidence les réactions secondaires du chlore sur les matières
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N .,; organiques naturelles (acides humiques) présentes dans les eaux de surface,
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....... 3 surtout dans les eaux peu minéralisées .
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·Ocl ~ Avant cette« découverte », les traitements de clarification utilisaient pour ces
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o. B eaux des sels d'aluminium car les humâtes d'aluminium sont incolores alors
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::: que les humâtes de fer sont très colorés.
Aujourd'hui, ce sont les sels de fer qui, utilisés à pH 5,5, permettent une éli
mination par coagulation-coprécipitation et piégeage de ces matières orga
niques, alors que dans le passé on ne se contentait que de les masquer. Ces
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matières organiques « naturelles » étaient considérées comme sans effet sur
0
3
0 la santé humaine.
@
Production d'eau potable
""° L' ozonation de l'eau :
Ce réactif était considéré comme le réactif d'avenir qui devait figurer dans
toutes les chaînes modernes de potabilisation des eaux. L'apparition de la
chromatographie ionique, les tests de toxicité ont montré que, en présence
d'ions bromure, l'ozone, dans certaines conditions, pouvait produire des
ions bromates qui ont été classés comme cancérogènes.
L'ozonation de l'eau avec résiduel rémanent commence à être peu à peu rem
placée par l'irradiation par des rayonnements UV.
""° Dans le domaine de la microbiologie :
Pendant des décennies, une eau traitée exempte de germes tests de contami
nation fécale ( coliformes thermotolérants : E. coli, coliformes totaux, enté
rocoques intestinaux) était considérée comme sans risque microbiologique
pour la santé humaine. L'épidémiologie a montré que certaines eaux « bien
traitées » pouvaient cependant être à l'origine de maladies.
Tout un ensemble de fausses vérités a été mis en évidence:
La plus importante : « Le chlore est le meilleur désinfectant et rien ne
1>
lui résiste. » Faux : les parasites, notamment Cryptosporidium, ne sont
pas inactivés par ce réactif même à des doses très élevées. Le meilleur
moyen de les éliminer est la rétention.
«Une eau conforme en sortie d'usine le reste dans le réseau de distri
1>
bution. » Faux : avec la surveillance accrue de la qualité microbiolo
gique de l'eau dans le réseau de distribution, il a été démontré que des
germes stressés non cultivables en sortie d'usine pouvaient redevenir
viables dans le réseau de distribution et cela malgré un traitement de
désinfection adapté. Il a été mis en évidence l'effet protecteur, au profit
de ces germes, de la turbidité résiduelle de l'eau, au moment de l'étape
"O de désinfection. Dès 1994, l'OMS considérait qu'il n'était pas possible
0
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:J de garantir la désinfection d'une eau dès lors que sa turbidité dépassait
0
li) lNFU.
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0
N La faible turbidité de l'eau traitée après filtration devient donc un paramètre
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....... de plus en plus important puisqu'elle permet, d'une part, de s'assurer que les
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·;:: parasites résistant aux traitements biocides chimiques ont bien été retenus et,
>
Q_ d'autre part, que les micro-organismes ne seront pas protégés vis-à-vis des
0
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traitements biocides.
Cela s'est traduit au niveau réglementaire par la fixation en France d'une
norme (référence de qualité) de turbidité de 0,5 NFU après l'étape de filtra
tion pour les eaux de surface ou influencées par des eaux de surface et de
1 NFU pour toutes les eaux à désinfecter (limite de qualité). Comme pour
les eaux souterraines, le sol étant considéré comme le clarificateur, seule une
IV
Préface
désinfection était nécessaire. Si la turbidité varie et dépasse de façon régulière
2 NFU, elles doivent être déclassées et considérées comme des eaux influen
cées par des eaux de surface et à traiter de la même façon que ces dernières :
clarification et désinfection impératives.
La turbidité de l'eau doit être considérée comme un paramètre microbio
logique.
Il paraît donc indispensable de se recycler régulièrement pour prendre en
compte ces nouvelles« découvertes».
Le livre écrit par Bernard Legube n'a pas la prétention d'être un livre de base
pour connaître à fond les traitements de potabilisation des eaux. En revanche,
il permet de faire le point sur les nouvelles avancées dans la connaissance sur
ces traitements. Il s'adresse donc, bien sûr, à des techniciens ou responsables du
contrôle de la qualité des eaux déjà formés qui peuvent ici « rafraîchir » leurs
connaissances mais aussi à des responsables de projets pour mieux comprendre
certaines propositions faites par des bureaux d'études ou prévoir les modifica
tions de chaînes de potabilisation.
Antoine Montiel
Docteur ès sciences,
retraité des services de production d'eau de la Ville de Paris
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Table des matières
Préface Ill
A
La production d'eau potable
et les filières de traitement
Chapitre 1 : L'eau potable en France 3
1.1 Préambule 3
1.2 Les besoins en eau potable 5
Chapitre 2 : La réglementation 9
2.1 Les fondations et les objectifs de la réglementation 9
2.2 Les principes de la réglementation actuelle 10
2.3 Les exigences de qualité 10
2.4 Le contrôle des résultats 13
"O 2.5 Informer les consommateurs 14
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0 2.6 La gestion de crise 14
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0
N .,,; Chapitre 3 : Comment définir une filière ? 15
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3.1 Les principaux critères de choix 15
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>--·.~: 3.2 Les difficultés techniques rencontrées 15
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0 ;;;
u § 3.3 Les exigences du consommateur 16
:::
3.4 Quelles étapes de traitement peut inclure une filière? 17
3.5 Comment définir la meilleure filière ? 18
3.6 La réhabilitation de filière 18
.,,,
30 3. 7 Lutter contre les « non-conformités » 19
0
@
Production d'eau potable
Chapitre 4 : Les filières de traitement 21
4.1 Les filières pour eaux souterraines profondes 21
4.2 Les filières pour eaux de surface 25
Chapitre 5 : Les tests optimisant le choix de la filière 35
5.1 Les principaux tests pour eaux profondes 35
5.2 Les essais de traitabilité d'une eau de surface 36
Chapitre 6 : L'évaluation des risques 39
6.1 Le risque sanitaire 39
6.2 L'évaluation du risque 41
6.3 L'impact des changements climatiques 42
Sources et supports 45
Ouvrages 45
Autres supports 45
Principaux articles et textes de conférences (en langue française) 45
B
La clarification
Chapitre 7 : Notions théoriques de base sur la clarification 49
7 .1 Problématique et objectifs 49
"O
c0 7 .2 Notions de coagulation/floculation 50
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0
7 .3 Notions de clarification par voie gravita ire 53
li)
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0
7.4 Notions de filtration 61
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.......
..c Chapitre 8 : Paramètres à contrôler en clarification 67
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>
Q_ 8.1 Contrôles physico-chimiques communs à toute opération
0
u de clarification 67
8.2 Contrôles spécifiques 68
Chapitre 9 : Coagulation et floculation 73
9 .1 Réactifs 73
9 .2 Réacteurs 76
VIII
Table des matières
9.3 Conditions d'une bonne coagulation/floculation 78
9.4 Comment maîtriser les dysfonctionnements? 86
Chapitre 10 : Décantation 89
10.1 Décanteurs 89
10.2 Les essais en vue d'optimiser la décantation 98
10.3 Performances à attendre 101
Chapitre 11 : Flottation 105
11.1 Flottateurs 105
11.2 Les essais en vue d'optimiser la flottation 109
11.3 Quelques performances 111
Chapitre 12 : Filtration en profondeur 113
12.1 Mode de filtration en profondeur 113
12.2 Différents types de filtres en profondeur 114
12.3 Matériaux granulaires 119
12.4 Paramètres de dimensionnement de la filtration en profondeur 120
12.5 Les essais en vue d'optimiser la filtration en profondeur 121
12.6 Les performances à attendre 124
12. 7 Les dysfonctionnements courants 127
12.8 La gestion des eaux de lavage 128
"O Chapitre 13 : Filtration membranaire 131
0
c
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0 13.1 Quelles membranes, quels modules et mode d'alimentation
li)
M pour la clarification ? 132
0
N .,,;
@ ""O' 13.2 Comment optimiser la clarification membranaire ? 135
....... 3
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Ol ~ 13.3 Quels contrôles sur les membranes ? 137
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o. B 13.4 Les performances à attendre 139
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tl
" Sources et supports 143
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~
e Ouvrages 143
~
Autres supports 143
"O
0
3
0
Principaux articles et textes de conférences (en langue française) 144
@
IX
Production d'eau potable
c
La désinfection
Chapitre 14: Notions théoriques de base sur la désinfection 151
14.1 Problématique et objectifs de la désinfection 151
14.2 Relations dose/effet en désinfection 153
14.3 La physico-chimie (de base) des désinfectants 158
14.4 Les sous-produits de désinfection (SPD) connus 165
Chapitre 15 : Paramètres à contrôler en désinfection 173
15.1 Qualité microbiologique de l'eau 173
15.2 Qualité physico-chimique de l'eau 175
15.3 Paramètres de dimensionnement 177
Chapitre 16 : Élimination par clarification 179
16.1 Performances de la clarification conventionnelle
sur l'élimination des bactéries 179
16.2 Performances de la clarification conventionnelle
sur l'élimination des virus 180
16.3 Performances de la clarification conventionnelle
sur l'élimination des protozoaires pathogènes 181
16.4 Performances de la clarification conventionnelle
sur l'élimination des algues 181
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0
c
16.5 Performances de la filtration directe 182
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0
li) 16.6 Contamination des filtres 182
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N
16.7 Performances de la clarification par techniques membranaires 182
@
.......
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·;O:: l Chapitre 17 : Désinfection par le chlore libre 183
>
Q_
0 17 .1 Réactifs 183
u
17 .2 Réacteurs de chloration 186
17 .3 Conditions d'une bonne chloration en production 186
17.4 Chloration en réseau 191
17 .5 Comment maîtriser le risque de formation de sous-produits
de chloration (THM, AHA et autres) ? 196
X