Déferrisation & Démanganisation

LE TRAITEMENT

Pour l’eau potable et l’industrie 

Le fer (Fe) et le manganèse (Mn) dans l’eau potable ne doivent pas dépasser les taux autorisés pas la norme française à savoir :

Fe < 0,20 ppm

Mn < 0,05 ppm

Dans de nombreux endroits, la teneur en Fer et Manganèse dépasse ces valeurs et doit faire l’objet d’un traitement de façon, d’une part, à respecter les normes de potabilité mais aussi de façon, à protéger les équipements électrodomestiques ou industriels ou encore pour répondre à des exigences « process ».

L’ORIGINE

Ils sont présents à l’état naturel en fonction de la nature des couches géologiques traversées aussi bien dans les eaux de surface (lacs, rivières…) que dans les eaux de profondeurs (sources, forages…).

Le fer peut aussi être présent dans les réseaux de distribution d’eau potable ou industrielle à cause de l’oxydation des tuyauteries qui véhiculent cette même eau.

REALISER UNE ANALYSE DE L’EAU 

 

Avant de vouloir envisager tout traitement de son eau en suspectant la présence de Fer ou de Manganèse il y a lieu de faire réaliser une analyse de son eau pour pouvoir qualifier un éventuel besoin.

Les paramètres minimums à faire contrôler pour pouvoir réaliser une étude de traitement de votre eau avec toutes les sécurités de résultats sont :

LE FER

Fe exprimé en ppm

Le Fer est généralement divisé en deux grandes catégories :

  1. a) le Fer soluble ou Fer dissous (Fe++) est la forme la plus commune qui est généralement à l’origine des plaintes et problèmes des utilisateurs.

Si de l’eau prélevée est mise en contact avec l’atmosphère, des particules brunes rougeâtres apparaissent après quelques minutes.

  1. b) Le Fer insoluble ou Fer oxydé (Fe+++).

Si de l’eau est prélevée elle est immédiatement de couleur rouille ou rouge.

Cependant le Fer peut se combiner avec différents composants naturels comme les acides ou les matières organiques et créer des formes intermédiaires voir des complexes pouvant donner des colorations de type jaunes ou brunes.

LE MANGANESE

Mn exprimé en ppm.

En cas de présence d’au moins l’un de ces deux contaminent (Fe ou Mn) il y a lieu de faire les analyses ci-dessous pour pouvoir envisager l’étude d’un traitement approprié :

ETUDE DES TRAITEMENTS

Si possible faire réaliser la majorité des analyses sur site ou réaliser le prélèvement à l’abri de l’atmosphère dans une bouteille en plastique remplie à 100% et immédiatement bouchonnée. L’échantillon devra être porté dans les meilleurs délais à un laboratoire spécialisé.

 

  • Le titre hydrotimétrique

    TH exprimé en °F exprime la dureté de l’eau.

  • Le potentiel hydrogène

    Ph exprimé sur une échelle de 0 à 14 (0 acide, 7 neutre, 14 basique)

  • Le potentiel redox

    Re exprimé en mV

  • L’oxygène dissous

    O2 exprimé en ppm nécessaire à la réaction catalytique d’oxydation du Fer et du manganèse

  • Le sodium

    Na exprimé en ppm. Peut être calculé par différence si le TH, TAC, Cl, SO4 et Ph sont connus

  • L’alcalinité ou le taux de bicarbonates

    HCO3 exprimé en ppm ou le TAC (titre d’acide fort) exprimé en °F

  • Le sulfate

    SO4 exprimé en ppm

  • Le chlorure

    Cl exprimé en ppm

  • Le chlore libre

    Cl2 exprimé en ppm

  • Le sulfure d’hydrogène

    H2S exprimé en ppm

    (Odeur d’œuf pourri)

  • L’ammoniaque

    NH4 exprimé en ppm

  • Les matières en suspension

    MES exprimées en ppm

  • La turbidité

    Coloration d’eau –  L’eau exprimée en NTU

  • La bactériologie

    Teneur et nature des germes présents exprimés en colonies par ml (cfu/ml)

QUANTIFIER LES BESOINS

Lorsque l’analyse d’eau est réalisée, il faut faire un bilan précis des besoins en eau :

– Débit nominal (m3/h)

– Débit de pointe (m3/h)

– Consommation journalière (m3/j)

– Nécessité de fournir de l’eau traitée 24/24h ou possibilité d’interrompre le traitement la nuit pour la réalisation éventuelle d’un cycle de régénération ou de lavage d’un filtre.

– Qualité de l’eau à obtenir : faut-il impérativement réduire les teneurs en Fe et Mn pour obtenir les niveaux exigés par le législateur en matière d’eau potable ou faut-il réduire raisonnablement les teneurs pour un usage privé ou industriel.

– Faut-il garantir une potabilité d’un point de vue microbiologie ?

– Faut-il garantir d’autres paramètres physico-chimiques ?

LES METHODES DE TRAITEMENT

De nombreuses méthodes existent pour le traitement du Fer et du Manganèse.

Nous n’avons retenu que 4 méthodes permettant de répondre à 95% des applications tout en gardant des filières de traitement simple à mettre en œuvre et pouvant répondre à des critères techniques et financiers contrôlables.

LE BIRM

Le mot BIRM ® est un acronyme de « Backwashing Iron Removal Filter ». C’est un dioxyde de Manganèse imprégné d’un silicate d’alumine utilisé comme média dans les filtres à oxydation catalytique pour le Fer principalement mais aussi pour le manganèse lorsqu’il est présent en faible concentration.

Le Birm ® agit comme un catalyseur entre l’oxygène dissous et le fer soluble engendrant une réaction d’oxydation du Fer dissous (Fe++) en Fer insoluble (Fe+++) et produit un hydroxyde de Fer qui précipite et peut être facilement filtré sur le lit de Birm ® dont les propriétés physiques en font un excellent filtre qui est facilement contre lavable permettant  ainsi d’évacuer les précipités.

Le coût d’exploitation du Birm ® est particulièrement faible car il ne nécessite pas de produit chimique  pour sa régénération, un simple contre lavage suffit.

Cependant le Birm ® a ses limites : l’eau ne doit contenir ni huile, ni sulfure d’hydrogène et le taux de matières organiques ne doit pas excéder 4 à 5 ppm..

De plus, l’eau doit contenir au moins l’équivalent en oxygène dissous de 15% de la valeur de Fer et Manganèse à traiter, il faut donc dans de nombreux cas procéder à une injection d’air permettant c’est apport en oxygène absolument indispensable.

La teneur en sulfure d’hydrogène (H2S) doit être inférieure à 1 ppm.

La présence d’ammoniaque (NH4) perturbe fortement le fonctionnement du Birm ®.

Enfin, la plage de Ph de fonctionnement doit se situer impérativement au-dessus de 6,8 et en dessous de 9,0 pour un bon fonctionnement.

En cas de présence de Manganèse seul, la plage de Ph se situe entre 8,0 et 9,0.

En cas de Fe couplé à du Manganèse, le Ph doit être inférieur à 8,5 sous peine de création d’un colloïde de Fer quasiment impossible à filtrer.

Le Birm ® peut être utilisé pour des eaux contenant 0,3 à 8,0 ppm de Fer et 0,2 à 0,4  ppm de Manganèse maximum.

Attention : la présence de chlore réduit l’efficacité  Birm ®.

LE MANGANESE GREEN SAND

Le Manganèse Green Sand ® est une zéolite de manganèse obtenue à partir d’un silicate naturel la « glauconite » plus connue sous le nom de sable vert (Green Sand).

Le Manganèse Green Sand ® est utilisé dans les applications de traitement du Fer et du Manganèse qui sont oxydés et précipités par le contact avec la couche externe de la zéolite constituée d’oxydes de haut degré d’oxydation qui sont alors réduits en oxydes insolubles de degrés d’oxydation inférieure.

Lorsque la zéolite est saturée c’est à dire qu’elle n’est plus capable de libérer des électrons autorisant l’oxydation, elle doit être régénérée avec une solution de Permanganate de Potassium (KMnO4) au même titre qu’un adoucisseur est régénéré avec de la saumure.

Le Manganèse Green Sand ® connaît aussi ses limites : L’eau ne doit contenir ni huile, ni sulfure d’hydrogène et le taux de matières organiques ne doit pas excéder 4 à 5 ppm..

La teneur en sulfure d’hydrogène (H2S) doit être inférieure à 3 ppm.

La présence d’ammoniaque (NH4) perturbe fortement le fonctionnement du Manganèse Green Sand ®.

Enfin, la plage de Ph de fonctionnement doit se situer impérativement au-dessus de 6,5 et en dessous de 8,5 pour un bon fonctionnement.

Le Manganèse Green Sand ® ® peut être utilisé pour des eaux contenant 0,3 à 15,0 ppm de Fer et 0,2 à 0,5  ppm de Manganèse maximum.

Attention : continuer à utiliser le Green Sand @ après son épuisement peut endommager le média

LE MTM 

Ce produit est une zéolite de manganèse au même titre que le green sand ® mais avec une densité inférieure et une capacité de travailler sur des pH plus bas.

Il nécessite en outre une vitesse de détassage inférieure.

LA PYROLUSITE

La pyrolusite est un minéral naturel contenant 80% de dioxyde de manganèse : son pouvoir catalytique du fer et du manganèse surpasse les produits traditionnels tels que le Birm, le Green Sand Plus ou le MTM.

Mélangé à raison de 40 à 50% avec du sable,  il reste stable sur des pH allant de 5,0 à 9,0.

Pour autant que le potentiel redox soit supérieur à 170 mV et que le pH soit compris entre 6 ,5 et  8,5, il ne nécessite ni ajout d’oxygène ni autre oxydant.

Pour des pH compris entre 5,0 et 6,5 ou entre 8,5 et 9,0 le dosage en continu d’un oxydant devient nécessaire, mais  le temps de contact peut être réduite à quelques secondes.

En cas de présence de manganèse il est parfois nécessaire de remonter le pH autour de 8,0.

Dans les cas les plus critiques sur des eaux contenant du fer complexé à des matières organiques, de bons résultats ont été obtenu en dosant du permanganate de potassium

Il est toujours préférable d’installer quand cela est possible une oxydation en tête du Pyrolusite pour s’assurer que la réaction d’oxydation réduction sera complète, et garantir la longévité du média.

Une oxydation à l’air est simple et peu onéreuse, l’oxydation avec du chlore reste cependant plus efficace et permet un contrôle du développement bactérien dans le filtre.

Oxydants possibles :

  • – Chlore
  • – Peroxyde d’hydrogène,
  • – Permanganate de potassium
  • – Oxygène (air)

 

PRECAUTIONS

Compte tenu de ce qui précède, le choix de la filière de traitement devra faire l’objet d’une étude rigoureuse prenant en compte les différents paramètres de l’analyse de l’eau mais aussi des besoins quantitatifs et des objectifs fixés.

Le traitement du Fer et du Manganèse et une des techniques les plus difficiles à mettre en œuvre dans le traitement des eaux propres compte tenu des nombreux paramètres influents pouvant perturber le bon fonctionnement de l’une ou de l’autre des technologies.

Il ne peut être que très largement conseillé de procéder à un essai pilote systématique permettant de valider le choix de la filière de traitement.

De même, il est très fortement déconseillé de ne pas travailler par analogie, deux forages distants de quelques centaines de mètres pouvant présenter des eaux de qualités foncièrement différentes.

Enfin, il ne faut pas confondre déferrisation et filtration, une eau chargée en matière en suspension devra être filtrée avant d’alimenter le déferriseur pour éviter de colmater ce dernier et de l’empêcher de réaliser sa fonction de base.

De même, le traitement du Fer et du manganèse ne suffit pas à potabiliser une eau, la présence d’autres polluants chimiques comme les nitrates ou la présence potentielle de bactéries doivent être traités de façon séparé.

Pour le dimensionnement des équipements, utiliser impérativement les fiches spécifiques des différents médias qui contiennent d’autres informations techniques indispensables à l’étude finale.

Le choix des matériels mis en œuvre pourra facilement être validé par un ingénieur d’ADH2OC INDUSTRUAL, mais la préconisation de la filière de traitement devra  être validée par un essai pilote et reste toujours sous la responsabilité du traiteur d’eau.