Le fer et le manganèse figurent parmi les contaminants naturels les plus fréquemment rencontrés dans les eaux souterraines. Leur présence peut entraîner divers problèmes : coloration de l’eau, goût métallique, dépôts dans la plomberie, taches sur les appareils sanitaires et perturbations du fonctionnement de certains équipements. De plus, au cours des dernières années, le manganèse a été reconnu comme un contaminant nuisible à la santé en raison des effets neurologiques associés à une exposition prolongée. La contamination d’une source d’eau potable par le manganèse constitue donc un problème de santé publique majeur. Pour éliminer le fer et le manganèse, différentes technologies de traitement peuvent être utilisées. Cet article présente les principales solutions.
L’oxydation suivie d’une filtration
L’approche la plus courante pour traiter le fer et le manganèse consiste à les transformer en particules insolubles par oxydation, puis à les retenir dans un filtre. Cette oxydation est réalisée au moyen d’un agent oxydant adapté aux caractéristiques de l’eau. Lorsque la qualité de l’eau le permet, l’aération peut suffire à oxyder de faibles concentrations de fer. L’eau est alors mise en contact avec l’air, par exemple au moyen de diffuseurs ou d’une chute d’eau, afin d’augmenter sa teneur en oxygène et de favoriser la formation d’oxyde ferrique, qui sera ensuite capté par filtration, sans ajout de produit chimique.
Lorsque l’oxygène seul ne permet pas d’obtenir les résultats souhaités, il est possible de recourir à un oxydant plus puissant, notamment le chlore ou le permanganate de potassium. Ces produits réagissent avec le fer ou le manganèse dissous pour former des particules insolubles qui sont ensuite captées par filtration. Leur dosage doit alors être contrôlé avec soin en fonction des concentrations à traiter, ce qui complexifie l’opération.
Les médias filtrants catalytiques
Certains systèmes utilisent des médias filtrants dotés de propriétés catalytiques qui favorisent l’oxydation du fer et du manganèse directement à leur surface, à l’intérieur de filtres sous pression. Cette approche est particulièrement intéressante pour les exploitants, car elle permet de traiter l’eau en une seule étape compacte.
Tous les médias ne sont pas équivalents. Leur efficacité dépend notamment de leur composition. Le sable vert est le média traditionnellement utilisé pour l’élimination du fer et du manganèse, mais il nécessite un conditionnement chimique périodique. Il est constitué d’un noyau de sable de silice recouvert d’un enrobage de dioxyde de manganèse (MnO2) fusionné à chaud.
D’autres médias sont présentés comme nécessitant peu ou pas d’entretien, mais la réalité est plus complexe. Avec le temps, un film d’encrassement composé notamment de biofilm, de calcaire ou de dépôts de fer peut masquer la surface catalytique et réduire son efficacité. Pour maintenir la performance de ces filtres à long terme, une régénération de la couche d’oxyde à l’aide d’un oxydant, soit le chlore ou le permanganate, est nécessaire. Cette régénération peut être réalisée de façon continue ou intermittente (dans un réservoir ou par trempage). Le permanganate est souvent privilégié au chlore lorsque l’eau présente un risque de formation de trihalométhanes.
L’oxydation et la précipitation du fer sont généralement plus faciles à réaliser que celles du manganèse. Il est donc possible qu’un procédé élimine efficacement le fer tout en laissant subsister une quantité importante de manganèse dans l’eau. Lorsque les deux contaminants sont visés, un ajustement du pH peut parfois être nécessaire pour atteindre les performances souhaitées.
Les paramètres de conception, notamment la charge superficielle et la profondeur du filtre, sont déterminants dans l’efficacité du traitement. Généralement, les filtres sous pression sont fabriqués en acier doux peint ou en fibre de verre. Dans tous les cas, un contre-lavage doit être prévu, ce qui nécessite une évacuation appropriée vers l’égout.
Peu importe les besoins, il est recommandé de prévoir au moins une configuration à deux filtres afin de maintenir une capacité de traitement minimale, même lorsqu’un filtre est à l’arrêt.
Le traitement membranaire
Les procédés membranaires sont également efficaces pour retenir certaines particules et formes oxydées du fer et du manganèse. En revanche, ils ne constituent pas nécessairement une solution adaptée lorsque le fer et le manganèse sont présents sous forme dissoute.
Comme pour les filtres, les membranes peuvent retenir les produits issus de l’oxydation du fer ou du manganèse. Toutefois, si de l’oxygène ou un oxydant entre en contact avec l’eau juste avant ou pendant son passage à travers la membrane, les ions s’oxydent et précipitent alors directement à sa surface sous forme d’hydroxydes de fer et de dioxyde de manganèse. Ces dépôts entraînent une diminution du flux de filtration et peuvent provoquer un colmatage rapide des membranes.
La filtration biologique
La filtration biologique constitue une approche particulière pour éliminer le fer et le manganèse sans recourir à des produits chimiques. Cette technologie exploite l’activité de bactéries naturellement présentes dans l’eau. Celles-ci se développent à la surface du média filtrant et favorisent la rétention du fer et du manganèse.
Les procédés biologiques sont mis en place dans des filtres sous pression, comme les filtres au sable vert. Ils peuvent toutefois fonctionner à des vitesses de filtration plus élevées, ce qui les rend intéressants pour les installations de plus grande capacité.
Cette approche est uniquement possible pour des eaux souterraines. Son efficacité dépend de plusieurs facteurs, dont les paramètres physico-chimiques de l’eau, la forme sous laquelle se présentent le fer et le manganèse ainsi que le développement d’une population bactérienne adaptée.
Avant d’implanter un procédé de filtration biologique, il est recommandé de réaliser des essais pilotes afin de confirmer que les conditions nécessaires à son bon fonctionnement sont réunies.
Choisir la bonne technologie
Le traitement du fer et du manganèse dans l’eau potable repose sur un principe relativement simple : transformer les contaminants dissous sous une forme pouvant être séparées de l’eau, puis les retenir efficacement.
Le choix d’une technologie doit être fait en tenant compte des coûts d’acquisition, mais aussi des coûts d’exploitation et d’entretien, de la robustesse du procédé ainsi que de son adaptabilité aux variations de charge. L’accompagnement offert par le fournisseur constitue également un facteur important, particulièrement dans le cas des procédés biologiques, dont la mise en œuvre et l’exploitation sont plus complexes. Dans un contexte où les défis liés à l’approvisionnement en eau potable et à la protection des sources d’eau sont appelés à prendre de l’ampleur au Québec, il demeure essentiel que les décideurs comprennent les forces, les limites et les exigences des différentes technologies de traitement afin de faire des choix éclairés et durables.
