- d'une part de répondre aux problématiques de la variabilité des concentrations en matières organiques, en pesticides et en leurs sous-produits ;
- d'autre part de maintenir constante une eau traitée de très bonne qualité en ce qui concerne la turbidité et les paramètres microbiologiques, quelle que soit la qualité de l'eau brute.
Le Syndicat Intercommunal d’Alimentation en Eau Potable (SIAEP) du Confolentais a décidé de la construction d’une nouvelle usine de production d'eau potable sur le site de Bellevue en 2006.
L’ancienne installation datant de 1967, réhabilitée à plusieurs reprises (1975 et 1988), n’était plus adaptée en termes de capacité de production et de qualité d'eau produite.
Contexte de l’usine
La nouvelle installation devait donc répondre aux nouvelles exigences, en
[Photo : Barrage de l’Issoire, ressource de l’usine d’eau potable de Bellevue.]
Tableau 1 Caractéristiques de l'eau brute (août 2006 à mai 2007) et objectifs de traitement
| Paramètres |
Unités |
Min/Max Eau brute |
Référence de qualité (Arrêté 11/01/2007) |
Valeurs garanties en ET |
Commentaires |
| Turbidité |
NFU |
3/85 |
0,5 |
0,5 |
Pic lors des épisodes pluvieux |
| Matière organique – Oxydabilité |
mgO₂/l |
5,4/7,5 |
5 |
2 |
Eau chargée en période eutrophe |
| COT |
mg/l |
5,3/11 |
2 |
< 0,2 mg/l |
|
| Fer |
µg/l |
900/2 100 |
200 |
100 |
Pointes en période d’eutrophisation |
| Manganèse |
µg/l |
50/190 |
50 |
50 |
Valeurs élevées l’été |
| TAC |
°F |
2,1/5,2 |
— |
— |
Généralement voisin de 3 °F |
| TH |
°F |
2,7/5,1 |
— |
— |
Généralement voisin de 3,3 °F |
| Pesticides total |
µg/l |
0/0,07 |
0,5* |
0,5 |
Pointes très ponctuelles (événements pluvieux) |
| Algues |
Cell/ml |
946/38 406 |
— |
absence |
Forte population algale en fin d’été |
* Limite de qualité.
termes :
- • de qualité d’eau produite,
- • de capacité de production : 6 000 m³ sur 20 h,
- • d’évolution de la qualité de la ressource,
- • de gestion des sous-produits (traitement des boues avec une évacuation en Centre d'Enfouissement Technique de classe II).
L'eau brute provient d'une prise d’eau dans le barrage de l’Issoire (figures 1 et 2). Comme de nombreuses eaux de barrage, cette ressource se caractérise par des périodes de forte eutrophisation de l'eau en été entraînant une dégradation importante de la qualité de l'eau à traiter.
Les principales caractéristiques de l’eau brute sont présentées dans le tableau 1. Les principales problématiques de traitement identifiées sur cette ressource sont liées à son caractère eutrophe et sa forte concentration en matière organique naturelle, à savoir :
- • Une forte densité d’algues ;
- • Un COT (carbone organique total) élevé ;
- • La présence de fer et de manganèse.
D'autre part, l'eau du barrage de l’Issoire est très faiblement minéralisée.
Les figures 3 à 6 présentent les mesures effectuées sur site au cours de la première année d'exploitation.
La forte densité d'algues pouvant atteindre 38 400 cellules/ml en pointe. Le développement des algues est maximum en été quand la température de l'eau augmente et lorsque l'alimentation du barrage est la plus faible. Ce développement des algues confirme ainsi le caractère eutrophe de la ressource (voir figure 4).
Les mesures de COT montrent que la ressource est très chargée en matières organiques avec des valeurs évoluant entre 5,3 et 11 mg/L. L'évolution du COT montre que celui-ci n'est pas uniquement lié au développement des algues mais provient principalement de la matière organique dissoute, notamment des acides humiques (voir figure 3).
Les concentrations élevées en fer et en manganèse.
[Photo : Évolution du COT dans l’eau brute.]
[Photo : Évolution de la teneur en algues.]
[Photo : Évolution de la concentration en fer dans l'eau brute.]
[Photo : Évolution de la concentration en manganèse dans l'eau brute.]
Manganèse avec un maximum de 2 100 et 190 µg/L respectivement sont très probablement liées à la présence d’algues dans le barrage. Cependant, l'évolution des concentrations plus élevées pendant la période estivale n'est pas proportionnelle à la quantité d'algues présente dans la ressource.
Filière de traitement
Pour répondre à la qualité d’eau de barrage, Stéreau a conçu une filière permettant d’obtenir une eau traitée de qualité optimale pour le consommateur, avec une sécurité maximale vis-à-vis des variations de la ressource.
[Photo : vue de l’usine d'eau potable de Bellevue.]
[Photo : étapes et objectifs de la filière.]
La figure 8 présente la synthèse des objectifs de traitement de chaque étape de la filière. Celle-ci comprend trois grandes étapes : clarification / affinage / désinfection.
Chaque étape ou sous-étape a été conçue pour délivrer une qualité d’eau permettant l’étape suivante de fonctionner dans les meilleures conditions d'exploitation et d’efficacité.
La filière mise en place permet de traiter les différentes problématiques identifiées :
- - Faible minéralisation : la ressource faiblement minéralisée nécessite un ajustement de son équilibre calco-carbonique par ajout de chaux et de CO₂ en pré et inter reminéralisation. Le contrôle précis de cet équilibre permet l’obtention d'une eau non agressive et limitant la dissolution du plomb, afin de garantir la protection des consommateurs et des réseaux.
- - Algues : la tendance eutrophe de la ressource en été, avec la présence d'algues et d'éléments peu décantables, a conduit au choix du procédé Aéroflux®, un procédé regroupant les étapes de coagulation, floculation et flottation. Ces algues présentent deux problématiques majeures :
- * certaines d’entre elles, les cyanobactéries, peuvent produire des toxines (appelées cyanotoxines) induisant, en cas d'ingestion, des effets sur le système nerveux et le foie,
- * elles ont un effet colmatant très élevé pour les procédés de filtration membranaire.
- - Fer et manganèse : deux étapes d’oxydation (pré et inter) au permanganate de potassium sont prévues en vue de traiter les excès de fer et de manganèse.
- - Matière organique : la matière organique est
[Photo : Principe du Carboflux®.]
[Photo: Figure 10: Skid membrane de l'usine de Bellevue.]
- - traitée par deux procédés : l’Aéroflux® puis le Carboflux®, un affinage poussé par adsorption.
- - Haute qualité de l'eau traitée : l'ultrafiltration membranaire garantit une qualité constante en termes de turbidité et d'abattement en micro-organismes.
Procédé Carbo-RM®
Développé pour répondre aux contraintes d'exploitation des eaux difficiles à traiter telles que les eaux de lacs ou de retenues fortement eutrophisées et chroniquement polluées en pesticides, la combinaison Carboflux® - Membrane, formant le procédé Carbo-RM®, permet de garantir une qualité d'eau constante et maîtrisée en :
- - adsorbant de manière permanente le COT dissous réfractaire non éliminé par la clarification et d'autres polluants solubles adsorbables. Ainsi, l’eau traitée de l'usine de Bellevue présente une teneur en COT toujours inférieure à 2 mg/L,
- - éliminant biologiquement l'ammoniaque et les nitrites grâce à la biomasse présente,
- - retenant totalement les matières en suspension,
- - éliminant jusqu'à 6 Ulog de micro-organismes.
Les spécificités du Carboflux®, schématisé en figure 9, permettent une consommation d'un CAP communément utilisé en eau potable avec un coût d'exploitation très bas. La performance du procédé breveté d'affinage des eaux réside dans la mise en contact de l'eau avec une grande quantité de charbon actif en poudre (CAP) mise en suspension et renouvelée en continu pour lui garantir une efficacité permanente.
Le charbon est ensuite séparé de l'eau par floculation-décantation pour pouvoir être utilisé à nouveau en le recirculant en tête vers le réacteur de contact. Continuellement remis en contact avec l'eau à traiter, le charbon actif voit ses propriétés d’adsorption totalement employées.
La séparation du CAP avant l'unité d'ultrafiltration permet d’assurer alors aux membranes le rôle unique de barrière filtrante.
La membrane organique du type fibre creuse retenue pour l'usine de Bellevue (X-FLOW — UFS 225 – UFC 0,8) a une porosité nominale de 0,025 µm. Ce seuil de coupure permet d’obtenir une eau exempte de germes pathogènes, kystes...
L’unité membranaire de l’usine de Bellevue comprend deux skids d'ultrafiltration (voir figure 10). La particularité de cette mise en œuvre réside dans l'utilisation de la technologie XIGA. Les skids membranaires sont composés de tubes pressions, de même type que ceux utilisés pour les unités d’osmose inverse pouvant contenir plusieurs modules membranaires. Ainsi Stereau conçoit des unités de filtration compactes, avec des modules de tailles et de poids raisonnables pour une exploitation simplifiée.
Le traitement en amont des membranes produit une eau contenant peu de matières en suspension et de matières organiques dissoutes. Ceci permet de concevoir une unité membranaire fonctionnant en filtration frontale, peu consommatrice en énergie.
L'obtention d'une eau de qualité largement supérieure aux standards actuels permet de respecter le principe de précaution : la simplicité d'exploitation du système et sa réponse immédiate quelle que soit la qualité de l’eau à traiter permet d’assurer une sécurité à tout instant vis-à-vis des consommateurs. La filière par Carboflux® - Membrane permet de garantir une eau d’excellente qualité en termes de micropollution et ne contenant pas de microorganismes (ou biologique).
Le taux de chlore nécessaire à la désinfection et surtout à la protection des réseaux n’affectera pas les paramètres organoleptiques de l'eau traitée.
[Photo: Figure 11: Évolution de la perméabilité des skids d'ultrafiltration sur le mois de janvier 2007.]
Performances de l’usine
Suite à la mise en service de l'usine de Bellevue en août 2006, les performances de l'usine sont conformes aux garanties données en termes de production et de qualité (voir tableau 1).
La filière permet un abattement moyen de 75 % de la matière organique, dont 67 % est éliminée dans l’Aéroflux®, puis l’affinage du Carboflux® permet une diminution moyenne de 0,5 mg/l du COT réfractaire. Ainsi le COT de l'eau traitée est inférieur à 2 mg/l malgré une qualité d'eau brute souvent dégradée. Malgré la variabilité des paramètres fer et manganèse, la filière de traitement permet un très bon abattement de ces derniers : avec des teneurs dans l'eau traitée inférieures à 25 µg/l pour le manganèse depuis mars et à 30 µg/l pour le fer depuis la mise en service de l’installation.
Après 9 mois de fonctionnement, la perméabilité, représentant l’état d’encrassement des membranes, est stable et élevée. En mai 2007, la perméabilité se situait entre 500 et 400 l/h·m²·bar à 20 °C.
La figure 11 présente l’évolution de la perméabilité en janvier 2007, l'un des mois les plus froids de l'année, avec des températures comprises entre 7 à 10 °C et donc le plus défavorable à la filtration membranaire. De même que pour le mois de mai, la perméabilité en janvier est relativement stable et comprise entre 500 et 350 l/h·m²·bar à 20 °C malgré ces faibles températures.
De telles performances sont possibles grâce :
- À l’élimination des éléments colmatant les membranes sur la filière de traitement amont notamment par le Carboflux® ;
- À une mise en œuvre optimisée des membranes : les membranes subissent un rétrolavage à l’eau claire réalisé automatiquement à une fréquence déterminée (environ un rétrolavage toutes les heures), ainsi que des rétrolavages poussés utilisant des réactifs communément utilisés sur les usines de production d'eau potable et facilement neutralisables tels que l'hypochlorite de sodium, l'acide chlorhydrique, la soude).
L’usine de Confolens représente la troisième référence de Stereau mettant en œuvre le procédé Carbo-RM pour le traitement d’eau de surface soumises au phénomène d’eutrophisation.
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