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MATIÈRES ORGANIQUES OU COT ET COD

Les matières organiques naturelles sont principalement issues de la décomposition des végétaux, des animaux et des micro-organismes. Elles peuvent donc être très diverses relativement à leur composition pour établir une description précise de leur composition moyenne. Elles ont beaucoup d’impact sur les paramètres de qualité de l'eau : couleur, odeur, sous-produits de désinfection, saveur, etc.

Indices : variables.

Explications : les matières organiques sont à l'origine de la dégradation de la qualité de l'eau. Elles influencent les propriétés organoleptiques de l'eau (odeur et goût). Elles peuvent également être la cause d'une certaine toxicité acquise au cours du traitement, par le biais de la métabolisation de certains composés, comme la formation de THM induite par oxydation, plus particulièrement par chloration. Enfin, elles influencent directement la stabilité biologique de l'eau dans le réseau de distribution.

Les différentes analyses des matières organiques

Oxydabilité au permanganate de potassium, KMnO4 : cette analyse consiste en une oxydation chimique à chaud (100 °C) en milieu acide pendant 10 minutes.
Absorbance UV : cette méthode de mesure est très pratique, mais certains éléments minéraux représentent une source d'interférence. En outre, les résultats peuvent dépendre de la nature des matières organiques analysées. Une densité optique de 1 pour des cuves de 1 cm équivaut à une valeur approximative de 30 à 45 mg O2/l de l’oxydabilité au KMnO4 en milieu acide.

Carbone organique total (COT) et dissout (COD) : pour une eau de surface, le COT est en général composé de 90 % de carbone organique dissout (COD) et de 10 % de CO particulaire. Le COD représente les matières organiques restantes après filtration sur des membranes de 0,45 microns. Il existe une corrélation entre le COD et l’absorbance UV : UV (1 cm, 254 nm) / COD environ 0,03 à 0,04 pour les eaux de surface.

Carbone organique dissout biodégradable (CODB) : il est estimé à partir de la décroissance du COD après une longue période d’incubation (28 jours) en présence d’une suspension de bactéries ou d’une biomasse fixée. Pour les eaux de surface, la valeur du CODB est en général au maximum de 30 % du COD.
Les termes COR ou CODR sont réservés au carbone organique bioréfractaire dans les conditions du test : COR = COD – CODB.

Demande chimique en oxygène (DCO) : cette analyse est réalisée avec une oxydation des matières organiques par du dichromate de potassium en excès (Cr2O7) en milieu acide et chauffé.

Demande biochimique en oxygène (DBO5) : cette analyse biochimique, menée sur 5 jours, mesure une dégradation partielle de la matière organique par des micro-organismes (voie biologique). Elle est exprimée en mg O2/l.

Traitements :

1. Filière classique de coagulation-floculation-décantation-filtration-désinfection : les essais de floculation (jar tests) préalables permettent de déterminer la dose de coagulants à utiliser, cette dernière dépendant fortement de la nature de la matière organique présente. Cependant, les doses sont généralement voisines de 2 mg Fe/mg COT pour les sels de fer et de 1 mg Al/mg COT pour les sels d'aluminium. Si les essais de floculation (jar test) permettent d'atteindre des rendements de 75 % sur l'élimination de la matière organique, les performances réelles sont vraiment proches de 60 % pour les trois premières étapes. La filtration servant essentiellement à l'élimination des matières particulaires résiduelles, son efficacité sur l'abattement du COT n'est que très modeste (quelques %). Par contre, si les conditions requises au développement d’un film biologique sur les grains de sable sont remplies, l’abattement peut être augmenté. Quant à la désinfection, le réactif chimique utilisé pour l'inactivation des micro-organismes peut aussi oxyder une fraction de la matière organique restante.

2. Charbon actif en poudre ou en grains : les utilisations sont spécifiques. Utilisé sous forme de poudre (CAP), il permet de traiter soit les pointes saisonnières de pollution, soit les pollutions accidentelles. L'efficacité du CAP dépend de la nature et de la concentration des micropolluants, du type de charbon utilisé (taille des pores) et de la dose de CAP injectée. En ce qui concerne le charbon actif en grains (CAG), il est utilisé en filtration pour des traitements de finition, car il permet l'amélioration de nombreux paramètres liés à la matière organique naturelle : couleur, goût, odeur, demande en désinfectant, potentiel de formation de THM, etc. En outre, son utilisation en filtration biologique permet d'obtenir des rendements d'élimination du CODB pouvant aller jusqu'à 80 % à 18 °C, mais ne dépassant pas 30 % à 8 °C. Nous recommandons de porter une attention particulière au contrôle des micro-organismes avec cette méthode de réduction.

3. Membranes : des utilisations différentes en fonction des seuils de coupure. La microfiltration et l’ultrafiltration sont généralement utilisées à la place d'une filière classique de clarification-filtration. Cependant, dans certains cas, il est nécessaire d'avoir recours à une coagulation préalable (grand volume) pour certaines matières organiques trop petites pour être retenues ou des pores de membrane trop grands. Généralement, les rendements obtenus sont de l’ordre de 10 à 40 %, sauf s’il fait recours à une injection de CAP. Dans ce cas, les rendements sont identiques à ceux obtenus dans les filières de clarification-filtration. La nanofiltration peut permettre la correction d’un ou plusieurs paramètres dont l’abattement de la matière organique. Les rendements d'élimination de la matière organique naturelle sous forme de COD et CODB sont de l'ordre de 95 % (même ordre de grandeur pour les précurseurs de THM). Pour l’eau de consommation seulement (POU), nous recommandons l’utilisation de l’osmose inversée qui résout généralement plusieurs problèmes possibles de qualité d’eau.

4. Oxydation par l'ozone, le dioxyde de chlore ou le chlore : des actions variées et quelques inconvénients. L'ozone peut être utilisé en préoxydation ou interoxydation. Une fraction variable du COD est alors transformée en CODB, ce qui favorise ensuite la dégradation biologique de cette matière organique et diminue ainsi les problèmes de reviviscence bactérienne dans le réseau. Le principal avantage du dioxyde de chlore est qu'il ne produit pas ou peu de THM. Cependant, il est rarement utilisé en préoxydation pour la réduction de la matière organique. En fonction de son mode de production, il peut être à l'origine de la formation de chlorite. Le chlore devrait de moins en moins être utilisé au Canada en préchloration du fait de sa réactivité importante avec les précurseurs de THM comme, par exemple, les substances humiques. Pour de petits volumes, le chlore peut demeurer une approche à évaluer s’il y a un contrôle de THM par la suite.

5. Méthode pour le traitement de l’eau résidentielle centrale ou pour l’eau de consommation : pour les plus petits volumes d’eau ou l’eau de consommation, la présence continue de matières organiques ou de CO et de pesticides, l'utilisation d'une filtration sur CAG suivie d’UV donnera certains résultats. La technologie membranaire par osmose inversée est certainement une avenue à évaluer. Pour les applications à petits volumes tels un bâtiment, une résidence ou un très petit réseau, une préoxydation au chlore, coagulation et floculation sous pression ou atmosphérique avec décantation, suivie de filtration multimédia et de filtration sur GAC pourrait servir de filières multibarrières. Le tout suivi d’une barrière supplémentaire pour l’eau de consommation comme l’osmose inversée. S’il y a une forte concentration CO, de tannins ou de couleur, la demande en chlore peut devenir problématique et le résultat peut ne pas être celui souhaité. Il existe des résines anioniques qui offrent certains avantages. Le traitement avec réservoir atmosphérique et temps de contact prolongé donne de meilleurs résultats mais requiert une repressurisation.

Pour conclure, la réduction de la concentration de la matière organique est essentielle pour la production d'eau destinée à la consommation humaine car elle est à l'origine des qualités organoleptiques de l'eau distribuée (couleur, goût, odeur) et de sa possible toxicité (présence de THM).

Dans ce cadre, les traitements à appliquer sont choisis en fonction de la nature et des concentrations de la matière organique présente dans les eaux et du volume d’eau à traiter. Une technique de réduction différente pourrait être suggérée pour un réseau à grand volume, un réseau à petit volume, une résidence (POE) ou simplement l’eau de consommation (POE).

Pour les volumes plus importants, il n'existe pas de procédés miraculeux permettant d'éliminer toute la matière organique, et il faut alors considérer l'ensemble d'une filière de production d'eau potable comme un processus assurant l'élimination progressive de la quasi-totalité de la matière organique présente initialement dans l'eau brute.

Pour les volumes plus importants, surtout à partir d’une eau de surface dont l'objectif est d'obtenir un CODB inférieur aux normes pour ne pas favoriser la reviviscence bactérienne dans les réseaux, et donc de limiter la demande en chlore, la filière classique la plus efficace peut être un système multibarrières, soit une préoxydation ozone, suivie de coagulation et floculation, décantation, de filtration média, d’oxydation ozone, de filtration GAC, (UV option), de chloration lorsqu’un résiduel est recherché dans le réseau de distribution.

 

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