problèmes liés aux algues et au phytoplancton

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Ce qui suit concerne non seulement les eaux en état d’eutrophisation, où ces problèmes sont généralement dominants, mais aussi, plus ou moins, toutes les eaux de surface, où ils seront au minimum saisonniers. Seront examinés successivement (voir aussi importance des micro-organismes pour le traiteur d'eau) :

  • l’élimination du phytoplancton : il s’agit des micro-algues en suspension dans l’eau ; on confond souvent ces problèmes d’algues avec ceux du périphyton, mélange de micro- et de macro-algues (filamenteuses le plus souvent) qui se développent sur les supports immergés, en particulier les parois des ouvrages ouverts à l’air libre ; si l’on veut protéger les décanteurs et filtres contre ces phénomènes, en l’absence d’une préchloration, la pose d’une couverture (ex. : bâche plastique opaque) est une solution efficace (voir photo 15) ;
  • l’élimination des substances dissoutes émises par les algues dans le milieu où elles vivent (métabolites) ;
  • les problèmes liés au zooplanction, que l’on peut diviser en deux catégories principales :
    • les risques de pénétration et de développement de micro-invertébrés dans les réseaux, problème purement esthétique mais provoquant parfois de nombreuses plaintes des usagers,
    • le problème sanitaire des kystes de protozoaires parasites, parmi lesquels ceux de Cryptosporidium sont les plus dangereux et les plus difficiles à éliminer et seront donc pris comme exemple type de la stratégie à adopter.
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Photo 15. Installation de Morsang-sur-Seine (tranche II) – Débit 75 000 m3 · j–1 – Superpulsator couvert

élimination des micro-algues planctoniques

microtamisage

En utilisant des toiles dont le vide de mailles est généralement compris entre 25 et 40 µm, le rendement d’élimination moyen varie de 40 à 70 % suivant les populations algales ; individuellement, les espèces les plus petites (comme les diatomées Cyclotella, Stephanodiscus ou les algues vertes Chlorella, Scenedesmus) sont évidemment beaucoup moins bien éliminées (parfois 10% seulement) que les espèces pluricellulaires (ex : Pediastrum), coloniales (ex. : Asterionella) ou filamenteuses (ex. : Melosira, Oscillatoria, Anabaena), dont l’abattement peut atteindre 70 à 100%.

En outre, la turbidité et la demande en coagulant sont très peu affectées par ce traitement. Le microtamisage ne peut donc s’appliquer que dans quelques cas avant une filtration directe (lente ou rapide) pour éliminer des organismes d’une taille nettement supérieure au vide de maille, mais ne constitue pas un traitement en soi, ni un prétraitement économique avant une filière de clarification complète appliquée sur une eau riche en micro-algues.

filtration directe

Elle ne peut se concevoir qu’avec une coagulation-floculation et ne s’applique que sur des eaux assez peu chargées en algues et MES (voir la section la clarification tableau 3). Les limites du procédé peuvent être sensiblement repoussées (< 5000 u/m³), si l’on utilise soit des filtres multicouches (jusqu’à trois couches, en pratique) précédés de microtamis, soit deux filtrations en série. Dans tous les cas, la vitesse de filtration choisie doit être adaptée au problème posé, si possible après des essais sur pilote.

traitement complet

Une eau très riche en algues doit être traitée par une filière adaptée, comportant :

  • une pré-oxydation : le réactif le plus afficace est le chlore, mais s’il ne peut pas être utilisé à ce stade (THM, etc …), une pré-ozonation bien réglée s’avère également très efficace ;
  • une coagulation, en ajoutant la dose de coagulant correspondant à l’annulation du potentiel Zêta et pas seulement à l'obtention de la turbidité minimale ; pour déterminer le taux de traitement, il faut donc pratiquer des études électrophorétiques (au Zétamètre, voir la section analyses spécifiques et fig. 7), ou sinon, compter les algues dans les diverses eaux décantées du jar-test ;
  • une décantation dans un appareil à lit de boues (Pulsator lamellaire ou non), plus efficace qu’un décanteur statique ; le Densadeg donne d’aussi bons résultats ; si l’eau brute s’y prête (turbidité < 25-30 NTU), la flottation à air dissous (Aquazur, Flotazur P ou Rictor, voir la section les flottateurs de clarification) est préférable car la séparation y est plus facile ; en outre, elle fournit souvent des boues plus concentrées (jusqu’à 25 à 30 g/l) et a permis dans certains cas une réduction de la dose de coagulant ; toutefois, si on choisit le CAP pour résoudre des problèmes épisodiques de goûts et odeurs et/ou de toxines liés aux algues ou tout autre problème de pollution organique dissoute, il faut préférer un décanteur à lit de boues (utilisé seul ou dans le cadre du procédé "Cristal étendu", voir la section les procédés membranaires) ;
  • une filtration sur sable ou bicouche pour compléter la séparation.

Si la station comporte en outre un affinage par O3 + CAG, le résultat sera encore amélioré ; toutefois, une élimination quasi-totale des micro-algues ne pourra être obtenue que par un procédé à membranes. Le tableau 8 récapitule les performances que l’on peut attendre des différentes technologies exploitées dans des conditions optimales.

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Tableau 8. Élimination des algues par différentes filières

élimination des métabolites d’algues

Parmi les substances émises par les algues dans le milieu aquatique (voir la section micro-organismes dont l'eau douce est l'habitat naturel), les plus importantes pour le traiteur d’eau sont les composés sapides et odorants et les toxines algales.

Les procédés conventionnels de clarification sont en général inopérants, aussi bien en ce qui concerne les goûts et odeurs que les toxines.

L’ozone seul élimine bien certains goûts et odeurs, mais son action n’est que partielle sur d’autres composés, en particulier ceux dont la molécule ne comporte pas de double liaison ou de cycle aromatique (ex. : géosmine, 2-MIB) ; l’association O3 + H2O2 (oxydation radicalaire par le procédé Perozone) donne de meilleurs résultats, mais par rapport à l’ozonation seule, elle conduit à une formation accrue de CODB et de sous-produits d’oxydation des MO, en particulier des pesticides, d'où son abandon progressif.

En l’absence de COT, les toxines peuvent être éliminées par l’ozone même à faible dose ; dans le cas contraire, la cinétique d’oxydation des MON est la plus rapide et il faut atteindre une teneur appréciable en O3 résiduel (en pratique, avec un CT comparable à celui d’une désinfection) ; en outre, on ne connaît pas encore bien les éventuels sous-produits d’oxydation des toxines.

La fixation sur CAG (5 à 10 vol-1.h-1) est la meilleure solution pour les deux groupe de composés, mais la saturation survient beaucoup plus rapidement pour les toxines (quelques mois) que pour les goûts et odeurs (plusieurs années) et dans tous les cas d’autant plus vite qu’il y a plus de MON dans l’eau ; toutefois, ces problèmes étant très épisodiques, surtout en ce qui concerne les toxines algales, une régénération biologique du CAGpourra se produire entre deux crises, surtout avec un affinage complet [O3 + CAG] qui constitue donc la solution de choix (voir aussi les sections l'affinage: élimination des matières organiques et élimination du fer).

En l’absence d’une batterie de filtres à CAG, on peut utiliser du CAP dans un décanteur à lit de boues, mais, là aussi, l’influence des phénomènes de compétition avec la MON est très forte et la demande en réactif dépasse souvent un seuil économiquement acceptable si son utilisation doit être fréquente ; on aura alors intérêt à utiliser plutôt le CAP dans le cadre du procédé Cristal étendu après avoir éliminé l’essentiel des MO en clarification (voir la section les procédés membranaires) ; le choix du type de CAP sera également très important, le taux de traitement nécessaire pouvant varier dans un rapport de 1 à 5 suivant l’origine du produit.

problèmes liés au zooplancton

protection du réseau contre les micro-invertébrés

L’abandon de la préchloration a aggravé ce type de problèmes dans de nombreux pays. Lorsque des organismes animaux colonisent un réseau, ce sont en fait souvent des espèces benthiques dont les formes de résistance ou de reproduction ont été apportées par l’eau brute, en mélange avec les espèces planctoniques : il faut donc non seulement arrêter tout le zooplancton (y compris les formes temporairement planctoniques, œufs, kystes, larves etc … des organismes benthiques) au même titre que le phytoplancton, mais, de plus, éviter tout développement animal sur les supports de la station (en particulier les milieux granulaires des filtres).

Un autre principe fondamental de prévention réside dans la suppression de toute nourriture, immédiate (algues, bactéries etc…, vivantes ou mortes ; détritus organiques) ou potentielle (CODB et/ou NH4+ susceptibles de favoriser des reviviscences bactériennes) qui pourrait permettre, dans un deuxième temps, des développements animaux dans le réseau.

Il en découle un certain nombre de recommandations, non limitatives :

  • optimisation de la clarification, élimination poussée de la turbidité, du COT et du phytoplancton ;
  • pré-oxydation et désinfection soignées, même en l’absence de contamination bactérienne (ozonation souhaitable) ;
  • filtration sur sable bien conçue et bien exploitée (lavages air + eau suffisamment fréquents même si l’encrassement est lent) ; éviter toute « crevaison » ;
  • filtres à CAG lavés régulièrement (au moins 1 fois par semaine en été), à l’eau chlorée en cas de besoin ;
  • vidange des décanteurs 1 fois par an au minimum ;
  • traitement des eaux de lavage des filtres si elles sont recyclées ;
  • teneur en chlore résiduel de l’eau traitée au refoulement toujours suffisante.

En outre, le réseau doit être bien entretenu : nettoyage des réservoirs, chasses aux bornes d’incendie, chlorations intermédiaires si nécessaire, etc…

élimination des kystes de protozoaires parasites

Comme expliqué plus avant, ce sont les oocystes de Cryptosporidiumqui seront pris ici comme le modèle. Dans ce cas, le chlore et ses dérivés sont inefficaces ; l’élimination (exprimée en log d’abattement) des oocystes dans les diverses phases d’une filière de traitement peut être estimée comme suit :

  • Préchloration : 0
  • Pré-ozonation : 0 à 0,5
  • Coagulation sur filtre : 1,5 à 3
  • Décantation ou flottation : 1 à 2
  • Filtration sur sable : 1 à 2
  • Filtration sur CAG : 0,5 à 1
  • Ozonation (en fonction du CT) : 0,5 à 1
  • UV (10 à 20 mJ/cm²) : 3
  • Membranes ( MF ou UF ) : > 6

L’abattement global peut être estimé en additionnant les abattements unitaires. Par exemple, une filière comportant pré-ozonation, décantation et filtration sur sable permet de prévoir une élimination de 2 à 4,5 log ; on atteint en fait couramment 4 log sur les stations bien exploitées, mais un affinage par O3 + CAG apporte une sécurité supérieure (ce type de problèmes a renforcé le concept de traitement multibarrières).

A noter que les membranes et l’irradiation UV montrent une nette supériorité sur les autres technologies.

Sur une station conventionnelle, le recyclage des eaux de lavage de filtres (voir la section le traitement des boues) constitue une menace potentielle : les valeurs numériques ci-avant montrent que pour ne pas subir un enrichissement en oocystes, il faut traiter ces eaux avec un potentiel d’abattement ≥ 2 log.