Traitement des eaux résiduaires urbaines par charbon actif en poudre Etude du procédé CarboPlus pour les polluants prioritaires et émergents R. Mailler (LEESU), V. Chastagnol (STEREAU), J. Gasperi (LEESU), Y. Coquet (SAUR), F. Nauleau (SAUR), O. Rousselot (SIAAP), V. Rocher (SIAAP)
Procédé CarboPlus Un procédé issu du traitement de potabilisation des eaux Le choix du Charbon Actif: Les polluants ne sont ni transformés ni concentrés mais éliminés pas de formation de sous produits toxiques ou mutagènes. Une forte masse de Charbon actif dans le réacteur Un renouvellement faible mais continu du Charbon Actif 2
Collecte de l'eau 5 par surverse Procédé CarboPlus Réacteur à charbon actif fluidisé à renouvellement continu 6 Sortie de l'eau traitée Injection de charbon actif neuf en continu Ecoulement ascendant 2 de l'eau 3 4 Séparation de l'eau et du charbon Adsorption des micropolluants sur le charbon actif expansé Extraction puis destruction ou régénération du charbon actif usagé 1 Entrée de l'eau à traiter à la base de l'ouvrage 3
Produits CarboPlus CarboPlus P Technologie Poudre CarboPlus µg Technologie micro-grain Procédé très COMPACT : Vitesse : 6 à 20 m/h selon applications 4
Procédé CarboPlus La SECURITE sanitaire La PROTECTION des milieux aquatiques en REDUISANT la diffusion des micropolluants Eau Potable EP Eaux Résiduaires Urbaines ERU Eaux Résiduaires Industrielles ERI CarboPlus P Présenté aux JIE 2012 Résultats prototype JIE 2014 Retours d Expérience UIC 2014 CarboPlus µg Présenté aux JIE 2006 Retours d Expérience Résultats prototype ASTEE 2015 Pilotes CarboPlus : 8000 m 3 /h installé ou en cours de construction 5
Installations de production d Eau Potable par CarboPlus Retours d expérience Finistère: Crozon 90 m 3 /h Vendée: Le Longeron 350 m 3 /h 6
Installations de production d Eau Potable par CarboPlus Retours d expérience Gers : Montégut-Arros 550 m 3 /h Yonne: Sommecaise les Ormes 80 m 3 /h 7
Installations de traitement des Eaux Usées par CarboPlus Retours d expérience Eaux Industrielles, chimie Eaux Urbaines : 21500 EH 8
Prototype CarboPlus - Seine Centre (SIAAP) 9
Performances du pilote 16 composés abattus > 60% ou > 80% 10 composés abattus entre 30 60% Σ Médicaments abattue à 72% Résidus de médicaments et hormones 10
Performances du pilote 19 composés abattus > 60% ou > 80% 7 composés abattus 30 60% Σ Médicaments abattue à 83% Résidus de médicaments et hormones 11
Performances du pilote Dose CAP = 10 mg/l Pesticides, bisphénol A et parabènes abattus à plus de 60% PFOS, alkylphénols et phtalates variables HAPs, triclosan, acésulfame, sucralose et PFOA pas ou peu abattus Autres micropolluants organiques 12
Comparaison à la littérature Résultats comparables malgré des doses de CAP et des eaux légèrement différentes Propranolol (1), norfloxacin (2), trimethoprim (3), carbamazepine (4), ciprofloxacin (5), atenolol (6), ofloxacin (7), naproxen (8), ketoprofen (9), diclofenac (10), oxazepam (11), bezafibrate (12), sulfamethoxazole (13), estrone (14), ibuprofen (15) and metronidazole (16) 13
Influence de la dose de CAP Abattement (%) Σ Médicaments La dose est le paramètre opérationnel clé! 14
Influence de la dose de CAP Rdt % Médocs SIAAP labo Proto Poudre Proto µgrain 120% 100% 80% 60% 40% Masse importante de charbon «usagé» permet un léger gain d abattement 20% 0% CAP g/m3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 15
Manips complémentaires Lien étroit entre surface BET densité apparente volume poreux, Efficacité d un CAP bien représentée par sa surface BET, Granulométrie influence la cinétique de sorption. 16
Etude de CarboPlus micro-grain 2014 : étude de CarboPlus micro-grain 20 mg/l CAµG et 15 m/h. Micro-grain : taille intermédiaire entre poudre et grain 300 500 µm Simplification opérationnelle : pas de coagulant et polymère, Vitesse de passage plus élevée ( 20 m/h), Age du CA compatible activité biologique? Charbon réactivable, pris en charge par fournisseur. 17
Premiers résultats en micro-grain Dose = 20 g/m 3 Concentration d entrée (n = 5) Abattement (%) Micro-grain (n = 5) COD 5,7 ± 0,9 mgc/l 35 ± 7% DCO 21 ± 5 mgo 2 /L 43 ± 3% NTK 1,3 ± 0,8 mgn/l 48 ± 23% NO - 2 1,0 ± 0,7 mgn/l 91 ± 15% MES 4,1 ± 3,1 mg/l 36 ± 27% Amélioration de la qualité générale des eaux, Affinage du traitement de la pollution carbonée, Bonne rétention des MES, Nitritation importante. 18
Premiers résultats en micro-grain Concentration d entrée (ng/l) (n = 3) Abattement (%) Micro-grain (n = 3) Dose = 20 g/m 3 Abattement (%) Poudre (n = 3) Diclofénac 296 515 71 83% 89 97% Aténolol 212 364 94 97% 94 99% Naproxène 300 563 68 83% 95 98% Carbamazépine 21 50 86 94% 90 95% Oxazépam 138 309 78 91% 75 81% Ofloxacine 303 1086 85 90% 92 97% CarboPlus micro-grain équivalent à CarboPlus poudre mais permet de traiter un débit plus important et mise en oeuvre opérationnelle plus simple 19
Conclusions CarboPlus déjà appliqué aux eaux industrielles et domestiques, Abat fortement (>60%) les concentrations en médicaments, parabènes, pesticides et bisphénol A des eaux usées, Dose : paramètre clé de modulation des performances, Masse importante de CA dans le lit (surtout CAµG), Densité apparente : bon proxy de la surface spécifique BET, qui est corrélée à l efficacité du CA, CAµG semble aussi efficace sur les médicaments, tout en traitant un débit supérieur d eau / m 3 de réacteur, Activité biologique au sein du réacteur, élimination des nitrites notamment. 20
Perspectives 2014 2015 Etude de CarboPlus micro-grain : 5 et 10 mg/l CAµG et 15 m/h, Expériences complémentaires en colonne. Comparaison technico-économique du procédé dans les deux configurations. 21
Merci de votre attention Discussion Mailler et al. 2014 Water Research DOI : 10.1016/j.watres.2014.10.047 Study of a large scale powdered activated carbon pilot: removals of a wide range of emerging and priority micropollutants from wastewater treatment plant effluents. Rocher et al. 2015 TSM (en cours d écriture) Elimination des polluants émergents dans les rejets de STEP. Eude du procédé CarboPlus
Contamination des eaux de rejet Résidus de médicaments et hormones 23
Contamination des eaux de rejet Autres micropolluants organiques 24
Propriétés des molécules Molécule Positive Neutre Négative Charge +++ 0 - Hydrophobicité + ++ 0 Taille --?? Structure chimique groupes fonctionnels + ++ ++ +++ = influence positive forte ++ = influence positive modérée + = influence positive faible? = pas de données -- = influence négative modérée - = influence négative faible 0 = pas d influence 25