Le traitement du fer et du manganèse dans les eaux …

1 Le traitement du fer et du mangan sedans les eaux min ralesNote technique n 14 Mars 1999 DIVISION NATIONALE DES EAUXBUREAU DE RECHERCHESMIN RALES ET THERMALESG OLOGIQUES ET MINI RESNote Technique DNEMT n 14R S U M Le fer et le mangan se, abondants l tat naturel dans tout type de roches se retrouvent l tat dissous dans bonnombre d eaux souterraines, dont les eaux min rales. Ces deux l ments sont solubles l tat r duit maisinsolubles l tat oxyd .Les recours de plus en plus g n ralis au captage de ces eaux profondeurs relativement importantes impliqueque le captage se faisant en milieu r ducteur et l exploitation ou le conditionnement en milieu a r , il va tren cessaire d liminer le fer et le mangan se ou d en abaisser les concentrations, afin d viter des d sagr mentsorganoleptiques, ou de se conformer des normes de qualit chimique dans la rents proc d s existent depuis fort longtemps.

2 Mis au point dans un premier temps pour le traitement deseaux potables, ils ont t transpos s au domaine des eaux min rales, avec cependant toutes les contraintesparticuli res de mise en uvre impos es par la r glementation sp cifique ces plus dans les m mes conditions de captage, on observe galement souvent la pr sence d ammonium dissousqui, le cas ch ant, vient encore compliquer la mise en uvre des proc d s de traitement traitement du fer et du mangan se dans les eaux min ralesNote Technique DNEMT n N RALIT S .. de vue r sence dans les eaux min DU FER ET DU MANGAN SE APPROCHE TH -s d traitement TE DE SE DES POINTS DE VUE ET DES PROBL MES RENCONTR esp ces mangan proc d s utilis a d s mat riaux manganif eaux min rales plates et les eaux min rales eaux min rales eaux min rales g n traitement du fer et du mangan se dans les eaux min ralesNote Technique DNEMT n 14- 1 -A.

3 G N RALIT S1. POINT DE VUE R GLEMENTAIRELa directive du Conseil n 80/777/CEE du 15 juillet 1980 (modifi e par la directive 96/70/CE du 28 octobre1996) pr cise en son article 4 : 1)Une eau min rale naturelle, telle qu elle se pr sente l mergence ne peut faire l objet d aucun traitementautre que :a)la s paration des l ments instables, tels que les compos s du fer et du soufre, par filtration ou d cantation ventuellement pr c d e d une oxyg nation, dans la mesure o ce traitement ne modifie pas la compositionde cette eau quant aux constituants essentiels qui lui conf rent ses propri t s ;b)la s paration des compos s du fer, du mangan se et du soufre, ainsi que de l arsenic de certaines eauxmin rales naturelles l aide d un traitement par l air enrichi en ozone, dans la mesure o ce traitement nemodifie pas la composition de l eau quant aux constituants essentiels que lui conf rent ses propri t s, etsous r serve que :-ce traitement satisfasse aux conditions d utilisation qui seront d termin es selon la proc dure pr vue l article 12 et apr s consultation du comit scientifique de l alimentation humaine institu par lad cision 95/273/CE de la commission ;-le traitement soit notifi aux autorit s comp tentes et fasse l objet d un contr le sp cifique de la part decelles-ci.

4 C)La s paration des constituants ind sirables autres que ceux sp cifi s aux points a) ou b), dans la mesureo ce traitement ne modifie pas la composition de l eau quant aux constituants essentiels qui lui conf rentses propri t s, et sous r serve que :-le traitement soit conforme aux conditions d utilisation qui seront d termin es selon la proc durepr vue l'article 12 et apr s consultation du comit scientifique de l'alimentation humaine ;-le traitement soit notifi aux autorit s comp tentes et fasse l objet d un contr le sp cifique de la part decelles-ci ;d)l limination totale ou partielle de gaz carbonique par des proc d s exclusivement )Une eau min rale naturelle, telle qu elle se pr sente l mergence, ne peut faire l objet d aucune adjonctionautre que l incorporation ou la r incorporation de gaz carbonique dans les conditions pr vues l annexe Ipoint )En particulier, tout traitement de d sinfection par quelque moyen que ce soit et, sous r serve du paragraphe 2,l adjonction d l ments bact ricides ou tout autre traitement de nature modifier le microbisme de l eaumin rale naturelle sont Le traitement du fer et du mangan se dans les eaux min ralesNote Technique DNEMT n 14- 2 -En outre, le d cret n 89/369 du 6 juin 1989 (modifi par le d cret n 98-1090 du 4 d cembre 1998) pr cise(articles 12 et 12 bis) : Art.

5 12. L article 3 du d cret du 28 mars 1957 susvis est remplac par les dispositions suivantes : Art. 3 Une eau min rale naturelle, telle qu elle se pr sente l mergence, ne peut faire l objet d aucuntraitement ou adjonction autres que ceux autoris s par arr t minist riel et relatifs :1. la s paration des l ments instables, par d cantation ou filtration, ventuellement pr c d e d une oxyg nation,ce traitement ne devant pas avoir pour effet de modifier la composition de l eau dans ses constituantsessentiels ; limination de gaz carbonique libre par des proc d s exclusivement physiques ; incorporation ou la r incorporation de gaz traitements ou adjonctions ne doivent pas avoir pour but ou effet de modifier les caract ristiquesmicrobiologiques de l eau min rale m me autorisation peut pr voir le transport de l eau distance par des canalisations ainsi que son m lange des eaux de propri t s analogues et de m me origine g ologique et, le cas chant, des gaz provenant de cesm mes eaux.

6 Art. 12 bis. Sans pr judice des traitements ou adjonctions mentionn s l article 3 du d cret du 28 mars 1957modifi susvis , une eau min rale naturelle, telle qu elle se pr sente l mergence, peut galement faire l objetdes traitements suivants :- la s paration des compos s du fer, du mangan se et du soufre, ainsi que de l arsenic, l aide d air enrichi enozone ;- la s paration de constituants ind arr t du ministre charg de la sant , du ministre charg de la consommation et du ministre charg del'industrie, pris apr s avis du Conseil Sup rieur d Hygi ne Publique de France, fixe les conditions techniques respecter pour appliquer les diff rents types de traitements mentionn s au premier alin application de ces traitements ne doit pas modifier la composition de l eau min rale naturelle dans sesconstituants essentiels, ni avoir pour but de modifier les caract ristiques microbiologiques de l eau.

7 2. PR SENCE DANS LES EAUX MIN RALESLe tableau 1, extrait du fichier des sources d eau min rale de la DNEMT du minist re de l industrie, montre lesteneurs en Fe et Mn relev es l mergence dans quelques eaux min ce qui est du fer on note les valeurs de 46 mg/l (Badoit g n reuse), 40 mg/l (Saint Diery, source Renlaigue),20 mg/l (Grande source du Volcan Aizac).Pour le mangan se, les valeurs les plus lev es ont t mesur es la source Catherine de Bourbon (Salies deB arn 4,3 mg/l), Diva 1 Quezac (1,9 mg/l), Grande source du Volcan Aizac (2,5 mg/l).Le traitement du fer et du mangan se dans les eaux min ralesNote Technique DNEMT n 14- 3 -Il est remarquable de constater que la plupart des sources figurant dans le tableau 1 sont constitu es par des 1 - Teneur en Fe et Mn de quelques eaux min ralesDptsCommunesNomsFe (mg/l)Mn (mg/l)030712172021344248575863646783974 Saint YorreAizacPradesVals les BainsCransacRochefortRapaggioMagnienLama lou les BainsLes AiresSalvetat sur AgoutSaint AlbanSaint GalmierQuezacAmn villeSt Parize le Ch telChateldonArdes sur CouzeSt DierySalies de B arnPreuschdorfLe LucCilaosJean FeryGrande Source du VolcanVernet OuestL EmerySaint Jean LachaudGenevi veEmpereurSorgente SottanaRomaineAncienneLa Verni reRieumajou-EstForage St AlbanBadoit G n reuseBadoit OuestDiva 1 Saint EloiElys eSergentaleChabetoutRenlaigueCatherine de BourbonHelions IISophieIr n e2,6520,37,97,62,73,16,731,30,16214,212, 63,64460,89,414,67,98,710,14010,75,40,01 47,20,252,50,50,780,951,10,1231,81,60,50 ,981,470,60,81,90,71,41,20,31,204,31,660 ,40,683.

8 NORMESIl n existe pas l heure actuelle de normes, applicables aux eaux min rales, concernant le fer et le mangan ses travaux pr paratoires, la commission du Codex Alimentarius propose pour le mangan se une valeurlimite de 2 mg/l, ce qui est anmoins, si l on se fixe comme r gle que les traitements appliqu s aux eaux min rales ont pour objectifd viter l apparition de nuisances organoleptiques, on peu consid rer que les techniques mises en uvre aurontpour but de ramener les concentrations pr sentes en de des normes de potabilit des eaux destin es laconsommation humaine savoir 0,2 mg/l pour Fe++ et 0,05 mg/l pour Mn++ (D cret du ).Le traitement du fer et du mangan se dans les eaux min ralesNote Technique DNEMT n 14- 4 -B. traitement DU FER ET DU MANGAN SE :APPROCHE TH ORIQUEIl consiste en 3 tapes de base :-une premi re tape d oxydation et de pr cipitation du fer et du mangan se ;-une pr -s paration ventuelle de ces substances pr cipit es peut tre r alis e par d cantation ou flottation ;-une filtration qui limine d finitivement le fer et le mangan se dans l eau trait est en modulant les diff rentes combinaisons de ces tapes que l on doit arriver mettre au point des solutionstechniques adapt es aux diff rents types d L OXYDATIONDans les eaux naturelles, dont le pH est sup rieur 4, le fer dissous est n cessairement divalent et il suffit del oxyder en fer ferrique pour obtenir sa pr cipitation et sa s paration.

9 Il en est de m me pour le mangan se qui,de Mn (II) dissous passe des oxydes de Mn (IV) solides. Cette oxydation peut s effectuer par simple a ration(par l air ou par l oxyg ne). Mais elle est alors relativement inefficace pour l limination du mangan se qui peutn cessiter l emploi d oxydants plus forts comme l ozone (ou pour les eaux banales le chlore, le bioxyde de chloreClO2, ou le permanganate).Par ailleurs, l utilisation de catalyseurs peut tre tr s efficace pour compl ter cette rationCette tape constitue dans tous les cas le premier stade du traitement ; ind pendamment de l oxydation du fer etdu mangan se dissous, elle permet galement l limination ventuelle de H2S, et d apporter l oxyg ne n cessaire la nitrification ventuelle de l r action d oxydation du fer par l oxyg ne de l air (ou pur) peut s crire :4Fe 2+ (aq) + O2 + 10H2O 6 4Fe(OH)3 + 8H+ La st chiom trie de la r action montre qu il faut 0,14 mg de O2 pour oxyder 1 mg de Fe++ correspondant une production de 1,92 mg de Fe (OH) oxydation du mangan se s crit :2 Mn++(aq) + O2 + 2H2O 2 MnO2 + 4 H+Cin tique d oxydationLa vitesse d oxydation est favoris e par l augmentation du pH et de la pression partielle d oxyg titre de comparaison, le tableau ci-apr s montre que l oxydation du fer est g n ralement rapide pour un pH > 7et il faut un pH > 9 pour que le mangan se pr cipite en deux heures.

10 Le traitement du fer et du mangan se dans les eaux min ralesNote Technique DNEMT n 14- 5 -pHTemps d oxydationFe< 7> 7,52 heures1/4 d heureMn< 9> 9,5> 4 heures2 heuresEn l absence de traitement chimique, dans le domaine de pH des eaux naturelles (proches de la neutralit ), onconstate instantan ment, que si le traitement du fer par oxydation l air est envisageable, l limination dumangan se, de par sa cin tique beaucoup plus lente, entra nerait des installations extr mement importantescorrespondant des dur es d oxydation inenvisageables au niveau d a ration-Ruissellement en nappe mince : l eau chute d un tage l autre, en lame mince, en cascade sur une s rie ded versoirs (a rateur plateaux avec ou sans pulv risation, tirage naturel d air ou avec ventilation oua ration sur colonne garnissage).-A ration par barbotage : injection de l air dans l pulv risation de l eau : elle est effectu e par des tuy res plac es sur un ou plusieurs collecteurs ramifi squi ont pour but d augmenter l interface injection d air ou d oxyg ne surpress , permet de disperser le gaz sous pression dans la masse comparaison de la pulv risation et de l a ration sous pression montre qu perte de charge gale, lalong vit (en heures) et la capacit de r tention des filtres (en g de Fe/m ) sont plus faibles pour la deuxi mem ozone est produit partir de l oxyg ne de l air ambiant par l utilisation de d charges lectriques, deradiations isotopiques ou de m thodes ch monuclaires :3 O2 2O3L oxydation du mangan se se fait selon :Mn++(aq) + 03 + H2O 6 MnO2 + O2 + 2H+Elle fait th oriquement intervenir 0,87 mg d O3 pour oxyder 1 mg de Mn++.