La présence de fer dans les eaux souterraines résulte directement de son existence naturelle dans les formations rocheuses souterraines et de l’eau de précipitation qui s’infiltre à travers ces formations. Au fur et à mesure que l’eau se déplace à travers les roches, une partie du fer se dissout et s’accumule dans les aquifères qui servent de source aux eaux souterraines.
Étant donné que les formations rocheuses souterraines de la Terre contiennent environ 5% de fer, il est courant de trouver du fer dans de nombreuses régions géographiques du monde.
Le fer dans l’eau se trouve généralement sous trois formes principales et rarement dans des concentrations supérieures à 10 milligrammes par litre ou parties par million (mg / l ou ppm):
• Le «fer à eau claire» est une forme ferreuse non visible (Fe2 +). du fer dissous se trouve dans l’eau qui n’est pas exposée à l’oxygène, comme dans les puits et les sources.
• ‘Bactéries de fer’ – Le fer dissous contribue grandement à la croissance des bactéries du fer. Ces bactéries forment des couches de boue de couleur foncée sur les parois internes des tuyaux du système.

Le problème

Dans les eaux de surface, telles que les rivières et les lacs, le fer dissous n’est presque jamais retrouvé, car il réagit avec l’oxygène, forme des composés insolubles et s’évacue hors de l’eau. Cependant, dans les eaux souterraines telles que les puits et les sources, le fer est le produit chimique dissous le plus courant. Bien que son utilisation dans l’eau potable ne soit pas considérée comme causant de problèmes de santé chez l’homme, elle est plutôt désagréable en raison des mauvaises odeurs qu’elle répand, de son goût et de sa couleur rouillés, de son toucher sur la peau et les cheveux et de sa tendance à tacher les vêtements.
En outre, la présence de fer dissout favorise la croissance des bactéries du fer, qui forment des couches de boue de couleur sombre sur la face interne des tuyaux d’un système. La boue est ensuite libérée dans le réseau par les fluctuations du débit d’eau, ce qui entraîne une accumulation de saleté et des dommages à la plomberie.
Le problème du fer dissous est mis en évidence dans la figure 1, prise dans la ville de Ramenskoe (banlieue de Moscou), où des puits locaux contenant 0,8 à 4 mg / l de fer servent de source d’eau potable à la ville. En fait, l’inconfort dans cette ville est si grave que des bouteilles d’eau minérale sont fournies aux clients de l’hôtel pour les laver.
La plupart des pays ont accepté une norme relative à l’eau potable (esthétique, non liée à la santé) avec une teneur maximale en fer de 0,3 ppm. L’eau provenant de sources à forte teneur en fer doit être traitée avant de pénétrer dans un système d’approvisionnement en eau municipal.
Dans le même temps, le fer est un nutriment essentiel pour l’homme, avec un apport quotidien recommandé de 5 milligrammes. Par conséquent, les agences officielles de l’eau et de l’environnement de nombreux pays ont établi une limite secondaire pour le fer dans l’eau potable, basée sur des considérations esthétiques (niveau de contamination maximum secondaire – SMCL).
Dans des pays tels que les États-Unis, le Canada, la Grèce, l’Iran, la Russie et d’autres, le SMCL pour le fer dans l’eau de boisson est de 0,30 mg / L (milligrammes par litre) ou ppm (parties par million).

Solutions primaires

En général, il existe deux technologies d’élimination du fer bien connues parmi lesquelles choisir. Toutefois, il convient de noter que ces technologies ne sont pas applicables à toutes les conditions locales et que les responsables doivent évaluer chacune d’elles en fonction de leurs besoins spécifiques:
• Contournement du problème
• Suppression de la concentration en fer des concentrations supérieures à 0,3 ppm

Contourner le problème

Parfois, le simple fait de trouver une autre source d’eau peut s’avérer la solution la plus rentable
• Dans les cas où des sources d’eau alternatives sans fer sont trouvées à proximité, le coût d’installation de lignes de transport doit être comparé au coût de retrait du fer. eau locale.
• Dans les cas de puits avec des niveaux élevés de fer, il peut être considéré possible de forer dans différents aquifères au lieu d’utiliser les puits contaminés afin de contourner le problème. Il peut également être possible de mélanger de l’eau provenant de différentes sources afin de respecter la norme de teneur en fer.
Malheureusement, il est impossible de contourner le problème lorsque le fer a contaminé de grands aquifères ou lorsque des sources d’eau alternatives sont trop éloignées.

Élimination du fer par oxydation et filtration

En cas de concentrations de fer supérieures à 0,3 ppm, la séquestration n’est pas possible et le fer doit donc être éliminé physiquement de l’eau.
L’élimination du fer dissous est un processus en deux étapes:
• La première étape consiste à oxyder le fer dissous et à le transformer d’une forme soluble en une forme ferrique insoluble, où les petites particules de fer oxydées (rouille) sont mises en suspension dans l’eau.
• Dans la deuxième étape, il est nécessaire d’éliminer les particules en suspension de l’eau. Ce processus est régulièrement effectué par filtration et son succès dépend entièrement de la qualité du processus de filtration. Une filtration inadéquate et insuffisante peut compromettre l’ensemble du processus d’élimination du fer.

Oxydation du fer
Il existe de nombreuses méthodes pour oxyder le fer, notamment le ramollir à la chaux ou en utilisant des agents tels que le dioxyde de chlore (ClO ₂ ), l’ozone (O ₃ ) ou le permanganate de potassium (KMnO ₄ ). Toutefois, l’aération est la méthode la plus économique, la plus respectueuse de l’environnement et la plus couramment utilisée pour l’oxydation du fer.
Le fer est facilement oxydé par l’oxygène atmosphérique et le processus d’aération fournit l’oxygène dissous nécessaire à la transformation du fer en une forme insoluble, sans utilisation de produits chimiques. Il faut 0,14 ppm d’oxygène dissous pour oxyder 1 ppm de fer.
Il convient de noter que le processus d’aération nécessite un contrôle minutieux, car un débit d’air insuffisant ne pourra pas oxyder correctement le fer. Parallèlement, si le débit d’air est trop élevé, l’eau peut devenir saturée en oxygène dissous et devenir corrosive.
Deux méthodes d’aération sont couramment utilisées: disperser l’eau dans l’air et faire barboter de l’air dans l’eau. D’autres méthodes d’aération comprennent l’utilisation de plateaux en cascade, d’aérateurs à cônes et de calculs à l’air poreux.
Il est important de mener à bien le processus d’aération en prévoyant au moins 20 minutes de temps de rétention avant la filtration. Cela se fait régulièrement en installant un réservoir de réaction en aval du bassin d’aération. Le pH de l’eau ayant une incidence sur le temps de réaction, il est nécessaire de surveiller et de corriger le pH pendant le processus de rétention.

Technologies de filtration courantes
Après l’étape d’oxydation, le matériau précipité (Fe (OH) 3) doit être éliminé de l’eau, soit par filtration, soit par sédimentation puis par filtration.
De nombreuses technologies de filtration peuvent être utilisées pour éliminer le fer oxydé de l’eau, notamment les filtres en acier, les filtres à tamis en couches, les filtres à disque, les filtres à média profond, les fibres textiles et les filtres à cartouche.
Une technologie de filtration courante est la filtration en profondeur de média, dans laquelle les filtres éliminent les particules de fer oxydées à travers une épaisse couche de sable, de gravier ou d’autres matériaux granulaires. Avec cette méthode, le débit de filtration dépend de la taille de la surface active de la litière, ainsi que de la vitesse à laquelle l’eau traverse le filtre.
Cependant, la méthode de filtration des milieux présente des inconvénients majeurs, notamment un pourcentage très élevé d’eau rejetée. De plus, les bactéries du fer font que les particules du média collent ensemble et permettent à l’eau non filtrée de s’écouler librement à travers les interstices créés dans le média filtrant. En fin de compte, la qualité de la filtration diminue avec le temps et la litière malpropre favorise le développement des bactéries et d’autres organismes indésirables.

Filtration microfibre pour l’élimination du fer
La filtration microfibre autonettoyante est une nouvelle technologie alliant l’efficacité de la filtration par filtration à cartouche aux faibles coûts opérationnels associés aux technologies de filtration autonettoyante. Il s’est avéré très efficace pour éliminer les particules de fer oxydées générées par un processus d’oxydation régulier de l’eau contaminée par du fer dissous.
Le composant de base de cette technologie est la cassette, qui est un média filtrant constitué d’une plaque en plastique rigide rainurée sur laquelle des fils textiles multicouches ont été enroulés. Le type et la tension du fil, ainsi que le nombre de couches, définissent le degré de filtration, qui peut aller de 20 à 2 microns.
Les cassettes sont connectées à un tuyau collecteur et forment un ensemble unifié. les emballages sont attachés les uns aux autres pour former une cartouche, qui est ensuite installée dans le logement du filtre.
L’eau contenant le fer oxydé s’écoule à travers les filets, dans les rainures et à travers le tuyau collecteur jusqu’au système du client.
Les grosses particules de fer sont immédiatement bloquées à la surface des multiples couches de fil, tandis que les particules plus fines qui pénètrent dans la surface sont emprisonnées plus profondément dans les couches de fil. Lorsque le fer est arrêté, la pression différentielle du filtre augmente progressivement.
La séquence d’autonettoyage commence lorsque la pression différentielle atteint un niveau prédéfini. Il projette des jets d’eau à haute pression à travers les couches de filetage de la cassette. Les jets heurtent le mur en plastique et sont poussés vers l’arrière. Cela crée une tache puissante qui chasse les particules de fer piégées des couches de filetage de la cassette vers le système de drainage.
L’un des avantages importants de la technologie microfibre autonettoyante par rapport à la filtration sur sable est la capacité de surmonter le principal inconvénient déjà mentionné – la prolifération des bactéries du fer, qui permet aux particules du média traditionnel de s’agglutiner et permet à l’eau non filtrée de s’écouler librement à travers les interstices. entre les bosses. Ce phénomène est entièrement évité grâce à la technologie des microfibres, en raison de la nature même de la structure de la cassette.
De plus, le pourcentage d’eaux rejetées utilisant la technologie de filtration à microfibres est bien inférieur à celui de la filtration sur sable. Cela réduit considérablement les coûts énergétiques et opérationnels de l’ensemble du processus d’élimination du fer.

Disposition du système de retrait du fer

La figure 6 est un schéma typique d’un système de filtration à microfibres permettant de filtrer des particules de fer oxydées dans une installation d’élimination du fer.

Conclusions

La présence de fer dans l’eau est un défi auquel de nombreux opérateurs sont confrontés. Pour décider de la meilleure façon de retirer le fer de votre système d’eau, il est important de peser le pour et le contre de chaque solution présentée dans cet article, du point de vue de la faisabilité et de l’environnement, ainsi que d’analyser les solutions à court et à long terme. incidence financière à long terme sur l’ensemble du système.