Élimination des PFAS dans les eaux usées par coagulation-floculation

• 1. La nouvelle directive (UE) 2024/3019 renforce la pression réglementaire sur les PFAS dans l'eau.
• 2. Que sont les PFAS et pourquoi posent-ils problème ?
• 3. Description de l'affluent.
  4. Exemple de réussite : eaux usées issues du lavage des sols sur un chantier de génie civil
  4.1. Séquence de traitement appliquée
  4.2. Résultats
• 5. Les conclusions

1. La nouvelle directive (UE) 2024/3019 renforce la pression réglementaire sur les PFAS dans l'eau

La directive (UE) 2024/3019 du Parlement européen et du Conseil relative au traitement des eaux urbaines résiduaires renforce le cadre réglementaire européen en matière de polluants émergents et impose des obligations plus strictes concernant l'élimination de substances telles que les PFAS ( substances per- et polyfluoroalkylées) dans les réseaux d'assainissement et les stations d'épuration.

Cette directive, qui actualise et abroge la réglementation précédente de 1991, met en évidence le fait que le secteur de l'eau a besoin de solutions technologiques efficaces, évolutives et économiquement viables pour faire face à ces polluants. Dans ce contexte, les résultats obtenus par le département R&D de SIGMADAF lors d'essais d'élimination des PFAS revêtent une importance particulière.

2 . Que sont les PFAS et pourquoi posent-ils problème ?

Les PFAS constituent une famille de composés synthétiques utilisés depuis des décennies dans la fabrication de produits industriels et de consommation, tels que les mousses extinctrices, les emballages alimentaires, les textiles imperméables ou les ustensiles de cuisine, entre autres. Leur grande stabilité chimique et thermique, leur faible biodégradabilité et leur capacité de bioaccumulation en font des polluants persistants tant dans l'environnement que dans l'organisme humain.

L'eau potable est la principale voie d'exposition humaine aux PFAS, et leur présence est détectée même à des concentrations de l'ordre de quelques ng/L seulement.

Les PFAS les plus fréquemment détectés dans l'environnement sont l'acide perfluorooctanoïque (PFOA) et l'acide perfluorooctanesulfonique (PFOS), bien que cette famille comprenne des composés à chaîne courte et à chaîne longue qui se comportent différemment face aux traitements conventionnels.

3. Description des effluents

Les technologies avancées d'élimination des PFAS – charbon actif granulaire, échange d'ions, membranes à haute densité ou procédés redox avancés – présentent un fort potentiel technique, mais leurs coûts d'exploitation et d'investissement les rendent non viables dans de nombreux contextes industriels. D'où la nécessité d'optimiser les procédés physico-chimiques conventionnels, en particulier la coagulation-floculation, afin de maximiser leur efficacité face à ces microcontaminants.

La coagulation-floculation est un procédé de référence dans le traitement des eaux en raison de son faible coût et de son efficacité dans l'élimination des colloïdes, des solides en suspension et des matières organiques dissoutes. Les PFAS sont adsorbés sur les complexes coagulant-matière organique au cours du procédé, et sont éliminés avec les solides dans les flocs résultants. Ces flocs, de faible densité, se prêtent particulièrement bien à la séparation par flottation à air dissous (DAF).

La clé pour optimiser l'élimination des PFAS réside dans la coagulation assistée par des additifs spécialisés: des polymères modifiés présentant une densité de charge moyenne à élevée, spécialement formulés pour favoriser la formation de complexes stables avec les groupes anioniques des PFAS. Le dosage doit être précis, car un surdosage ou un sous-dosage peut inverser le processus et réintroduire les PFAS dans la phase aqueuse.

4. Exemple de réussite : eaux usées issues du lavage des sols sur les chantiers de génie civil

Le laboratoire SIGMALAB, rattaché au département R&D de SIGMADAF, a mené des essais de traitement physico-chimique sur un effluent issu du lavage de sols contaminés dans le cadre d'un projet de génie civil. L'objectif était d'évaluer la viabilité d'un système de coagulation assistée suivie d'une floculation pour l'élimination d'un panel de 17 microcontaminants PFAS et fluorotélomères, parmi lesquels le PFOS, le PFOA, le PFHxS, le PFHxA et les composés FTS 6:2 et 8:2.

4.1. Séquence de traitement appliquée

La combinaison chimique qui s'est révélée la plus efficace était la suivante :

• Le chlorure ferrique (FeCl₃) comme coagulant de base
• Coagulant spécial pour les PFAS (SPEC-1), polymère cationique à haute densité de charge
• Floculant cationique (polyacrylamide cationique de densité moyenne)

Les temps de réaction constituent un élément crucial pour l'efficacité du processus, en particulier pour la réaction avec le coagulant spécial, le temps de contact nécessaire se situant dans ce cas entre 15 et 30 minutes. Les flocs formés sont compacts et de faible densité, ce qui les rend parfaitement adaptés à la séparation par un système de flottation à air dissous (DAF).

4.2. Résultats

Le traitement le plus efficace a permis d'éliminer globalement 84 % de l'ensemble des microcontaminants PFAS, réduisant la concentration totale de 3 731 µg/L dans l'échantillon d'origine à 0,60 µg/L dans l'effluent. Les composés à longue chaîne tels que le PFOS, le PFOA, le PFHxS et le PFDA ont enregistré les taux d'élimination individuels les plus élevés. Les PFAS à chaîne courte (PFBA, PFPeA) ont montré une plus grande résistance au traitement, conformément à la littérature scientifique existante.

L'ajout d'une étape de polissage à l'aide de charbon actif en poudre (CAP) ou d'un adsorbant spécifique aux PFAS peut porter le taux d'élimination global à plus de 95 %.

5. Les conclusions

Les résultats montrent que la coagulation-floculation assistée par des produits spécifiques aux PFAS, associée à un système DAF, constitue une solution techniquement et économiquement viable pour le traitement des eaux usées industrielles contenant des PFAS. Cette approche revêt une importance particulière compte tenu des exigences croissantes de la directive (UE) 2024/3019 et de la nécessité pour le secteur de disposer de véritables alternatives opérationnelles face aux polluants émergents.