Recherches de traitementd'eau de source

1-\Exemple: Filiere de traitementpour I'eau de la source karstique«Le Betteraz››, Porrentruy

Jean-Louis Walther et Ralph Bland, PorrenrruyChristoph Munz et Markus Boller, Dübendorf

RésuméEn raison de leur manque en approvisionnement d'eau de boisson, lescommunes de Porrentruy et Courgenay ont entrepris le captage et le trai-tement de la source la plus abondante d'Ajoie: «Le Betteraz» à Porren-truy. La source, ayant subi plusieurs altérations, notamment des pollu-tions par des eaux usées domestiques et des déchets industriels, l'étude deson traitement a nécessité de nombreuses investigations en laboratoire etdans le terrain. Des essais pilotes concernant l'élimination de la turbidité.Poxydation et la désinfection par l'ozone, et l'e'limination des pollutionsorganiques ont été entrepris. Parallèlement certains choix de types decharbon actif envisageables. et divers paramètres de l'ozonation ont étéétudiés dans les laboratoires de l'Engler-Bunte Institut de l'Université deKarlsruhe et de l'EAWAG à Dübendorf. Les résultats de toutes ces investi-gations sont représentés et discutés. Finalement la future station de traite-ment du Betteraz est brièvement décrite.

ZusammenfassungWegen mangelnder Versorgung mit Trinkwasser wollcn die GemeindenPruntrut und Courgenay die Quelle «Le Bettcraz» in Pruntrut fassen undaufbereiten. Es ist die ergiebigste Quelle der Region «Ajoie››. Sie war ver-schiedenen Belastungen ausgesetzt, insbcsondere der Verschmutzungdurch häusliche Abwässer und industrielle Ablälle. Ihre Aulbereitungverlangte umfangreiche Forschungsarbeiten im Laboratorium und vorOrt. Pilotversuche bezweckten die Entfernung der Trübung, die Oxida-tion und Desinfektion durch Ozon sowie die Entfernung organischerVerunreinigungen. Gleichzeitig wurden die Eignung gewisser in Fragekommender Aktivkohlen und verschiedene Möglichkeiten der Ozonie-rung in Laboratorien des Engler-Bunte-lnstitutes der Universität Karls-ruhe und der EAWAG in Dübcndorf studiert. Die Ergebnisse all dieserForschungsarbeiten werden clargclegt und diskutiert. Zum Schluss wirddie künftige Aufbereitungsanlage von Le Betteraz kurz beschricben.

SummaryDue to the lack ot`a sufficiently ample municipal piped water supply, thetowns of Porrentruy and Courgcnay have undertakcn to capture and totreat the most abundant water source in the «Ajoie» region named «LcBetteraz» lying at Porrentruy. The many factors which have broughtabout the changes in the quality ot' the spring such as the presence ol'domestic waste water and industrial wastcs, caused the study of thespring to include numerous laboratory andlield tests. A pilot plant studyinvestigated the removal of turbidity, oxydation and disinfection withozone. and the removal of organic pollutants. ln parallel with this study,the choice olcertain activated carbons and ozone related parameters wasstudied at the Engler-Bunte Institute ot' the University ol` Karlsruhe andat «EAWAG» at Dübendorf. The results ol'aIl ofthcsc investigations arerepresented and discussed. ln finishing, the future «Bettcruz» watertreatment plant is bricfly described.

Gaz - Eaux - Eaux usées 69e année 1989 no l

1428l. Avant-proposEn raison de leur manque en approvisionnement d'eau deboisson. les communes dc Porrentruy et dc Courgenay ontdécidé de capter la source la plus abondante d'Ajoie: LeBctteraz it Porrentruy.Toutefois. si les premières investigations ont démontré undébit d'étiage très important d'environ 4800 litres parminute [l], du côté de la qualité il fallut d'emblée compteravec des variations rapides et fréquentes. En effet commeprésenté dans l'article précédent par Ami Lièvre, chef duLaboratoire Cantonal des Eaux de la République et Can-ton du Jura, le caractère de la source est fortementempreint de diverses influences inhérentes au systèmekarstique complexe d'écoulements souterrains [8-l0].

l

La résurgence karstique «Le Betleraz» à Porrenlruy.

La qualité de I'eau a été détériorée gravement par des infil-trations d'eaux usées, des décharges sauvages de déchetsindustriels, et réagit très rapidement à la suite de fortesprécipitations atmosphériques. De plus, la constructiontoute prochaine de la Route Nationale N16

d'hydrocarbures, de goûts et d'odeurs, et de germespathogènes

c) Matières organiques naturelles, substances humiquesou résidus d'engrais de l`erme, ammonium [2; 5-7; 10]

d) Pollution par les décharges sauvages, hydrocarbureschlorés, etc.

e) Pollutions potentielles par la construction de la N16«Transjurane››

Nous verrons par la suite comment chacun de ces problè-mes a été pris en compte dans la démarche de recherched'une filière de traitements adéquats à garantir une eaurépondant aux critères de potabilité en vigueur.Pour les problèmes évoqués aux points a) et e) les traite-ments de séparation des particules en suspension dansl'eau peuvent aller de la sédimentation àla filtration, sansoublier la floculation. Quant aux autres pollutions citéessous b) à d) elles sont principalement sous forme de matiè-res organiques, celles-ci appelleront des traitements

Tableau 2 Organisation de I 'étude

Ire phaseEssais defiltrationjan vier-décembre 1986

2e phaseEssais « L UCA ››avec I 'aide de l'OFPEjanvier-juin I98 7

Direction.du projetHRW SA*

ConseillersscientifiquesEAWAGDübendorf

EBIKarlsruhe

ConseillerstechniquesSulzerWinterthurTrailigazParisChemvironBruxelles

Analyses

lng.J.-L. Walther:coordination, synthèseIng. R. Bland:exploitation des stationspilotes

Prof. Dr. J. Hoigné: ozoneDr C. Munz etDr M. Boller:floculation et filtrationProf. Dr M. Jekel:microfloculationpar l'ozone,tests-labo d'adsorptionDr G. Buldauf:tests-labo d'adsorptionDr P. Werner:biodégradabilité du DOC

Dr H. Gros:filtrationDr B. Langlais:ozonationMM.J.-F. Marc etF. van Santfoort:mise en oeuvre decharbon actif

Laboratoire Cantonaldes Eaux:M. B. AllemannEngler Bunte lnstítutKarlsruhe

lng.J.-L. Walther:coordination, synthèseIng. R. Bland:exploitation des stationspilotes

Dr C. Munz etDr M. Bo/ler.'suivi scientifique

M M. J. -I-`. Marc etF. van San/foort:mise en oeuvre decharbon actif

Laboratoire Cantonaldes Eaux:M. B. AllemannEAWAG: Dr C. Mun:

*Hofmann, Robadey et Walther SA.

16

d'oxydation et d'adsorption. Une désinfection parfaite esten outre nécessaire.ll est bien clair que face à la complexité de cette eau, desimples investigations de bureau ne pouvaient apporteraucune solution satisfaisante. C'est pourquoi l'0n a eurecours à divers conseillers spécialisés et procédé à plu-sieurs essais de traitement in situ. Le tableau 2 montrePorganisation et les tâches des divers intervenants.

:C en.2. Elimination de la turbid

2.1. Comportement de la turbidité en cas de cruesdela source du BetterazContrairement à bon nombre de sources karstiques, leBetteraz ne réagit pas à un orage avec une montée et unedescente subites de la turbidité [3] , en l'espace de quelquesheures. Si les troubles argileux provoqués par les précipita-tions fortes arrivent déjà à la source environ deux heuresaprès l'événement pluvieux et ceci avec une augementationrapide de leur concentration, il faudra plusieurs jourspour que l'eau redevienne limpide. Ce phénomène empê-che, comme très souvent pratiquée pour, les résurgenceskarstiques afin d°éliminer les pointes de turbidité, la possi-bilité d'une coupure momentanée de l'approvisionne-ment; bien plus, il oblige à trouver un système d'élimina-tion des matières en suspension très capacitif et per-formant.

2.2. Caractéristiques des troubles argileuxL'analyse d'un prélèvement des matériaux déposés dans lasource du Betteraz a montré que la fraction argileuse infé-rieure à 2 microns (μm) constitue 54% des sédiments dont32% sont formés de fines particules plus petites que 0,25microns, donc pratiquement indécantables [2-7]. Et pour-tant lorsqu'on prélève un échantillon dans une bouteille enverre et qu'on le laisse reposer, il n'est pas rare d'observer unphénomène de floculation naturelle, probablement provo-qué par la présence de Ca” et Al*“.De plus il a été constaté que plusieurs smectites sont char-gées en ammonium, cela expliquant en partie le fait que lesvariations de l'ion ammonium soient parfaitement corré-

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10.10* Mio' A Mimi-o' A A Mito' A “mio”Turbidite' (NTU)

Fig. 1 Corre'/ation entre turbidite' (NTU) et matières en suspension(Mes).

Gas - Wasser - Abwasser 69. Jahrgang l989 Nr. l

lés avec l'évolution de la turbidité lors de crues survenantaprès de longues périodes sèches et chaudes, en été parexemple. Lors d`un traitement par floculation - filtrationil a été constaté une élimination quasi complète del'ammonium, ce qui renforce l'idée d'une liaison de cecation avec les troubles argileux.Enfin nous observons une très bonne corrélation entre lamesure de la turbidité et la quantité des matières en suspen-sion [23]. Grâce à cette corrélation représentée à la figure1, des analyses laborieuses de matières en suspension ontpu être évitées au courant des essais-pilotes.

2.3. Problématique générale et buts recherchésLes conditions posées aux procédés de séparation desmatières en suspension (Mes) étaient multiples, no-tamment:1. Elimination de hautes concentrations en matières soli-

des jusqu'à 200 mg Mes/F en moyenne sur plusieursheures avec des pointes ascendant à 400 mg Mes/P

2. Réaction rapide en regard de la présence subite de poin-tes journalières, sans répercussions sur la qualité del'effluent du traitement

3. Garantie d'une basse concentration de l'effluent pluspetite que l mg Mes/l' (0,6 NTU*) en permanence, pouréviter le contrelavage des filtres à charbon actif prévuspour l'élimination des substances organochlorées; uncontrelavage perturberait fortement la capacité d'ad-sorption d'un filtre stratifié.

Pour satisfaire ces exigences, la technique conventionnelleest la filière de traitements classique: coagulation / sédi-mentation / filtration. Toutefois la sédimentation pour-rait être bypassée pendant la majeure partie de l'année enraison de faibles concentrations moyennes en matièressolides. Aussi bien pour des raisons d'utilisation de laplace à disposition que pour des motifs technologiques telsque la stabilité et la régulation des processus de séparationla question se posa de savoir si un système unique de filtra-tion pouvait permettre de remplir les conditions ci-des-sus.Sans aucun doute une filtration ne peut satisfaire ces exi-gences qu'avec l'aide au préalable d'une déstabilisationdes particules au moyen de coagulants-floculants. C'estpourquoi une des premières investigations a visé à obtenirdes renseignements quant aux produits les plus efficaces etleurs dosages nécessaires. Par la suite, des essais de filtra-tion ont été réalisés en considérant un conditionnementchimique optimal des matières en suspension à déterminerpréalablement. * V

2.4. Choix du produit de floculationPour effectuer un choix judicieux de produit chimique àemployer pour la floculation, et aussi pour en apprécier ledosage possible [l l-l6], plusieurs Jar-tests ont été effec-tués sur le site même de la source, en périodes de crues.L'efficacité de quatres produits, le chlorure ferriqueFeCl,, le sulfate d'alumine Al2(SO,)3, deux sortes depolychlorures d'aluminium PAC et WAC, ont été testés

" Nephelometric Turbidity Unit.

Gaz - Eaux - Eaux usées 69e année l989 no l

pour diverses concentrations de troubles dans I'eau bruteet cinq différents dosages de chaque produit chimique[22]. Les figures 2 et 3 représentent la turbidité résiduelledu surnageant après floculation et décantation pour deuxturbidités initiales.On peut remarquer très clairement que les essais effectuésavec le polychlorure d'aluminium (PAC) et (WAC) livrentles meilleurs résultats, tandis que le sulfate d'aluminedonne de mauvaises performances. D'autre part les turbi-dités résiduelles avec PAC et WAC sont quasi indépen-dantes de la quantité de floculant dosée, et il semblequ'une restabilisation lors de dosages excessifs n'appa-raisse pas. Au contraire avec le sulfate d'alumine et le chlo-rure ferrique un tel danger est bien réel. D'autres essais ontmontrés que seuls les polychlorures d'aluminium garantis-saient des résiduels de métal relativement bas, dans le sur-nageant. Enfin lafigure 4 montre que les dosages peuventêtre maintenus inférieurs à 1-2 mg Al/F même pour desturbidités variables dans l'eau brute.Il est connu que la floculation en «Becher›› requiert desdosages bien plus important-que ceux nécessaires à la coa-gulation sur filtre. Cela signifie qu'il peut être procédé enfiltration à des dosages inférieurs à 0,5-1,0 mg Al/F, ce quià côté d'une consommation moindre en produits chi-miques offre également l'avantage d'un dévelopementfavorable des pertes de charge dans les filtres.

3.5

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l.5

Turb`dre':Aït s- á

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0-1 l l l l l iO l00 200 300 l~(X) 500 600:IE-6

Mol Me*/litreFig. 2 Jar-test Betteraz' comparaison defloculants.

3.5

3_ NTu.=a5

`lurb'de're's`duelIe(NTU

2.5- _0 FeCla

o Alz(SOi)sA PAC

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: 1.5- ~

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0 -| j l l l l l0 D0 200 110 400 500 600

0 IE-6 _

Mol Me°“/ litreFig. 3 Jar-test Betteraz: comparaison defloculants.

17

A la suite de ces considérations, en plus d'autres d`ordrcéconomique et d'exploitation, il a été décidé de retenir lepolychlorure d'aluminium pour les essais de filtration.

2

(NTU)

l.6-*

6= 1.2-due

Turb`d`te're-'S

_ 11- *Ê *'À I

-'* ' wncTurbtdite' initiole(NTU)tn 4.2 025 ¿«../.6

PAC× 9.4

0 '1 1 l 1 l l i 1 10 l 2 3 4 5 G 7 8

mg Me '°/litreFig. 4 Jar-lest Betteraz: comparaison WAC/R4C.

2.5. Essais pilotes de filtrationEtant donné qu'il y avait de fortes présomptions pourqu'une seule étape de filtration ne satisfasse pas les exigen-ces sévères de l'élimination des matières en suspension, lapossibilité d'une filtration double (deux filtres multicou-ches en série avec un dosage de floculant pour chacun) futd'emblée intégrée dans les recherches.C'est pourquoi les installations pilotes à Porrentruy, dansla perspective de la qualité du filtrat et des pertes decharge, ont été conçues pour l'optimalisation des paramè-tres suivants:

a Quorz ¢ 2 '- 3 mm, l50cm

b Ponce ¢ 1.5-2 mm, 80cmc Quurz 5 0.5- 0.75mm, 40cmdAnthrctc|te ÿ 2- 4 mm, 80cm¢Oucirz p I- l.5 mm, 40cm

I Anthraciteb Oum-z0 PonceI Quurz

6,9 Ouurzd,h Gravier

l8

Mélcmgeur

Filtre= A B

.................

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Il

0.054 QOG4rn! ml m2

@Ê @ãy» %

- genre et granulométrie des matériaux filtrants, ainsi quehauteurs des couches pour une exploitation it un oudeux étages de filtration ,

- dosages de polychlorure d`aluminium pour une coa-gulation/filtration il deux etages

~ rétention des matieres en suspension par les matériauxfiltrants et rendements de filtration pour différentesconditions de vitesse.

Deux installations pilotes séparées, louées à la maison Sul-zer de Winter!/zur, étaient à disposition: la première étantconstituée de trois filtres en plexiglas de diamètre 30 cm àlavages manuels, et la deuxième consistant en deux filtresen série à lavages et surveillance automatiques, de diamè-tre environ 60 cm.La première installation (manuelle) était destinée à com-parer diverscs configurations de filtres entre elles, envariant les conditions de vitesse et de charge cn matières ensuspension.Puisqu'il n'y avait pas la possibilité durant les essaisd'attendre suffisamment d'événements à hautes turbidi-tés, pour des raisons évidentes de durée des essais et decoûts, des simulations de hautes charges en matières ensuspension à l'aide de particules de kaolin (similitude avecles matières naturelles) ont été entreprises. Au cours desessais les matières solides de la turbidité naturelle se révélé-rent plus simples à éliminer et occasionnèrent une meil-leure qualité du filtrat.La deuxième installation (automatique) servit avant tout àl'examen du comportement d'une filtration à deux étagessur une exploitation en continu et de longue durée, sousl'influence des conditions naturelles effectives avec despointes de turbidité subites.

C

de la ®source

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K°°"" woc Fig. 5 Schéma del'i/tstallatirm manuelle.

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Gas - Wasser - Abwasser 69. Jahrgang l989 Nr. l

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Enfin à la sortie du filtre B, après 60 h de fonctionnement,la turbidité se situait vers 0.1-0,2 NTU, correspondant ilenviron 0,2-0,3 mg/t' de matières en suspension. Les con-ditions fixées au départ (0,6 NTU) ont donc été largementatteintes par cet essai; il s'agissait cependant d`un événe-ment à turbidité moyenne.Une observation intéressante a été faite lors d'une pannede la pompe doseuse de floculant. Surfigure 7 entre 17 h et28 h on peut voir que la turbidité s'élève brusquement dansles filtres à la suite de manque de floculants; Pinfluence surla qualité du filtre lors dela remise en service du dosage estaussi rapide que lors de la panne.En comparant la capacité de rétention des deux préfiltresA et C on remarque, comme les degrés d'effícacité dans lafigure 8 Pindiquent. la supériorité du filtre bicouche.Les matières solides retenues dans les filtres représentéesen fonction de la durée de fonctionnement comme dans lafigure 9 sont de quantité plus importante dans le préfiltreC que dans le A. Il apparaît clairement que la charge spéci-fique du second filtre B n'augmente considérablementqu'après que le filtre précédant ait eu sa percée.Les résultats de ces essais confirment ceux issus d'essais aukaolin, c”est-à-dire l'évidence de la supériorité du pré-filtre C sur le A quant à l'utilisation de la filtration en pro-fondeur, au rendement et à l'élimination des troubles.La figure 10 représente l'évolution des pertes de chargedans les filtres. On remarque cependant pour le filtre C bi-couche une perte de charge anormalement plus élevée quepour les autres filtres. Ce phénomène s'explique par le faitque lors des premiers contrelavages, des particules finesd'hydroanthracite se sont accumulées en une couche de3-5 cm d'épaisseur favorisant une filtration de surface.Une fois cet inconvénient éliminé, par enlèvement de lacouche fine, la configuration du filtre C a montré unemeilleure évolution des pertes de charges que A.

Charge spécifique (kg Meslma)25 _; t I t I \_

Filtre C

//A20 * -Filtre A

/ /”I1° ÿ Hire B Î

° I I F0 15 ao 45 so 75

Temps (h)Fig. 9 C/larges .s'/101*/f/ïz/1/¢*.\' (Ie l'in.s'lu//ation manuelle: ¢*'ve'nemenI (lu14-I8.3.86.

20

Perte de charge ( M)7_5 _| 'I l l |_

Filtre C

6 _

4 . 5 ' -

Hltre A

3 / /

Filtre B1.5 **

° i 1 › i 1 F0 15 30 45 60 75

Temps (h)Fig. I0 Perles de charge de I'ins!a/lation manuelle: événernenl duI4-183.86.

NTU -Turbiaiie'Bo _] l l | l L

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6. \

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T:sf *_ 'L

. \_o 70 140 210 zao 350

tu Entre'e Fîltre l Temps (h)i o Sortie Filtre I = Entrée Filtre ll

A Sortie Filtre Il

I-`I'g. Il Courbes de percée, i/Isla//ation automatique: évvhemenl du6-205.86.

2.5.4. Evénements des 6-20.5. I986 et4-11.6. 1986Le comportement de la filtration en deux étages est repré-senté à l'aide des résultats en provenance de Pinstallationautomatique lors de deux événements avec des pointes deturbidité marquées (voirfigures 11 et 12).

Gas - Wasser - Abwasser 69. Jahrgang 1989 Nr. I

NTU -Turbidite'

13° .J | I l l _|_

104 - --4

..-i -il

al26

1' B *_O .L .t .L

0 35 70 105 140 175

l!I Entrée Filtre! Tempsm)0 Sortie Filtrel = Entrée Filtre llA Sortie filtre ll

Fig. 12 Courbes de percée, installation automatique: événement du4-1l.6.86.

L'événement de mai 1986 représente une suite de deuxcrues dans un domaine de turbidités moyennes pour lasource du Betteraz, alors que l'événement de juin 1986concerne une seule crue, mais avec des turbidités éle-vées.Les résultats montrent d'une manière marquante, cequ'on a pu également constater dans le domaine de la fil-tration en eaux usées [17] quant au comportement dyna-mique de filtres volumiques (filtration en profondeur),qu'en général de hautes charges en matières solides audébut d'un cycle de filtration sont bien retenues, sans per-cée du filtre, alors que des pointes de turbidité intervenantsur un filtre déjà chargé (après 260 heures de fonctionne-ment) conduisent à la percée. C'est pourquoi on peutattendre que les cycles de fonctionnement des filtres dou-bles, aussi bien dans le premier étage de filtration que dansle second, soient interrompus autant par l'atteinte du cri-tère dela percée (événement de mai 1986) que de celui de laperte de charge utile maximale (événement de juin 1986).Le contrôle de Vexploitation d'un tel système de filtrationdouble, à l'échelle industrielle, doit par concéquence êtreopéré à chaque étage par des mesures automatiques delaturbidité et de la perte de charge.Les profils des pertes de charge du préfiltre l (voirfigure13) et du filtre Il (voirfigure 14) montrent les résultats del'événement du 6-20. 5. 1986. Ils ne diffèrent pas dansleurs formes générales de ceux des autres événementsétudiés.A partir de l'allure des courbes de pertes de charge pour lesfiltres l et Il on peut tirer la conclusion que toute la profon-deur des couches filtrantes est utilisée. L'utilisation lameilleure possible de toute la couche d'un filtre en tant que

Gaz - Eaux - Eaux usées 69e année l989 no l

volume de rétention est le but recherché pour les filtresvolumiques, et a permis le remplissage optimal de toutl'espace interstitiel dans le cadre des présents essais. Lesprofils confirment le j uste choix et la concordance des gra-nulométries des matériaux filtrants pour les deux filtres.Une amplification de la capacité de rétention pourrait êtreencore recherchée par une augmentation .des hauteurs decouches.

Profondeur du filtre (cm)

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Temps (h):

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Perte de charge (cm CE)Fig. 13 Profils des perles de chargefiltre 1: événement du 6-20.5.86.

Profondeur du filtre (em)

i i i ~-i i_ '

Fsiife ii Temps

2.5.5. Comparaison desrésultatsPour apprécier les durées de filtration atteigiiables on uti-lisera les criteres suivants:

Filtres C et l: pertes de charge «5,5 in CE` turbidité du filtrat < l6,0 NTU

ou (25,0 mg/t' Mes)Filtres B et ll: pertes de charge

3. Oxydation et désinfection ii l'ozoneL'intervention d'une oxydation ii l'ozone dans la filière detraitement [27-31] petit produire, entre autres, les effetssuivants:

microfloculation des matières en suspension [11,25-26]oxydation du fer dissousoxygénation de l'eau

- 1`avorisation de _l'élimination biologique des matièresorganiques et de l'ammonium sur un charbon actif[32-40]

- désinfection bactéricide et virulicide [41]- élimination des goûts et odeurs [42]- amélioration de la couleur- diminution du dosage de chlore en fin de traitement

[35, 39]Quasi la totalité de ces effets ont pu être vérifiés lors desessais qui se sont déroulés soit en laboratoire (EnglerBunte Institut à Karlsruhe, EBI, et Eidg. Anstalt für Was-serversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz àDübendorf, EAWAG), soit in situ. Pour ces derniers,deux filières ont été testées:

A. Préfiltration + Filtration + Ozone + Charbon actifB. Préfiltration + Ozone + Filtration + Charbon actif

Les essais pilotes avaient pour but de définir l'importanced'une oxydation par ozone dans le traitement de l'eau, lechoix de sa place, ainsi que les influences positives et néga-tives par rapport aux autres traitements envisagés.D”autre part les essais pilotes devaient permettre de mieuxcerner les conditions futures d'exploitation de l'ozonation(dosage, régulation, etc.).

3.1. Désinfection et demande en ozoneAfin d'obtenir des conditions bactéricides et virulicides ilest nécessaire, de maintenir un résiduel d'ozone dans I'eaud'un minimum de 0,4 g O3/m3 pendant 4 minutes, c'est cequ'on appelle une ozonation vraie. Nous n'entrcrons pasdans les détails ici sur 1'exposé de réactions de l'ozone avecles substances organiques, ou autres, contenues dans I'eauet qui peuvent par leur consommation en ozone aller à con-trecourrant du maintien d'un tel résiduel [36-40, 43-451.Cependant, afin de tenir compte de ces phénomènes, quel-ques expériences en laboratoires (EAWAG, Trailigaz) ontpermis d'évaluer la demande en ozone pour atteindre lesconditions de désinfection.Lafigure 16 montre les résultats des essais effectués parleProf. J. Hoigné de l'E/\WAG sur plusieurs échantillons[46, 47]. Chaque échantillon a été ozoné de manière à rece-voir une dose instantanée de 1 g O,/mi. Le graphique pré-sente l'évolution du résiduel en fonction du temps. Leséchantillons de 1986 proviennent de 1'eau brute filtrée enlaboratoire par une membrane de 0,45 microns, tandisque l'échanti1lon 1987 est issu du filtrat de F1. Les courbesmontrent une consommation immédiate, dans les premiè-res secondes, de l'ordre de 0,2-0,3 g O3/m3 et due à desréactions d`oxydations extrêmement rapides. Toutes lescourbes présentent également un résiduel après 4 minutessupérieur à 0,4 g/m3. Cela veut dire que pour les types

Gaz - Eaux - Eaux usées 69e année 1989 no 1

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2O 30 Min.

@ Condition de l'ozonotion vrcite

Fig. 16 Professeur J. Hoigné: courbes de consommation d 'ozone.

d'eaux analysés un taux de départ de 1 mg/t' devrait suf-fire à garantir la désinfection.D'autre part la durée de_1a deuxième demi-vie de l'ozonedans ces échantillons est supérieure à 6 minutes pour cetaux, cela permet donc pour des taux supérieurs ou égaux àcelui-ci d'obtenir une oxydation poussée de bien des com-posés organiques de I'eau (phénols, amines, sulfites, oléfi-nes, etc.) en même temps que la désinfection, à conditionde dimensionner les ouvrages de diffusion de manière cor-recte [27, 44, 46].Le suivi des installations pilotes a quant à lui montré qu'ilétait nécessaire d'appliquer des doses d'ozone de 0,6 à 1,8 gO/3/m3 pour garantir l'ozonation vraie.

3.2. Situation de I'eau du Betteraz par rapport à d'autreseaux de SuisseAu cours du processus d'ozonation d'une eau potable unepartie de l'ozone dissous se décompose et forme des oxy-dants secondaires hautement réactifs, des radicaux OH.Leur action sur certains polluants dépend très fortementdu type d'eau, car plusieurs substances contenues dansI'eau (substances humiques, bicarbonates, etc.) réduisentces oxydants au cours de réactions rapides. Ces substancesprotègent les micropolluants (p. ex. Trichloroéthylène)contre une oxydation par des radicaux OH [44].Après plusieurs expériences, le Professeur J. Hoigné a misen évidence une e1`t`icacité des radicaux OH bien moindreque celle observée dans trente eaux suisses et encore inex-pliquée à ce jour. ll semble qui 1'ozone réagit en partie danscette eau de source par un mécanisme qui ne conduit pas oupeu à la formation de radicaux OH.

23

3.3. Influence de I`ozone sur le carbone organique «DOC»Il est connu que par l`ozonation, les substances humiquessont transformées en des composés moins adsorbables surcharbon actif, mais par contre plus biodégradables [34,36, 39, 40]. Ces phénomènes sont très intéressants dans lescas de traitement d'eaux de surface puisque le développe-ment d'une biologie fixée sur le charbon actif contribueparfois grandement à l'élimination de la matière organi-que, soulageant ainsi le charbon d'une adsorption inutile.Cinq types de charbon ont été testés en laboratoire par leDr BaIdauf(EB1) [49]. Nous en avons choisi un pour illus-trer l'effet de l'ozonation sur l'adsorption du DOC. Lafigure 17retrace plusieurs courbes de percée du DOC pourle charbon F100 [50]. Les courbes 1 et 2 proviennent detests sur de I'eau brute du Betteraz, filtrée en laboratoire à0,45 microns. La courbe 3 provient d'un test sur une eauen provenence de la station-pilote après Fll, donc de I'eauprétraitée pour la filtration sur charbon actif. Enfin lacourbe 4 représente la percée effective d'une colonnepilote au Betteraz.

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Fig. 17 Courbes de percée simulëes et réelles [49].

ll ressort de ces courbes que, ou bien il est très difficile desimuler le prétraitement en laboratoire, ou bien la compo-sition du DOC est très changeante. Toutefois les prélève-ment ont été effectués à la même époque de 1'année (pro-bablement mêmes substances humiques) et la courbe 4confirme la 3, mais établie sur la longue durée d'uneannée. Dans tous les cas on assiste à une nette diminutionde Padsorbabilité du DOC par l'aetion de l'ozone.Quant à 1'inf1uence sur la biodégrabilité les tests duDr Werner (EB1) [32, 49] n'ont montré qu'une très légèreaugmentation de celle-ci par rapport au DOC des échantil-lons d'eau brute. Ce DOC était déjà en grande partie bio-dégradable, ceci étant mesuré au taux de reproduction debactéries injectées dans l'échantillon au préalable stérilisé.Ce taux était de 0,25/h pour I'eau non ozonée et de 0,27/hpour I'eau ozonée, avec une dégradation du DOC pen-dant une incubation de 39 heures passant de 0,39 mg/l' à0,54 mg/F.

3.4. Elimination des goûtsL'eau du Betteraz en raison d'infiltrations d'eaux uséesindustrielles (teinturerie) a durant certaines périodes ungoût de moisi, renforcé encore par une chloration. Aprèsozonation, ce goût a complètement disparu, même en pré-sence de postchloration [42].

24

3.5. Place de l'ozone dans la filière de traitement3.5.1. Ozonation avant lafiltration sur charbon actifUn premier essai a été effectué avec une ozonation princi-pale précédant immédiatement le filtre au charbon actif,comme c'est couramment le cas en Suisse pour des traite-ments d'eau de surface.Deux inconvénients majeurs sont apparus avec cet empla-cement de l'ozonation.- Microfloculation:Malgré une filtration précédente très efficace on a cons-taté dans l'eff1uent de la colonne d'ozonation (temps decontact 20 minutes, résiduel O, après 6 minutes: 0,4 mgO,/1') la formation de microflocs. Ceci a pour consé-quence fâcheuse, un colmatage progressif des filtres aucharbon actif, ce qui obligerait à les contrelaver périodi-quement.- Résiduel O, avant charbon actif:Lors de périodes à faible charge polluante dans l'eau desource, un résiduel allant jusqu'à 0,35 mg O3/F a étéobservé à l'effluent de la colonne de contact. Considérantqu'un résiduel maximal de 0,1 mg/1' est tolérable par lecharbon actif (réaction de O, avec le charbon et danger deramolissement de celui-ci) ce phénomène obligerait àramener la dose d'ozone à une concentration ne permet-tant plus une bonne désinfection.

Ces constatations ont conduit à remonter l'ozonationdans la chaine de traitement, entre la préfiltration et la fil-tration fine.3.5.2. Ozonation entrepréfiltration et filtration fineL'ozonation à ce stade a été conduite de manière à garan-tir des conditions bactéricides et virulicides. Pour obtenirces conditions il a été nécessaire d'appliquer suivant laqualité de l'eau un taux de traitement allant de 0,6 gO,/mi à 1,8 g O3/ml. Le premier constat important a étéque le résiduel avant charbon actif, soit après la filtra-tion fine, même avec un taux de traitement élevé n'estjamais monté au-dessus de 0,1 g/m3, en réalité il ètait de0,05 g O3/m3.Ce fait donne donc une plus grande liberté dans le choixdes taux de traitement.D'autres avantages se sont également profilés:- élimination totale des microflocons (formés dans l'ozo-

nation) par la filtration fine (protection du charbon* actif)- possibilité éventuelle d'une élimination jusqu'à

40-50 010 de tríchloréthylène en portant le taux d'ozona-tion à environ 2 g O3/m-l, prolongeant ainsi théorique-ment les cycles de réactivation du charbon actif d'unfacteur 1,5 à 2, à condition que cette substance soitseule représentante des organochlorés volatiles dansl'affluent d'un processus d'adsorption

- l'effluent du filtre fin était toujours désinfecté, si bien_ que les cycles de lavage ont pu être prolongés eux aussi

(lavage environ une fois par mois).C'est donc cette place qui a été choisie pour l'installa-tion définitive.

Gas - Wasser - Abwasser 69. Jahrgang 1989 Nr. 1

4. Elimination des pollutions organiques4.1. IntroductionChaque eau brute utilisée pour la préparation d'eau pota-ble contient des substances organiques naturelles dissou-tes en quantité beaucoup plus importante que les micro-polluants. Ces substances naturelles sont généralementquantifiées globalement par le biais de la mesure du carboneorganique dissous (DOC = Dissolved Organic Carbon).Cette matière organique naturelle est constituée en grandepartie par des substances humiques, pouvant réagir avec lechlore d'une désinfection en formant des composés halo-formes [35, 391.Cette matière organique lorsqu'elle est en quantité tropélevée (plus qu”environ l mg DOC/P) peut provoquer laprolifération de bactéries indésirables dans le réseau. Sitoutefois elle se trouve en quantité trop faible, des risquesde corrosion des conduites peuvent apparaître. L'énumé-ration de ces quelques faits particuliers, il y en a biend'autres, montre bien la complexité de l'abord d'un traite-ment visant la réduction de la matière organique.D'un autre côté I'eau brute du Betteraz (ef. tab. 1) contientdes micropolluants eancérigènes qu'il faudra éliminer [51].Il faudra en outre tenir compte de pollutions potentiellesaccidentelles, par exemple accident d'hydrocarbures.L'élimination des pollutions organochlorées aurait pus'effectuer au moyen d'un «stripping» (aération), vu quecelles-ci sont volatiles. Cependant l'application de ce pro-cédé n'a pas été retenue comme valable dans notre cas,en raison du problème non-résolu, avec ce genre d'ins-tallation, quant à l'élimination des autres substancesorganiques polluantes et non volatiles. D'autre part un«stripping» aurait pu influencer l'équilibre calco-carbonique de I'eau par évacuation de CO2 et nécessiterun traitement supplémentaire de correction de pH. C'estdonc vers un traitement d'adsorption sur charbon actifque le choix s'est dirigé. Le domaine de l'adsorption est unsujet très vaste [52-63] qu'il est hors de question de traitercomplètement ici. C'est pourquoi nous nous limiterons àn'en présenter que quelques aspects.

4.2. Tests en laboratoirell y a plusieurs manières d'aborder le dimensionnementd'un traitement au charbon actif. Les paramètres à étu-dier sont multiples: choix du type de charbon en fonctionde critères d'adsorption et économiques, choix d'unetechnologie de mise en oeuvre du charbon, déterminationde critères pour décider du moment de la réactivation dansle cas de charbon actif en grain, etc. D'autre part les phé-nomènes d'adsorption dans un filtre sont des processusqui demandent du temps pour leur observation en essaispilotes. Si l'on veut comparer plusieurs qualités de char-bon actif ces essais deviennent rapidement coûteux. C'estpourquoi dans un premier temps, à Porrentruy, il a étédécidé d'opérer un choix du type de charbon sur la base detests d'adsorption en laboratoire, à l'Engler Bunte Institutde l'Université de Karlsruhe (EBI).Cinq types de charbon ont été testés (C25, H7l, F100,F400, ROW 0,8 Supra) [49] et des courbes de percée pourle DOC, telle que sur lafigure 19, ont été simulées [50].

Gaz - Eaux - Eaux usées 69e année 1989 no l

ll ressort de ces courbes. et d'unc étude économique (rap-port coûts - qualité), que la sorte de charbon F100 était laplus intéressante pour notre cas. Ce charbon combinait eneffet les avantages économiques et d'adsorption soit pourles organochlorés, soit pour le DOC. Les tests cités ci-dessus ont été effectués sur de I'eau brute à l'occasiond`une crue (DOC = 2,4 mg/1'). ll s'agissait donc d'unessai ponctuel, qui, en regard des variations importantesde la qualité des eaux du Betteraz, ne pouvait fixer à luiseul le choix définitif du charbon. De plus, même si le typeF100 montrait théoriquement la meilleure aptitude àadsorber les organochlorés, les tests effectués ne livraientque des informations sur le comportement d'un filtre pourl'élimination du DOC.Un deuxième test sur l'eau en provenance de l'installationpilote confirma certes, pour le critère DOC, la supérioritédu F100, mais présenta (voirfigure 17) des courbes de per-cée nettement plus défavorables.C'est pourquoi, à la suite du dernier test. il a été décidé deremplir un des filtres plexiglas de Ø28,5 cm avec du charbonactif F200 (même qualité que F100 mais de granulométrieplus fine) sur une hauteur de couche de 2,20 m, et d'obser-ver sur une longue période l'évolution des courbes de per-cée à travers le filtre (AKF4 dans lafigure 26), autant pourle critère DOC (figure 19) que pour celui des organo-chlorés.

4.3. Adsorption des hydrocarbures ehlorés4.3.1. IntroductionA cause de la découverte récente de plusieurs foyers depollution par des solvants organochlorés dans les eauxpotables, l'EBl a commencé vers la fin des années septanteà étudier et à proposer des systèmes de filtration au char-bon actif, neufs dans leur conception. Dans ce cadre,toute une série de thèses de doctorat ont démontré que cetinstitut était en train de découvrir des aspects fondamen-taux pour la révision des théories de l'adsorption [54-57,58, 62-671.

4.3.2. Notion d'e'quiIibred'adsorpti0nLes grains de charbon actif sont des particules très poreu-ses pouvant développer des surfaces d'adsorption del'ordre de 1000 ml par gramme de charbon. Les molécu-les organiques viennent s'attacher à cette surface en péné-trant dans les micropores des grains, les saturant progres-sivement. La capacité d'adsorption d'un charbon actifpour une substance donnée est en équilibre avec la concen-tration de celle-ci dans I'eau à traiter. Si cette concentra-tion s'élève, la capacité augmente; si au contraire elles'abaisse, la capacité diminue et la substance désorbe.Lors d'unc vague de pollution [61] un filtre à charbon agitcomme un tampon, en atténuant la vague avec plus oumoins d'intensité selon si le degré de saturation à cemoment est bas ou élevé. Une fois l'équilibre atteint, lasaturation, un charbon ne retient plus Pimpureté, il faut leréactiver. Dans la pratique il est très rare qu'un filtre par-vienne à la saturation d'équilibre, car la percée du filtreatteint déjà bien avant la concentration limite admise dansI'eau potable de tel ou tel polluant.

25

4.3.3. Phénomènes deconcurrence d'ads0rpti0nToutes les substances ne sont pas adsorbées avec la mêmeforce, si bien qu'il existe une réelle concurrence d'adsorp-tion entre les diverses substances contenues dans I'eau.Cela complique considérablement le processus d'ad-sorption dans les filtres. A cet égard chaque eau est diffé-rente.A cause de la concurrence pour les places d”adsorption, lescapacités d'équilibre des substances sont diminuées parrapport au cas où elles sont seules dans l'eau à traiter. Lafigure 18 présente l'effet du DOC comme concurrent desorganochlorés.Des simulations sur modèle montrent la réduction decapacité d'un filtre pour le trichloréthylène, en présencede DOC [51]. ,La perte en capacité d'adsorption pour une substance, enprésence d'une autre substance, conduit à des effets dedésorption dans le filtre. Par ce phénomène la substancede meilleure adsorbabilité va repousser la substance déjàadsorbée. Cela peut conduire à des situations où la con-centration de la substance désorbée est supérieure à la sor-

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tie du filtre qu'à celle de l'entre'e, comme le montre lafigure 23 pour le perchloréthylène (substance repous-sante) et le trichloréthylène (substance désorbée) [51].

4.3.4.1nf/uence de laconcentration Co surla courbe de percéeA l'exemple du trichloréthylène la figure 20 montre queplus la concentration à l'entrée d'un filtre (Co) diminueplus la courbe de percée s'allonge. Les volumes traités parkilogrammes de charbon actif augmentant, bien entendu[62].

4.3.5. Systèmes de filtrationessayes en AllemagneLe système conventionnel de filtre (hauteur de coucheenviron 2,5 m) comme nous l'avons vu, ne permet pasd'atteindre la saturation complète pour des raisons delimite de qualité à respecter dans Peau traitée. C'est pour-quoi les traiteurs d'eau allemands et l'EBI ont imaginé denouveaux systèmes de filtration.

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voLuME TR/me M3/KGFig. I8 Concurrence d'adsorpti0n: simulation DOC/Trichloréthy/ène Fig. 20 Influence de la concentration C0 sur la courbe de percée du[53/_ lrichloréthylène [62].

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La filtration en parallèle, a condition d`avoir plusieurs fil-tres à disposition, permet de maintenir une qualité quasiconstante dans l`eau filtrée, tout en offrant la possibilitéde saturer chaque filtre complètement. Avec un nombresuffisant de filtres (6-7) il est possible d'atteindre un ren-dement meillcur de l'ordre de 30 °7o [51] (figure 21).Le même effet peut être obtenu avec deux filtres en série,probablement moins coûteux que les filtres en parallèle[5l, 52, 58] (figure 22).

Prose l Phase II(Filtre I doit être réactivé)

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( Filtre ti doit être réactivé)

Fig. 22 Exploitation defiltres en série [53].

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Gaz - Eaux - Eaux usées 69e année l989 no l

Dans ce cas les filtres devraient avoir une hauteur de cou-che supérieure au front d`adsorption. Lc système de con-duites et d`armatures pour opérer la rotation des filtres estcomplexe. C'est pourquoi on a imaginé un autre type defiltre qui est celui de lafigure 23, plus simple [5 l, 521.Grâce à l`étranglcment de la section dans la partie supé-rieure, il est possible par l'augmentation de vitesse danscette zone lors d'un contrelavage de retirer la couche decharbon actif supérieure déjà saturée. La couche infé-rieure est ensuite sortie à son tour, mise de côté, jusqu'à cequ'une nouvelle couche de charbon frais ait été mise enplace sur le fond du filtre. Finalement la couche mise decôté est replacée par dessus.A première vue. le système dans son principe est le mêmeque le précédent. Toutefois tout le remue-ménage opérésur la stratification du charbon actif lors de Pinterversiondes couches nous laisse penser que les conditionsd'adsorption après interversion sont bien différentes ducas à deux filtres en série, où celles-ei ne sont pas per-turbées.

4.4. Le Betteraz: recherche d'un nouveau traitement4.4.1. HistoriqueDébut l986, alors que les essais de filtration commen-çaient, le bureau d'ingénieurs, s'appuyant sur le principede la concurrence d”adsorption entre trichloréthylène etperchloréthylène, pensa à une solution originale d'exploi-tation de charbon actif. En mars de cette année des con-tacts furent pris avec le fournisseur de charbon pour étu-dier la nouvelle variante. L'idée était la suivante: Partantde lafigure 19 il est évident qu'on assiste dans un premiertemps à une percée solitaire de trichloréthylène. Cettesubstance pourrait ensuite être adsorbée sélectivementdans un second filtre, la capacité de saturation de celui-civis-à-vis du trichloréthylène serait augmentée, d'où gainau niveau des frais de réactivation. Le premier filtre seraitquant à lui réactivé sous le critère du perchloréthylène.Ensuite, la figure 19 pourrait être également considéréecomme un élément de filtre. En admettant qu'on filtre debas en haut et qu'on rajoute un élément chaque fois que lefiltre livre du perchloréthylène on contrecarrera ainsi laprogression du front d'adsorption de cette substance.Autrement dit le filtre rempli couche par couche dureraplus longtemps (critère Per, plus adsorbable que Tri) et nelivrera que du trichloréthylène, à adsorber sélectivementdans le second filtre.Dans cette réflexion toutefois n'intervenait pas le point devue de la concurrence d'adsorption avec le DOC. Cepen-dant, les Drs Baldaufet Zimmer de l'EBl mettaient de leurcôté en évidence les effets négatifs de la préadsorption duDOC dans les couches profondes des filtres à charbon[64-671.En juillet 1986, lors d'une rencontre à Porrentruy, leDr Balclauf proposa le même systeme de filtration que lebureau d'ingénieurs avait imaginé, mais cette fois-ci sur labase d'une réflexion à partir de la théorie de la préadsorp-tion. Jusque-là les essais pilotes concernant la filtrationétaient terminés, nous avions épuisé le crédit y-relatif,mais la nouvelle solution paraissait très alléchante.

27

Convaincus de la portée économique et d'intérêt généralde ce nouveau système, l'Office t`édéral de la Protection del'Environnement OFPE accepta de prendre en charge unepartie des frais de prolongation des essais pilotes,1'EAWAG et le bureau d'ingénicurs. intéressés égalementà ce développement, supportant le reste des coûts. Et c'estainsi qu'est né le système LUCA (Layered Upflow CarbonAdsorption), objet du Prix Chemviron 1988 [68-721.

4.4.2. ProblématiqueLe DOC constitué des substances naturelles est dans larègle moins adsorbable sur charbon actif que les micro-polluants, de sorte que le front d'adsorption du DOCpénètre plus rapidement dans les couches profondes d'unfiltre [62, 64, 671.Cela conduit à une préadsorption des substances organi-ques naturelles précédant celle des micropolluants, provo-quant ainsi une diminution de la capacité utile d'un filtreà charbon actif pour ces derniers. Cet effet de perte decapacité utile augmente avec la profondeur du filtre. Lorsde la conception de filtres à charbon actif pour 1'é1imina-tion de micropolluants, il faut donc tenir compte, à partl'adsorption concurrentielle entre DOC et micropol-luants, également de la préadsorption du DOC.Afin de réduire cette influence négative et ainsi d'augmen-ter 1'efficacité des filtres à charbon actif, la mise en oeuvrede filtres à remplissage progressif de charbon actif encontre-courant a été proposé [65].Dans le cadre des essais pilotes à Porrentruy, ce moded'exploitation a été testé en grandeur semi-industrielle.Les essais devaient permettre de juger de la possibilitéd'exploíter un tel système dans le traitement de I'eau pota-ble, en alternative aux filtres conventionnels à lit fixe.

4. 4. 3. Description des essaispilotes _Le principe repose comme décrit dans la figure 24 sur lacomparaison de filtres ascendants à remplissage progres-

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Fig. 25 Courbes de profils de concentration et tricI|Iore'th_vIène (TRI)pour 1 'adsor/teur ascendant à lit fixe A KF1.

sif avec des filtres parallèles à lits fixes 1'un étant ascen-dant, l'autre descendant. Les données du pilote d'essais,ainsi que les types de charbon actif utilisés sont égalementindiqués dans la figure 24. Pendant la durée des essais,I'eau de la source était relativement peu chargée en hydro-carbures chlorés, 17,2 mg/m3 de trichloréthylène (TRI) et12,3 mg/ml de perchloréthylène (PER), et présentait unDOC d'environ 1,4 mg/P. Les filtres ascendants à remplis-sage progressif ont été exploités de la manière suivante:Une première couche de 30 cm a été mise en place. Aprèsavoir atteint la concentration limite choisie de 5 mg/m3d'organoch1orés totaux, une couche suivante de 30 cm a étéajoutée, et ainsi de suite jusqu'à une hauteur de couche to-tale de 150 cm. Des prises d'échanti1lons à diverses profon-deurs de filtre ont permis de suivre analytiquement avecune cadence hebdomadaire à semi-hebdomadaire, 1'évolu-tion des processus d'adsorption.

I Floculaliun-Flllralion2 Ozonatlon3 Floculallon-Filtrationmma

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ascendant ascendantAFK2 AFK3

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1028.5F2001.00.50 / Fig. 24 Schéma du pilote a"adsor/›tionpar charbon acttfvn grain.

28 (Sas - Wasser - Abwasser 69. Jahrgang 1989 Nr. 1

4.4.4. Evolution des chargesadsorbéesA partir des courbes de concentration à différentes pro-fondeurs (figure 25) on peut tirer, au moyen d'un bilan desmasses, les charges adsorbées en TRI et PER pour chaquecouche de charbon actif. Lesjigures 26a, b et 27a, b mon-trent l'évolution des charges adsorbées dans les couchesdu filtre ascendant à lit fixe AKF 1 et du filtre à remplis-sage progressif AKF 2, dotés les deux du même type decharbon. On a reporté les charges spécifiques adsorbées(g/kg CA = charbon actif) en fonction des charges spéci-fiques à l'entrée du filtre.La droite représentant un rendement de 100% a été égale-ment reportée. ll ressort de ces figures que les chargesadsorbées atteintes autant par TRI que PER dans les cou-ches de filtres à remplissage progressif, sont pratiquementidentiques (figures 26a et 26b).Au contraire dans le cas du filtre à lit fixe, les chargesadsorbées atteintes montrent des divergences pour chaquecouche et sont à l'exception des premiers 30 cm bien infé-rieures à celles de l'autre type de filtres. On peut dire encomparant directement les deux types de filtres (mêmecharbon, même charge hydraulique) qu'un meilleur ren-dement est fortement marqué dès la deuxième couche ence qui concerne les filtres à remplissage progressif, parrapport à l”autre type.

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Ces différences sont provoquées par les effets de préad-sorption du DOC dans les couches profondes du l`iltre à litfixe.

4.4.5. Comparaison desrendements des filtres étudiésLc tab/eau 5 représente les rendements atteints par les qua-tre filtrcs à charbon actif. Selon ce tableau, on atteint àPorrentruy, avec le système de filtration ascendant à rem-plissage progressif dans les mêmes conditions d'exploita-tion (15 m/h, 1,5 m de couche totale), et pour une concen-tration limite admissible à la sortie du filtre du 5 mg/mid'hydrocarbures chlorés, des volumes d'eau traitée quisont environ 50% plus élevés que ceux d'un filtre à lit fixe.Cela correspond à une fréquence de réactivation du char-bon de 33 070 environ plus petite. Puisque la réactivationest une partie importante des coûts d'exploitation d'un fil-tre au charbon actif, des économies substantielles peuventêtre réalisées. Par la mise en œuvre d'un nombre de cou-ches plus important que celui des essais de Porrentruy, onpeut atteindre des rendements encore meilleurs.Lafigure 28 représente une extrapolation des résultats desessais, en admettant pour le filtre AKF 2 que les couchessupérieures à 1,50 m ont toutes le même rendement que ladernière couche essayée ainsi qu'une exploitation opti-male du filtre (critère de changement de couche non plus

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Après le préfiltre en pression, l`eau est ncheminóe dans lescolonnes d'ozonation (4× l() minutes) ou elle atteint lepoint culminant de la station. Le temps de contact relati-vement long assure d'une part une bonne désinlection. etd'autrc part permet d'envisager une oxydation pousséede la matière organique (dosage d'ozone possible entre0,2-3,0 g O,/ini) éventuellement élimination jusqu'à 50%de trichloréthylène.L'eau quitte les colonnes de contact, subit une injectionsecondaire de floculant et passe par une chute de dégazageavant d'entrer dans le filtre fin Fll. Celui-ci éliminc lesmicroflocs produits dans l'ozonation et le reste des matiè-

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res en suspension jusqu'ù une qualité dc filtrat dc (),05~O,4FTU pour éviter tout colmatage des filtres au charbon. Lel`iltre assure aussi la destruction quasi totale de l'ozonerésiduel. évitant ainsi les problèmes d'attaque du charbonactif par l'ozonc.A ce stade l`eau zi déjà subi une réduction de 20-30 070 deDOC. ll reste encore les micropolluants ct un peu de DOCà éliminer. ce que fera le système LUCA avec ses deux fil-tres en série. Le premier filtre AKI est ascendant et estrempli progressivement couche par couche. Le deuxièmeAKII, descendant, assure Pélimination des particules decharbon mises éventuellement en suspension lors de la

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phase ascendante. Le système d'exploitation du silo(80 ml) et de transport du charbon actif a été développépar le bureau d'ingénieurs, en collaboration avec les servi-ces techniques du fournisseur de charbon.Le critère de qualité à la sortie du système LUCA est de

c1`1`cct on chlorination and biological filtration; ozone: Science andEngineering vol. 3. 1981

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Les auteurs:

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J.-L. Walther, R. Bland ing. dipl.ing, rural ¢_lípI_ EPF-Z génie civil Bsc. MIWEM

c/o Hofmann, Robaday et Walther SA,ingénieurs-conseils SIA.Pré Tavanne 4, 2900 Porrentruy

Gaz - Eaux - Eaux usées 69e année 1989 no 1

ben dcr Statltwcrke P1`orl.heim und dcr DVGW-Forschungsstelle,Heft 27, EB1 l\':u'lsruhe

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C. Munz, Dr. ing. M. Boller, Dr. sc. techn.

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c/o EAWAG (Eid. Anstalt für Wasserversorgung,Abwasserreinigung und Gewässcrschutz,Uberlandstr. 133, 8600 Dübendorf

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