L'eau brute est celle qui se trouve dans l'environnement, qui n'a pas été traitée et possède tous ses minéraux, ions, particules, bactéries ou parasites. L'eau de pluie, l'eau souterraine, celle des puits d'infiltration et des réservoirs comme les lacs et les rivières sont des eaux brutes.
L'eau brute est généralement impropre à la consommation humaine en raison de la présence de contaminants. Un problème de santé majeur dans certains pays en développement est l'utilisation de l'eau brute pour boire et cuisiner.
Sans traitement, l'eau brute peut être utilisée à des fins agricoles, de construction ou de nettoyagePerth W.A. (2016) What is Raw Water?. Vintage Road Haulage. http://www.vintageroadhaulage.com.au/faq/what-is-raw-water/. Les agriculteurs l'utilisent pour arroser leurs cultures et la donnent à boire au bétail, la stockant dans des lacs ou des réservoirs artificiels pendant de longues périodes. Les industries de la construction peuvent utiliser de l'eau brute, pour fabriquer le béton, ou pour mouiller les routes non goudronnées pour empêcher la poussière de monter. L'eau brute peut également être utilisée pour le rinçage des toilettes et le lavage des voitures, ainsi que pour tout autre usage qui ne nécessite pas sa consommation par les humains. L'eau sous cette forme est considérée comme brute, par opposition à l'eau qui a été traitée avant consommation, comme l'eau potable, ou l'eau qui a été préparée ou utilisée dans un processus industriel, comme les eaux usées.
Le rinçage à l'eau brute est une méthode de conservation de l'eau, où l'eau brute est utilisée pour les toilettes à chasse d'eau.
Composition La composition de l'eau brute est naturellement variable, mais contient généralement un ou plusieurs des contaminants importants suivants, sous forme d'ions dissous, de particules et d'organismes vivants:
Acide humique et autres acides complexes, produits par la décomposition des plantes. Ceux-ci se produisent dans la tourbe et le sol et peuvent provoquer une décoloration et un goût métallique de l'eau. Minéraux qui rendent l'eau dure. Les carbonates de calcium et de magnésium sont les plus courants. Particules d'argile et de limon Bactéries pathogènes, virus, protozoaires et leurs cystes (maladies hydriques). Sel, qui rend l'eau saumâtre (qui a plus de salinité que l'eau douce, mais pas autant que l'eau de mer).
D'autres contaminants moins courants de l'eau brute comprennent:
Particules radioactives naturellesManu, A., Santhanakrishnan, V., Rajaram, S., & Ravi, P. M. (2014). Concentration of natural radionuclides in raw water and packaged drinking water and the effect of water treatment. Journal of Environmental Radioactivity, 138, 456-459. Acide alkyls perfluorés, tels que l'acide perfluorooctanoïque, qui sont un groupe de polluants qui ont été trouvés dans les eaux usées dans toute l'EuropeHapponen, M., Koivusalo, H., Malve, O., Perkola, N., Juntunen, J., & Huttula, T. (2016). Contamination risk of raw drinking water caused by PFOA sources along a river reach in south-western finland. Science of the Total Environment, 541, 74-82. On craint que ces produits chimiques ne contaminent les sources d'eau brute couramment utilisées pour l'eau potable. Composés perturbateurs endocriniens ; les produits chimiques qui peuvent interférer avec le système endocrinien provoquant des tumeurs cancéreuses, des malformations congénitales et d'autres troubles du développementFalconer, I. R. (2006). Are Endocrine Disrupting Compounds a Health Risk in Drinking Water? International Journal of Environmental Research and Public Health, 3(2), 180–184.
Ces contaminants peuvent être nocifs pour l'homme, s'il boit de l'eau brute qui en contient, ou si l'eau n'est pas traitée correctement avant consommation. Les contaminants peuvent également avoir un effet sur l'écosystème local. Par exemple, les perturbateurs endocriniens peuvent avoir des effets nocifs sur les populations de poissons vivant dans les lacs et rivières naturelsMills, L. J., & Chichester, C. (2005). Review of evidence: Are endocrine-disrupting chemicals in the aquatic environment impacting fish populations? Science of the Total Environment, 343(1–3), 1-34. Ces préoccupations croissantes en matière de santé ont conduit à l'élaboration de lignes directrices, telles que le système d'analyse des risques et de maîtrise des points critiques, pour la production d'eau potable salubre à partir des eaux usées et de l'eau brute, et à la recherche d'alternatives d'approvisionnement en eau durablesDewettinck T, van Houtte E, Geenens D, van Hege K, Verstraete W. HACCP (Hazard analysis and critical control points) to guarantee safe water reuse and drinking water production. A case study. Water Sci. Technol. 2001; 43: 31–38Rodriguez, C., Van Buynder, P., Lugg, R., Blair, P., Devine, B., Cook, A., & Weinstein, P. (2009). Indirect Potable Reuse: A Sustainable Water Supply Alternative. International Journal of Environmental Research and Public Health, 6(3), 1174–1209.
Traitement vignette| Station d'épuration de Bragança, Portugal L'eau brute peut être utilisée à de nombreuses fins, telles qu'eau de refroidissement, eau de rinçage, production chimique, eau purifiée et eau potableClever, M., Jordt, F., Knauf, R., Räbiger, N., Rüdebusch, M., & Hilker-Scheibel, R. (2000). Process water production from river water by ultrafiltration and reverse osmosis. Desalination, 131(1–3), 325-336. Cependant, en raison des contaminants possibles, l'eau brute doit être traitée avant d'être autorisée pour la consommation humaine ou pour certains autres usages industrielBertone, E., Stewart, R. A., Zhang, H., & O'Halloran, K. (2016). Hybrid water treatment cost prediction model for raw water intake optimization. Environmental Modelling & Software, 75, 230-242. Il y a plusieurs étapes impliquées dans le traitement de l'eau brute ainsi que différentes méthodes.
Osmose inverse L'osmose inverse est utilisée pour la production d'eau déminéralisée depuis plus de 30 ans. En osmose inverse, l'eau est transportée à travers une membrane sous haute pression, laissant un produit qui se compose principalement d'eau et d'un concentré contenant la plupart des autres composants tels que les minéraux et les résidus indésirablesVingerhoeds, M. H., Nijenhuis-de Vries, M. A., Ruepert, N., van der Laan, H., Bredie, W. L. P., & Kremer, S. (2016). Sensory quality of drinking water produced by reverse osmosis membrane filtration followed by remineralisation. Water Research, 94, 42-51. De nombreux contaminants, notamment le fer, le manganèse, l'ammonium, les traces de pesticides et de médicaments, les micropolluants organiques et les particules radioactives peuvent être éliminés par osmose inverse uniquement . Cette efficacité a fait de l'osmose inverse la principale méthode de purification de l'eau, souvent utilisée en combinaison avec d'autres méthodes, comme traitement final. Un inconvénient de l'osmose inverse est que l'élimination de la plupart des minéraux de l'eau peut avoir des effets négatifs sur son goût. Des minéraux sont parfois ajoutés à l'eau potable qui a déjà été filtrée pour améliorer son goût.
Prétraitement conventionnel La méthode de traitement conventionnelle pour la purification de l'eau est un processus complexe en plusieurs étapes qui a été utilisé pendant de nombreuses années. Il se compose généralement de cinq étapes principales. Tout d'abord, l'eau brute est ajustée pour l'alcalinité et le pH avec l'ajout de chaux hydratée et de dioxyde de carbone. Deuxièmement, les particules sont rassemblées avec du sulfate d'aluminium et d'autres coagulants, tels que des polymères. Troisièmement, l'eau est lentement mélangée dans des clarificateurs où les particules plus grosses se déposent au fond et sont périodiquement éliminées (sédimentation). Quatrièmement, l'eau est dirigée des clarificateurs vers les filtres (par exemple, l'anthracite et le filtre à sable) pour piéger les particules plus petites qui ont survécu au processus de clarification. Enfin, de l'hydroxyde de sodium est ajouté pour ajuster le pH/alcalinité final, de l'hypochlorite de sodium pour la désinfection et du fluorure pour la fluoration. Ce processus est souvent utilisé comme méthode de prétraitement tandis qu'un autre processus, comme l'osmose inverse, est utilisé pour le traitement final. Un inconvénient de cette méthode est son utilisation de produits chimiques, tels que l'ozone, les floculants, le peroxyde d'hydrogène, la chaux et le chlore pour le processus de filtration. Ces produits chimiques peuvent être dangereux s'ils sont mal utilisés, ou s'ils restent dans l'eau après un traitement complet. Ce qui nécessite des précautions particulières et chaque étape du processus doit être contrôlée pour obtenir une performance globale optimale. La nécessité d'un système de contrôle complexe pour le traitement conventionnel peut entraîner vers le haut son coût financier. Cela a conduit au développement de méthodes alternatives de prétraitement et de traitement de l'eau brute.
Ultrafiltration vignette| Traitement d'eau potable de 300 m3/h par ultrafiltration dans l'aqueduc de Grundmühle (Allemagne) L'ultrafiltration est un procédé de filtration membranaire et constitue une alternative au prétraitement conventionnel. Dans cette méthode, l'eau est uniquement pré-filtrée avec un filtre à tamis commun avant d'être filtrée à haute pression à travers une membrane, séparant l'eau des contaminants qu'elle contient. L'ultrafiltration peut être utilisée seule pour la purification de l'eau, ou comme prétraitement pour l'osmose inverse. Ses avantages par rapport au prétraitement conventionnel comprennent: une eau de très haute qualité indépendamment des contaminants dans l'eau brute initiale, une usine plus simple dans sa conception et plus flexible, ce qui facilite l'automatisation, une utilisation moindre de produits chimiques et un produit final sans .virus et micro-organismes.
Filtration sur diatomées Le traitement des eaux de surface micro-polluées pour la production d'eau potable avec un biofiltre (prétraitement par biofilm, ou , BDDMR) utilise de la terre de diatomées, déposée sur un septum filtrant généralement constitué d'une maille métallique fin en acier inoxydable; les petites diatomées aux configurations infinies forment un gâteau de filtration rigide mais poreux qui tamise la matière lorsqu'elle passe à travers le filtre.
La méthode de filtration sur membrane à biofilm est utilisée pour éliminer les sous-produits chimiques nocifs, tels que le NH4+-N, l'azote total et la matière organique dissoute, qui pourraient se former lors des processus de désinfectionYang, G., Feng, L., Wang, S., Zhou, J., Guo, C., Xia, T., Sun, W., Jiang, Y., Sun, X., Cao, Lian., Xu, X., Zhu, L. (2015). Potential risk and control strategy of biofilm pretreatment process treating raw water. Bioresource Technology, 198, 456-463. Le prétraitement du biofilm est une étape nécessaire pour le traitement de l'eau dans de nombreuses régions du monde en raison de son faible coût d'exploitation et de son efficacité à éliminer les polluants. Dans ce processus, les micro-organismes éliminent les contaminants des eaux brutes et usées qui sont nocifs pour les humains, mais les nourrissent. La filtration BDDMR par réacteur à membrane dynamique à bio-diatomite combine une technologie de membrane dynamique pour le traitement des eaux usées et des colonies microbiennes qui forment des particules de diatomite pour purifier l'eauChu, H., Cao, D., Dong, B., & Qiang, Z. (2010). Bio-diatomite dynamic membrane reactor for micro-polluted surface water treatment. Water Research, 44(5), 1573-1579. Ces méthodes sont en cours de développement en Chine dans le cadre de la résolution des problèmes de pollution du pays.
Turbidité vignette| Eau trouble