Micropolluants : retours d’expérience et enseignements Les ......d’adsorption de micropolluants organiques Micropolluants : retours d’expérience 10 novembre 2016 3 Les filières

Micropolluants : retours d’expérience

et enseignements

Les filières avec charbon actif

Dr Michael Mattle

[email protected]

5 à 7 du 10 novembre 2016

mailto:[email protected]

Sujets de la présentation

• Introduction

• Le charbon actif en poudre (CAP)

- Le procédé d’Ulm (STEP de Herisau, Bachwis)

- Le dosage du CAP et filtre à sable (essais à la STEP d’Ergolz)

- Le dosage direct dans la biologie (essais à la STEP de Wetzikon)

• Le charbon actif en grain

- Les essais à la STEP de Bülach

• Conclusions

• Remerciements

• Littérature

210 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience


Introduction

• Le processus d’activation augmente considérablement la surface du

charbon (500 – 1’500 m2/g)

~ surface de

10 g

• Grande surface induit une grande capacité

d’adsorption de micropolluants organiques



micropolluant

organique

La classification des charbons actifs

critère en poudre (CAP) en grain (CAG) en micro-grain (μCAG)

taille < 0.045 mm 0.5 – 4.0 mm taille entre la poudre et

le grain

surface très grande légèrement moins

grande que la poudre

légèrement moins

grande que la poudre

régénération du

charbon

impossible possible possible



STEP de Herisau,

BachwisSTEP de Bülach

STEP de Penthaz

Les caractéristiques des différents types de charbons actifs

critère en poudre (CAP) en grain (CAG) en micro-grain

(μCAG)

difficulté à mettre

dans l’eau

plutôt compliqué assez facile assez facile

difficulté pour le

séparer de l’eau

plutôt compliqué facile assez facile

filtration à construire oui partielle

recirculation dans

la biologie (boues

activées)

possible non possible (mais rend

la régénération

impossible)

retours

d’expérience

important encore assez peu

pour le traitement

des eaux usées

encore peu pour le

traitement des eaux

usées

fournisseurs du

charbon

nombreux nombreux peu



Le charbon actif en poudre (CAP)

• Le charbon actif en poudre (CAP) est fourni et stocké sur place (le

stockage est soumis à la réglementation ATEX)

• Le CAP est ensuite pesé et mouillé (étapes relativement

compliquées, mais des technologies existent)

• Le CAP est introduit dans un réacteur de contact

- conçu spécialement pour le CAP

- ou qui peut être la biologie

(si à boues activées)



biologie

CAP

• Les particules de CAP doivent être coagulées pour faciliter la

séparation de l’eau (dosage de FeCl3, précipitation partielle du

phosphore)

• Après l’adsorption des micropolluants organiques, le CAP doit être

séparé des eaux usées traitées

- décantation (procédé d’Ulm ou

dosage direct dans la biologie)

- filtre à sable (dosage de CAP

et filtration sur sable)

- décantation lamellaire (si lits fluidisés/pulsés, floculation nécessaire)

- membranes (très cher)

Le charbon actif en poudre (CAP)



Fe/Al

La STEP de Herisau (Bachwis)

• Première installation en Suisse à traiter les micropolluants

organiques par du charbon actif (flux partiel 55 % du débit nominal)

• Procédé d’Ulm avec du charbon actif en poudre (CAP)



filtres à sable préexistants

décantation du CAP

réacteur d’adsorption des

micropolluants organiques sur CAP

La STEP de Herisau (Bachwis)

• La technologie fonctionne (déjà plusieurs installations en opération en

Allemagne)

- Technologie éprouvée

• Plusieurs points potentiellement délicats :

dosage/mouillage du CAP, mélange du

coagulant/floculant, décantation du CAP

• La charbon peut être gardé plusieurs jours

dans le couple réacteur/décanteur

- Meilleure saturation du CAP → réduction de la

consommation du CAP

• Le charbon peut être ‘recyclé’ dans la biologie

- Réduction de la consommation du CAP

• Dosage de 10 mg/L de CAP a suffit pour respecter

l’abattement de 80 % des substances de référence

• Le procédé d’Ulm requiert beaucoup de place



Le dosage du CAP et filtre à sable (Essais à la STEP d’Ergolz)

• Essais à grande échelle à Ergolz: dosage du

CAP et rétention du CAP avec un filtre à sable

• Rendement de 80 % (sans traitement

biologique) obtenu avec environ

12 mg de CAP/L

ou 2.5 mg CAP/mg COD

• Estimation que 2 mg CAP/mg COD devrait suffire si le CAP est

introduit dans la biologie



Löwenberg et al. Aqua & Gas N°1, 2016

élim

ination [%

]

benzotriazole

carbamazépine

diclofénac

mécoprop

sulfaméthoxazole

Fe/Al

Le dosage du CAP et filtre à sable (Essais à la STEP d’Ergolz)

• Le CAP retenu dans le filtre à sable

enlève encore beaucoup de

micropolluants organiques (pas

seulement le réacteur de contact)

• Le CAP utilisé a été retenu à > 95 %

- suite au changement de type de

CAP, la rétention est descendue à

90 %

• Le procédé est évalué comme

stable et robuste

• L’investissement est faible si une

filtration sur sable est préexistante

• La place nécessaire est assez faible



Löwenberg et al. Aqua & Gas N°1, 2016

Le dosage direct dans la biologie (essais à la STEP de Wetzikon)

• Essais à grande échelle à la

STEP de Wetzikon (dosage de

CAP dans la biologie)

• Une réserve de capacité est

nécessaire pour compenser

la réduction de l’âge de boues

• Le dosage de CAP se situe entre 11 et 18 mg/L (selon des essais à

la STEP de Schönau: 15 mg/L suffirait)



Obrecht et al. Aqua & Gas N°2, 2015

Rößler et Metzger KOMS 2015

élimination des substances

Le dosage direct dans la biologie (essais à la STEP de Wetzikon)

• Le dosage de CAP directement

dans la biologie est possible à

grande échelle

• Le CAP déjà incorporé dans les

boues élimine toujours des

micropolluants organiques

• Un âge de boues élevé du CAP

est souhaitable

• La perte de CAP après filtration

sur sable est très faible, mais est

très difficile à mesurer



Obrecht et al. Aqua & Gas N°2, 2015

Le charbon actif en grain

• Le filtre à charbon actif en

grain fonctionne essentiel-

lement comme un filtre à sable

- rétention des MES

- élimination du phosphore

- rétrolavages pour décolmater

le filtre

• En traversant le filtre, les

micropolluants organiques sont

adsorbés sur le charbon actif

• Quand le charbon actif en

grain est saturé, il doit être

remplacé (peut être régénéré)



figure de www.micropoll.ch

Les essais à la STEP de Bülach (CAG)

• Traitement biologique à boues activées nitrifiantes et dénitrifiantes

• Transformation de filtres à sable en filtre à charbon actif en grain

(CAG)

• Essais à grande échelle




• Elimination des micropolluants

organiques par le CAG

rapidement insuffisante avec

12.5 minutes de temps de

contact en moyenne

• Elimination des micropolluants

organiques toujours

acceptable à ~18’000

volumes de lit filtrant avec

21 minutes de temps de

contact en moyenne

- Le temps de contact a une

influence très importante

sur l’élimination des

micropolluants organiques1610 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience


temps de contact moyen : 21 min (4 m/h)

temps de contact moyen: 12.5 min (7 m/h)

filtre à sable : 7 m/h

volumes de lit filtrant

élim

ination d

es s

ubsta

nces d

e

réfé

rence (

seule

ment

éta

pe C

AG

)

Données pas encore publiées de A. Joss,

J. Fleiner, S. Bitterwolf, M. Böhler,

C. McArdell et H. Siegrist


• La mise en parallèle des filtres à charbon actif en grain

• Meilleur rendement global → réduction de la consommation de CAG

• Remplacement du CAG : un filtre après l’autre1710 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience


60% élimination (à remplacer)

95% élimination (nouveau)

90% élimination

85% élimination

80% élimination

70% élimination

csortie en moyenne

élimination > 80%

centrée





• Aujourd’hui il est encore difficile à

estimer après combien de volumes de

lit filtrant il faudra remplacer le CAG

• Selon deux scénarios avec 21 minutes

de temps de contact (mise en

parallèle des filtres) de l’Eawag:

- on serait entre 39’000 et 71’000


- ce qui correspond à 5 – 9 g CAG/m3

- ou à 2 – 3.5 ans d’exploitation par filtre

- Plus de recherches sont nécessaires,

mais les premiers résultats sont

encourageants

• Une combinaison de CAG avec

l’ozone est également en cours

39’000 volumes

de lit71’000 volumes

de lit

Données pas encore publiées de A. Joss, J.

Fleiner, S. Bitterwolf, M. Böhler, C. McArdell

et H. Siegrist

scénario 1 scénario 2 valeurs mesurées

élim

ina

tion

de

s s

ub

sta

nces d

e

réfé

ren

ce (

seu

lem

en

t éta

pe

CA

G)

Conclusions

• De nombreux procédés avec du charbon actif existent

- en poudre (plusieurs procédés testés et un mis en service)

- en grain (actuellement en phase de test)

- en micro-grain (essais à la STEP de Penthaz)

• De très nombreux produits de charbon actif sont disponibles

- avec des prix variables

- avec des capacités d’adsorption variables

• Chaque STEP est différente, le choix du procédé doit se faire en

fonction

- des ouvrages existants

- de la place à disposition

- de la taille de la STEP

- des normes de rejet pour les autres paramètres (par exemple Ptot)

- des résultats des essais/réalisation en cours et à venir1910 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience


Remerciements

• Adriano Joss et Hansruedi Siegrist (Essais à la STEP de Bülach,

Eawag)

• Hanspeter Butz (STEP de Herisau)

• Michael Thomann et Johanna Obrecht (HOLINGER Liestal, Essais à

la STEP d’Ergolz et à la STEP de Wetzikon)

• Toutes les personnes qui ont contribué à ces essais et les

différentes sources de financements des essais

• Et merci à vous pour votre attention!!



Littérature

• PAK-Dosierung ins Belebungsverfahren – Alternative zur nachgeschalteten

Pulveraktivkohleadsorption, Obrecht et al. Aqua & Gas N°2, 2015

• Elimination von Mikroverunreinigungen mittels PAK-Dosierung im Zulauf

der Raumfiltration, Löwenberg et al. Aqua & Gas N°1, 2016

• Untersuchungen zur Spurenstoffelimination mittels simultaner

Pulveraktivkohledosierung auf der ARA Schönau, Rößler et Metzger,

KOMS 2015

• Rapport intermédiaire sur les essais à la STEP de Bülach disponible vers

la fin de 2016

• ARA Bachwis, Herisau: Neue PAK-Stufe, présentation de Hanspeter Butz,

VSA Fortbildungskurs, 3 juin 2016, Hotel Seeblick, Emmetten

• Einsatz von granulierter Aktivkohle (GAK / O3 + GAK) zur Elimination von

Mikroverunreinigungen, présentation de Julian Fleiner, VSA

Fortbildungskurs, 2 juin 2016, Hotel Seeblick, Emmetten



Documents

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