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Problèmes d'eau

PROBLÈME DE NITRATES-NITRITES

Les principales sources de nitrates-nitrites sont les fertilisants agricoles, le fumier, les rejets sanitaires et la décomposition d’organismes végétaux et animaux. Ils sont entraînés vers les eaux de surface et les nappes d’eau souterraine par l’infiltration de la pluie et de la fonte des neiges. Les infiltrations sont donc plus importantes au printemps et à l’automne.

La présence de nitrates-nitrites dans l’eau :

Au-delà de 5 mg/l
Il est important de noter qu’une concentration de nitrates-nitrites supérieure à 5 mg/l justifie un suivi régulier, au moins deux fois par année, puisque les concentrations peuvent varier dans le temps.

Au-delà de 10 mg/l
Si la concentration de nitrates-nitrites détectée dans l’eau excède la norme précisée dans le Règlement sur la qualité de l’eau potable, soit 10 mg/l, cette eau ne doit pas être utilisée pour l’alimentation des nourrissons de moins de six mois ni par les femmes enceintes. La population en général doit également éviter le plus possible de consommer régulièrement une eau dont la concentration en nitrates-nitrites excède la norme établie.

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.

MANGANÈSE (LARGAGE NOIRÂTRE DANS L’EAU)

Indices : tache noirâtre sur les accessoires de salles de bain, la robinetterie et la lessive.

Explications : interaction entre le dioxyde de carbone ou les matières organiques avec un sol manganésifère (concentrations supérieures à 0,05 ppm). Normalement combiné avec du fer.

Traitements :

1. Oxyfiltre qui peut être un filtre au sable vert, un filtre MTM ou un filtre à médias catalytiques. Limite entre 2 et 15 ppm de fer et de manganèse combinés. Plusieurs facteurs influencent le traitement. Le pH doit être supérieur à 6,8 et préférablement entre 7-8 ;

2. Adoucisseur de résines échangeuses de cations pour le manganèse dissout seulement. Minimum 10 livres de sel par pi3. Dureté minimum de 1 grain par 0,05 ppm ;

3. Les autres procédés généralement utilisés pour enlever le fer peuvent être utilisés pour enlever le manganèse. Équipement utilisant du Birm comme média dans certaines conditions. Généralement avec injection d’air.

GOÛT MÉTALLIQUE OU AMER

Indices : goût métallique ou amer.

Explications : soit un pH très bas 4,5-5,5, soit une forte concentration de fer (plus de 3,0 ppm Fe).

Traitements : corriger en élevant le pH, généralement avec un média de calcite. Injecter du bicarbonate de soude ou caustique.

GOÛT D’EAU SALÉE

Indices : eau salée, minérale, saumâtre, alcaline en plus de produire un certain effet laxatif dans certaines circonstances. Peut tacher l’aluminium.

Explications : forte concentration de sodium, de magnésium ou de matières dissoutes totales ou d’alcalinité - NaCl, Na2SO4, MgSO4. SO4, CI, HCO3, TDS.

Traitements :

  1. Aucun traitement économique pour des concentrations qui sont supérieures à 2 000 ppm ;
  2. Pour l’eau de consommation, viser l’osmose inversée ;
  3. Utiliser une technologie membranaire comme l’osmose inversée ;
  4. Déminéraliser avec un mélange de résines anioniques/cationiques.

L’EAU EST DE COULEUR ROUILLE (FER TYPE 2)

Indices A-B : l’eau est de couleur rouille lorsque l’eau froide coule. Des particules de couleur rouge-rouille se dépensent au fond d’un verre après un court laps de temps.

Explications A : fer non dissout et précipités (Ferric, Fe³+).

Traitements A :

1. Si le fer est entièrement sous cette forme (Ferric, Fe³+) et qu’aucun fer dissout n’est présent (Ferrous Fe²), un filtre à sédiments multimédias avec lavage à contre-courant peut être suffisant. Pour de meilleurs résultats, utiliser un filtre au Birm mais uniquement lorsque la concentration d’oxygène est supérieure à 15 % comparativement à la concentration totale en fer;

2. Un OxyFiltre peut être utilisé avec une vaste gamme de médias tels le sable vert ou autre média avec régénération intermittente au permanganate de potassium. Cette méthode exige un pH supérieur à 6,8 et inférieur à 8;

3. Certains modèles d’OxyFiltres catalytiques utilisent des médias qui ne requièrent pas de régénération au permanganate de potassium, mais plusieurs facteurs doivent être évalués par un professionnel avant d’envisager cette option. Cette méthode exige un pH supérieur à 6,8 et idéalement inférieur à 8;

4. Pour des concentrations supérieures à 10 ppm ou pour résoudre simultanément plusieurs problèmes d’eau, une méthode d’oxydation et de filtration est recommandée. L’oxygène, le chlore, le permanganate de potassium, l’ozone, le peroxyde et d’autres oxydants peuvent être utilisés pour transformer le fer dissout (Fe²) en fer non dissout (Fe³+) pour ensuite être en mesure de l’enlever par filtration mécanique. Pour envisager l’injection d’un de ces oxydants, il est primordial que toute matière oxydable ou toute autre substance qui réagit avec un oxydant ait une concentration stable. Si la qualité de l’eau brute est changeante, il peut s’avérer difficile de calibrer le bon dosage de l’oxydant injecté. L’oxygène offre une plus grande flexibilité dans le cas d’une qualité d’eau brute instable. En présence de matières organiques et lorsque le chlore est utilisé, il est important de porter une attention particulière à la possibilité de formation de produits dérivés du chlore. Une combinaison de chlore et d’un autre oxydant ou l’utilisation d’un filtre au charbon activé peut devenir indispensable. Lorsque le chlore est utilisé et que l’élimination du résiduel de chlore libre est souhaité, un filtre au charbon activé devra être utilisé, mais il devra être précédé d’un filtre à sédiments lorsque la turbidité après oxydation est supérieure à 10 utn. *Pour toutes les méthodes énumérées, le pH doit être supérieur à 6,8 et idéalement inférieur à 8.

Explications B : fer intermittent, généralement au début de la consommation ou lorsque la consommation est occasionnelle. Habituellement causé par une adsorption de fer dans une vieille tuyauterie où un pH est inférieur à 6,6.

Traitements B : installer un filtre calcite pour corriger simultanément le pH et filtrer le fer non dissout.

L’EAU COULE CLAIREMENT (FER TYPE 1)

Indices : taches de couleur brun-rouge sur les accessoires de plomberie, la vaisselle et la lessive. L’eau coule clairement cependant une couleur rouille apparaît lorsque l’eau est chauffée. Le café et le thé sont plus foncés.

Explications : présence de fer dissout (Ferrous Fe²) en concentration généralement supérieure à 0,3 ppm. L’eau coule clairement. *Ne pas confondre avec (Ferric, Fe³+).

Traitements :

1. Installer un adoucisseur d’eau ou un échangeur d’ions cationiques CRF qui peut enlever le fer dissout (Fe²) jusqu'à des concentrations de 10 ppm. Pour être en mesure d’éliminer le fer par échange d’ions, l’eau brute doit contenir du calcium et du magnésium en concentration d’au moins 5 grains/gallon pour chaque ppm de fer. Des calculs spéciaux doivent également être effectués lors de la programmation de l’équipement et un acide spécial (Rust Weapon) devra être utilisé en combinaison avec le sel lors de la régénération. L’eau ne doit en aucun cas être oxygénée ou contenir un oxydant;

2. S’il n’y a pas de dureté dans l’eau et qu’il n’est pas justifié d’utiliser un échangeur d’ions cationiques, un Oxyfiltre peut être utilisé avec une vaste gamme de médias tels le sable vert ou autre média avec régénération intermittente au permanganate de potassium. Cette méthode exige un pH supérieur à 6,8 et idéalement inférieur à 8;

3. Certains modèles d’Oxyfiltres catalytiques utilisent des médias qui ne requièrent pas de régénération au permanganate de potassium, mais plusieurs facteurs doivent être évalués par un professionnel avant d’envisager cette option. Cette méthode exige un pH supérieur à 6,8 et idéalement inférieur à 8;

4. Pour des concentrations supérieures à 10 ppm, ou pour résoudre simultanément plusieurs problèmes d’eau, une méthode d’oxydation et de filtration est recommandée. L’oxygène, le chlore, le permanganate de potassium, l’ozone, le peroxyde et d’autres oxydants peuvent être utilisés pour transformer le fer dissout (Fe²) en fer non dissout (Fe³+) pour ensuite être en mesure de l’enlever par filtration mécanique. Pour envisager l’injection d’un de ces oxydants, il est primordial que toute matière oxydable ou toute autre substance qui réagit avec un oxydant ait une concentration stable. Si la qualité de l’eau brute est changeante, il peut s’avérer difficile de calibrer le bon dosage de l’oxydant injecté. L’oxygène offre une plus grande flexibilité dans le cas d’une qualité d’eau brute instable. En présence de matières organiques et lorsque le chlore est utilisé, il est important de porter une attention particulière à la possibilité de formation de produits dérivés du chlore. Une combinaison du chlore et d’autres oxydants ou l’utilisation d’un filtre au charbon activé peut devenir indispensable. Lorsque le chlore est utilisé et que l’élimination du résiduel de chlore libre est souhaité, un filtre au charbon activé devra être utilisé, mais il devra être précédé d’un filtre à sédiments lorsque la turbidité après oxydation est supérieure à 10 utn. *Cette méthode exige un pH supérieur à 6,8 et idéalement inférieur à 8.

FER ORGANIQUE ET BACTÉRIES DU FER

Indices : largage brunâtre qui ne précipite pas. Peut former un film ou une peau.

Explications : source de fer organique (bactéries Crenothrix, Sphaerotilus, Gallionella et Sideiocapsa).

Traitements : détruire les bactéries du fer avec une solution d’acide hydrochlorique ou par chloration suivi d’une filtration ou d’un filtre au charbon activé.

 

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