Cette mise à jour des teneurs en polymères vient des exigences que se sont assignés les fabricants afin de réduire au mieux la teneur en monomères. De ce fait, les doses en polymères admises dans une filière de traitement pourraient être plus élevées que 0,5 mg/L si la teneur en monomères est fortement réduite. Cet article présente les résultats de diverses usines en fonctionnement et montre que le résiduel en monomères acrylamide (< 0,1 μg/L) est d’autant plus faible que la teneur en monomère du polymère utilisé est réduite.
La circulaire du 28 mars 2000 relative aux produits et procédés de traitement des eaux destinées à la consommation humaine fixe à 500 ppm (0,5 mg/g) la teneur en monomère des polymères anioniques et indique que la teneur maximale en monomère dans l’eau destinée à la consommation humaine doit être de 0,1 μg/L. Cela implique que la dose maximale en polymère admissible serait de 0,2 mg/L.
Les procédés Veolia de clarification (Actiflo™, Multiflo™, Spidflow™) utilisés pour l’élimination de la turbidité, des matières organiques et de la couleur, et ceux employés en étape d’affinage en vue de l’élimination des pesticides et des matières organiques (Actiflo Carb™ et Multiflo Carb™), grâce à l’addition de charbon actif en poudre recirculé en continu au sein de l’ouvrage, impliquent des dosages en polymères qui se situent entre 0,1 et 0,6 mg/L.
Lorsque deux Actiflo sont utilisés en série selon une configuration Actiflo™ - Actiflo Carb™, le dosage total en polymère se situe entre 0,5 et 0,8 mg/L.
[Photo : HPLC – MS (Laboratoire CAE Saint Maurice).]
Si on se réfère à l’arrêté du 11 janvier 2007 relatif aux limites et références de qualité des eaux destinées à la consommation humaine (mentionnées aux articles R.1321-2, R.1321-3, R.1321-7 et R.1321-38 du code de santé publique), la limite de qualité pour l’acrylamide est de 0,1 µg/L.
« La limite de qualité se réfère à la concentration résiduelle en monomères dans l’eau, calculée conformément aux spécifications de la migration maximale du polymère correspondant en contact avec l’eau ».
Il apparaît ainsi que le résiduel d’acrylamide dépendra notamment de la pureté du produit et donc de sa teneur initiale en monomères. Plus la teneur en monomères est faible, plus le dosage en polymère pourra être élevé, tout en respectant la valeur de 0,1 µg/L du résiduel acrylamide dans l’eau traitée.
Cela signifie par exemple qu’un polymère qui s’inscrit dans une teneur de 200 ppm en monomères permet un dosage dans l’eau autour de 0,5 mg/L.
Nous avons voulu vérifier sur un certain nombre de sites utilisant une configuration avec deux Actiflo, le résiduel en monomère d’acrylamide dans l’eau traitée.
À ce titre, Veolia a lancé une campagne d’analyses sur la quantification des monomères d’acrylamide sur le produit brut (SN Floeger) et également sur les eaux traitées (sortie Actiflo – Actiflo Carb) concernant cette fois le résiduel de monomère d’acrylamide.
Matériel et Méthodes
Toutes les analyses ont été effectuées par le Laboratoire CAE (Saint Maurice).
Analyse du produit commercial
L’analyse du produit commercial (solide) est faite avec le fabricant selon une technique qui implique :
- - Extraction liquide (alcool) – solide (polymère poudre)
- - Quantification par HPLC et détection UV
- - Précision de la mesure : 5 µg/g
Analyse du résiduel acrylamide dans l’eau traitée :
- - Ce mode opératoire décrit une méthode de dosage de l’acrylamide par extraction liquide-solide et analyse par Chromatographie Liquide Haute Performance (HPLC) avec détection par spectrométrie de masse triple quadrupôle.
- - Cette méthode est applicable sur les eaux de la filière eaux potables (eaux brutes, eaux intermédiaires et eaux refoulées), sur un domaine de concentrations compris entre 0,02 et 1 µg/L d’échantillon.
Le principe de l’analyse est le suivant :
- - Extraction solide-liquide de 100 mL d’échantillon par adsorption des composés sur une cartouche contenant une phase solide sélective (cartouches polaires SPE JT Baker CARBON, 1000 mg)
- - Séchage des cartouches
- - Élution des composés avec 10 mL de méthanol
- - Concentration de l’extrait sous flux d’azote (Zymark, température du bain = 25 °C)
- - Reprise de l’extrait dans de l’eau HPLC pour obtenir un volume de 1 mL
- - Analyse par HPLC/MS-MS (logiciel de retraitement Mass Lynx)
Système :
Acquity Ultra Performance LC – Waters
Quattro Premier XE – Waters
Colonne :
Thermo HYPERCARB 5 µm – 2,1 × 150 mm chauffée à 35 °C
Volume d’injection : boucle partielle de 10 µL
Réfrigération du passeur à 4 °C
Solvants de rinçage :
- Weak solvent : ACN/H₂O : 10/90
- Strong solvent : ACN/H₂O : 90/10
Phase mobile :
- Solvant A : Eau HPLC + 0,05 % acide formique
[Figure : Dosage d’acrylamide dans de l’eau distillée dopée en polymère anionique AN 905.]
[Photo : Figure 2 : Dosage d’acrylamide dans de l'eau d’Evian dopée en polymère anionique AN 905.]
Solvant B : Méthanol + 0,05 % acide formique
Débit : 0,2 mL/min
Gradient d’élution
Résultats et discussion
Les essais ont porté sur des eaux de matrice chimique différente afin d’observer les interférences éventuelles des éléments entrant dans la composition chimique de l’eau.
Eau distillée
Différentes doses de polymère AN 905 (SN Floerger, agréé eau potable) sont injectées dans de l’eau distillée. La teneur en monomères du polymère AN 905 annoncée par le fabricant se situe entre 60 – 200 ppm (0,06 – 0,2 µg/g). Les doses de polymère sont les suivantes : 0 mg/L, 0,2 mg/L, 0,4 mg/L, 0,6 mg/L, 0,8 mg/L, 1 mg/L.
Selon la teneur en monomères du produit, les valeurs attendues en acrylamide devraient respectivement être égales à : 0 µg/L ; 0,04 µg/L ; 0,08 µg/L ; 0,12 µg/L ; 0,16 µg/L ; 0,20 µg/L pour la valeur maximale de 200 ppm. Les résultats obtenus sont illustrés sur la figure 1.
On note que la valeur-limite en acrylamide de 0,1 µg/L n’est pas obtenue même pour des dosages en polymères de 1 mg/L. On reste loin des valeurs théoriques basées sur une teneur de 200 ppm, signifiant qu’on serait plutôt autour de 80 ppm.
Eau minérale Evian
Le même protocole a été reconduit avec des dosages identiques en polymère AN 905. Les mêmes conclusions que pour l’eau distillée sont observées avec, toutefois, des valeurs plus faibles dues probablement à un effet des ions minéraux.
Résultats sortie Actiflo™
Les résultats obtenus sur divers sites fonctionnant avec des Actiflo™ sont les suivants :
Dosages en polymères AN 905 variables entre 0,2 et 0,8 mg/L
- • Site A (0,2 mg/L) – Acrylamide : 0,02 µg/L
- • Site B (0,6 mg/L) – Acrylamide : 0,04 µg/L
- • Site C (0,6 mg/L) – Acrylamide : 0,04 µg/L
Les valeurs en acrylamide obtenues sont cohérentes avec celles mesurées par dopage avec l’eau minérale et montrent bien que la teneur en monomères du polymère AN 905 est bien inférieure à la valeur sécuritaire garantie par le fabricant (200 ppm).
La concentration en acrylamide résiduelle dans une eau clarifiée dépend soit du dosage en polymère injecté lors de l’étape de floculation, soit de sa teneur initiale dans le produit.
Afin de respecter une concentration de 0,1 µg/L dans l’eau traitée, il convient au préalable de connaître auprès du fabricant la teneur en acrylamide de son produit.
Ainsi, pour le traitement d’une eau de rivière riche en matières organiques nécessitant par exemple deux étapes successives de clarification (traitement de la turbidité et d’une partie des MON) suivie d’une seconde étape d’affinage (élimination des MO résiduelles par adsorption sur CAP), l’addition globale de polymère se situerait entre 0,5 et 0,8 mg/L.
Si la teneur en acrylamide du polymère est de l’ordre de 200 ppm, la dose globale de polymère pouvant être injectée sera égale à 0,5 mg/L pour respecter la valeur limite de 0,1 µg/L en acrylamide résiduelle dans l’eau traitée.
Comme en réalité la pureté du produit se situe plutôt autour de 80 µg/g, la dose globale de polymère pouvant être injectée serait de 1,25 mg/L.
Il apparaît ainsi qu’une configuration de traitement impliquant deux Actiflo™ en série se traduit par un résiduel en acrylamide largement inférieur à la limite requise de 0,1 µg/L, car la pureté du polymère utilisé est supérieure à celle qui a servi de base pour l’élaboration de la limite de qualité.
Il est probable que la qualité des polymères testés lors de la parution de la circulaire du 26 décembre 1991 relatifs à ces floculants n’était pas aussi précise qu’aujourd’hui et que les techniques actuelles de préparation permettent de descendre bien au-dessous du seuil des 500 ppm. Ceci permet l’emploi de dosages plus élevés en polymère comme agent de floculation tout en respectant la limite de résiduel acrylamide de 0,1 µg/L.
Remerciements : Nous remercions toute l’équipe du laboratoire CAE-Veolia Environnement (analyses LCO) basée à Saint-Maurice pour l’aide qu’elle nous a apportée sur le plan analytique.
