Accès à l’électricité en Afrique subsaharienne : retours d’expérience et approches innovantes
Micropolluants : retours d’expérience et enseignements Les ......d’adsorption de micropolluants...
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Micropolluants : retours d’expérience
et enseignements
Les filières avec charbon actif
Dr Michael Mattle
5 à 7 du 10 novembre 2016
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
Les filières avec charbon actif
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
310 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
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
410 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
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
510 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
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)
610 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
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)
710 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
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)
810 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
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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
910 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
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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
1010 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
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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
1110 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
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)
1210 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
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
1310 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
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)
1410 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
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
1510 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
Les essais à la STEP de Bülach (CAG)
• 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
Les filières avec charbon actif
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
Les essais à la STEP de Bülach (CAG)
• 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
Les filières avec charbon actif
60% élimination (à remplacer)
95% élimination (nouveau)
90% élimination
85% élimination
80% élimination
70% élimination
csortie en moyenne
élimination > 80%
centrée
Les essais à la STEP de Bülach (CAG)
1810 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
Les filières avec charbon actif
volumes de lit filtrant
• 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
volumes de lit filtrant
- 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
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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!!
2010 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
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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
2110 novembre 2016Micropolluants : retours d’expérience
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