Réutilisation des eaux usées côtières en vue de la production indirecte d'eau potable par des procédés hybrides innovants – Oxymore

Un premier work-package pivot est destiné à la caractérisation fine (ions, TrOCs, matière organique) de l’effluent à traiter en tenant compte des variations saisonnières. Les matières organiques de l’effluent seront notamment fractionnées et analysées avec soin. Des fractions concentrés puis lyophilisées seront ensuite utilisées pour construire une eau synthétique modèle, de composition chimique identique à l’effluent industriel. Celle-ci sera employée lors des premières étapes menées au laboratoire et qui permettront d’optimiser les deux procédés d’HONF. Ces étapes de développement au laboratoire permettront d'affiner les conditions opératoires optimales, en terme de taux de conversion, pression transmembranaire, dose d'ozone, nature de la membrane, etc. Pour cela, les taux de rétention et abattement de la matière organique, des ions et de plusieurs composés organiques à l'état de trace seront évalués.
Une montée en échelle sera ensuite réalisée sur site avec un suivi pendant plusieurs mois de ces deux procédés, en parallèle de celui existant d’OIBP, en sortie d’un prétraitement par ultrafiltration. Les performances de traitement, consommations énergétiques et consommation de produits chimiques seront suivis finement. Une caractérisation fine de la matière organique et de son évolution au cours du traitement permettra d’identifier et comprendre les mécanismes de rétention et d’oxydation. La spectrométrie de masse sera employée pour évaluer l'efficacité d'élimination des TrOCs et la formation des sous-produits d’oxydation. Ces analyses chimiques seront croisées avec des bioessais qui permettront de contrôler la toxicité et l'écotoxicité de l’alimentation et des perméats et rétentats produits sur site. Outre la validation des performances sur une eau usée réelle, ces essais de longue durée pour chaque configuration permettront d’évaluer la tenue des membranes et de mettre en place des procédures de nettoyage en place.
Ces caractérisations permettront d’alimenter des études technico-économique et d’impact environnemental réalisées dans le but de comparer les procédés d’HONF au procédé d’OIBP existant, en considérant le rejet en mer des rétentats. Les potentiels de valorisation de ce projet, qui vont au-delà de la communauté scientifique en touchant les acteurs du traitement et de la gestion de l’eau et les pouvoirs publics, sont ainsi considérables.

A venir

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Le projet Oxymore porte sur la réutilisation des eaux usées en zone côtière, dans le cadre du premier démonstrateur en Europe de production indirecte d’eau potable, mis en service par Vendée Eau. La potabilisation indirecte consiste à réinjecter des eaux usées traitées dans des réserves superficielles utilisées par la suite pour l’alimentation des usines de production d’eau potable. Les enjeux sanitaires associés à cette solution sont ainsi cruciaux. Par conséquent, la production d'une eau de haute qualité, exempte d'agents pathogènes et contenant de faibles concentrations en contaminants organiques à l’état de trace (TrOCs) est nécessaire.
Le projet vise à évaluer deux procédés hybrides d’ozonation-nanofiltration (HONF) en tant qu’alternatives plus durables à l'osmose inverse basse pression (OIBP) utilisée sur le démonstrateur, afin de minimiser les empreintes énergétiques et environnementales. La HONF implique la dégradation par oxydation et la rétention simultanées de la matière organique et des contaminants organiques à l’état de trace. La plus-value de ce couplage se situe dans sa capacité à réduire les inconvénients de chaque procédé pris isolément, notamment une réduction du colmatage sur la membrane et la rétention des sous-produits d’oxydation formés pendant l’étape d’oxydation à l’ozone.
Le premier procédé d’HONF développé met en jeu des bulles de gaz enrichies en ozone introduites dans la cellule de NF contenant une membrane céramique catalytique. Le deuxième procédé met en jeu une eau pré-ozonée mélangée à l’eau usée dopée en peroxyde d’hydrogène, laissant la porte ouverte à l’utilisation de membranes organiques. Un des aspects novateurs de ce projet repose notamment sur la cible des eaux usées côtières qui peuvent être caractérisées par des teneurs en sel bien supérieures à celles rencontrées dans les eaux usées traditionnelles, notamment en raison d’intrusions d’eau de mer. Ces fortes teneurs en sel ont un impact considérable sur les mécanismes physico-chimiques des procédés mis en œuvre. Un premier work-package pivot est destiné à la caractérisation fine (ions, TrOCs, matière organique) de l’effluent à traiter en tenant compte des variations saisonnières. Les matières organiques de l’effluent seront notamment fractionnées et analysées avec soin. Des fractions lyophilisées seront ensuite utilisées pour construire une eau synthétique modèle, de composition chimique identique à l’effluent industriel. Celle-ci sera employée lors des premières étapes menées au laboratoire et qui permettront d’optimiser les deux procédés d’HONF.
Une montée en échelle sera ensuite réalisée sur site avec un suivi pendant plusieurs mois de ces deux procédés, en parallèle de celui existant d’OIBP, en sortie d’un prétraitement par ultrafiltration. Une caractérisation fine de la matière organique et de son évolution au cours du traitement permettra d’identifier et comprendre les mécanismes de rétention et d’oxydation. La spectrométrie de masse sera employée pour évaluer l'efficacité d'élimination des TrOCs et la formation des sous-produits d’oxydation. Ces analyses chimiques seront croisées avec des bioessais qui permettront de contrôler la toxicité et l'écotoxicité de l’alimentation et des perméats et rétentats produits sur site. Outre la validation des performances sur une eau usée réelle, ces essais de longue durée pour chaque configuration permettront d’évaluer la tenue des membranes et de mettre en place des procédures de nettoyage en place.
Ces caractérisations permettront d’alimenter des études technico-économique et d’impact environnemental réalisées dans le but de comparer les procédés d’HONF au procédé d’OIBP existant, en considérant le rejet en mer des rétentats. Les potentiels de valorisation de ce projet, qui vont au-delà de la communauté scientifique en touchant les acteurs du traitement et de la gestion de l’eau et les pouvoirs publics, sont ainsi considérables.