Brevet FR2486059A1 — publié le 19820108

La présente invention irait Su domaine de l'épi ration, notamment par voie biologique, des eaux de toute nature telles que : eaux industrielles, eaux d'égouts ou eaux de distribution à rendre potables. Elle concerne tout particulièrement un procedé d'élimi- nation de la pollution d'une eau par voie biologique faisant appel à un lit-support de charbon pour favoriser l'action des micro-organismes assurant la dégradation des impuretés organiques contenues dans l'eau. Divers procédés d'épuration biologique des eaux ont été décrits et parmi ceux-ci il faut mentionner tout spécialement la technique selon laquelle on fait percoler de haut en bas l'eau à traiter a travers un litsubmergé et fixe de charbon actif Il a maintenant été trouvé que, tout en mettant en oeuvre cette même technique d'insufflation d'air à un niveau intermédiaire- d'un lit de charbon actif, on pouvait encore aniéliorer- les- rendements d'epuration, notammentpourdes charges volumiques importantes de produit à traiter, en utilisant comme lit des charbons spécialement suractives. Selon la caractéristique principale-de l'inven- tion, le charbon actif habituellement employé comme lit de filtration et d'activation biologique est soumis à un traitement préalable par un agent oxydant de forte polarité. Certes, on sait que, pour la préparation des charbons actifs, la matière carbonée de base - par exemple coke de lit fluidise - est soumise à une ou des phases d'oxydation comme par exemple combustion partielle du coke en atmosphère oxydante (C02, 02) à 5001 9000C ou traitement par de la vapeur d'eau à température supérieure à 800 C. Toutefois, comme il sera montré plus loin, le procédé de l'in vention utilise précisément ces types de charbons actifs du commerce comme matière première et montre qu'il faut encore leur faire subir un traitement spécial pour obtenir l'amelioration de résultats revendi qués dans les présentes. Conformément à une réalisation avantageuse du nouveau procédé et bien que d'autres agents oxydants pu#ssentêtre utilisés, le produit de polarité importante utilisé pour e traitement préalable du charbon actif, avant l'introduction come lit-support, est choisi de préférence dans le groupe constitué par l'ozone (ou gaz ozonise) et un persulfate minéral de bonne solubilité#dans lteau. On a déjà préconisé, il est vrai, de traiter des charbons actifs ou d'activer un charbon de coke au moyen d1aoents oxydants. Toutefois, ces traitements avaient pour but et pour résultat d'améliorer l'efficacité du matériau dans les phénomènes d'adsorption physico-chimique, et tout particulièrement d'accroitre la surface spécifique des grains pour favoriser les échanges dans les décolora- tisons de liquides, adsorption de gaz ou diverses réactions chimiques ou le charbon actif est utilisé par exemple comme support; de catalyseur. On a également tenté de dépolluer certains eaux industriel es contaminées par des agents organiques, en injectant dans des lits superposés d'adsorbant carboné charbon actif) de l'ozone ou d'air ozonisé pendant que l'eau à traiter traverse les lits à co-courant ou contre-courant per-rapport a l'oxydant (K-t Jain et A.J. Bryce, ouvrage barbon Adsorption Handbook, par Cheremini-soff & Ellerbusch, page 661-à 685).Ce procédé donne lieu à des effets d'adsorption-oxydation uniquement dans le cas ou l'oxydant présente une réactivité par rapport au produit organique pol- luant et il nécessite en outre de grandes quantités d'agent oxydant. En fait, il n'y a pas de corrélation entre diexcel- lentes caractéristiques physico-chimiques de charbons activés et de hauts rendements en épuration d'eau par voie biologique par mise en oeuvre de tels charbons dans un lit fixe. Par exemple un charbon actif à très grande surface développée de grains peut se révéler comme un piètre matériau de rétention et de développement des colonies de bactéries. Ces dernières doivent en effet former une sorte de tissu connectif entre les différentes particules du matériau support, ce tissu contribuant de façon substantielle a l'épuration.Seules les séries d'expérimentations, avec régénérations successives du lit bactérien, permettent donc d'apprécier l'efficacité d'un charbon actif lors de la percolatiqn d'une eau polluée. I1 n'était donc pas évident qu'un charbon donne ayant subi un traitement d'oxygénation par l'ozone ou autre gaz oxydant en vue d'améliorer les caractéristiques d'adsorption puisse donner de meilleurs résultats dans l'lit mination de la pollution selon le mode opératoire du procédé de l'invention ou aucun agent oxydant n'est introduit pendant la circulation de l'eau. En pratique, le traitement par l'ozone peut être effectue avantageusement en faisant passer a travers le charbon, pendant quelques heures, un gaz chargé de 5- 50 mg/l de 03. Lorsqu'on utiliw se comme agent oxydant un persulfate alcalin, comme par exemple le persulfate d'ammonium ou autre, un moyen commode consiste à agiter le mélange de charbon et de la solution aqueuse de (NH4)2 S2 Os pendant un temps convenable, d'au moins une heure, puis de sécher 10 produit. Le traitement prealable susvisé convient aux types de charbon actif habituellement utilisés comme lits fixes ou mobiles dans le traitement des eaux et dont la granulométrie o3tSe #énérale ment entre 1 et 8 mm, plus spécialement entre 2 et 5 mmO On peut citer, à titre non limitatif, les charbons actifs commercialisés sous les marques PICACTIF, PICAFLQ, CHEMVIRON, etc. Après traitement, et de préférence après une courte période de stockage, le charbon suractivé obtenu est mis en oeuvre soit comme unique lit fixe soit comme couche supérieure gra nul aire d'un double ou triple lit, en association par exemple avec du sable, de l'anthracite ou autres matériaux tels que des argiles cuites, dopées ou non par des oligo-elements. Ceci dans les conditions indiquées dans les demandes de brevets précités de la Demanderesse. On signalera à cet égard que le traitement préalable du charbon activé selon l'invention permet d'éviter, dans de nombreux cas, l'ozonisation préalable de l'eau à épurer qui s'avérait souvent efficace comme l'indiquent certains exemples des brevets antérieurs susvisés. Les exemples suivants cités à titre illustratif seulement, montrent comment l'invention peut être mise en pratique. Exemples On a effectué des séries d'essais de traitement de charbons actifs par des agents fortement polaires en travaillant sur les produits dénommés PICACTIF, commercialisés par la Société PICA Selon un premier groupe d'expériences on a ozonise le PICACTIS en faisant passer à travers un lit de charbon actif de granu lométrie 2 à 5 mm, disposé dans une colonne, un gaz renfermant 15 mgXI de 33 comme par exemple, de l'air ozonisé, à un débit de 100 1/heure. Ceci pendant 2 heures pour une quantité de matériau granulaire de dix kilogs. Dans un deuxième groupe d'essais on a mis en contact sous agitation pendant 2 heures des échantillons du meme charbon actif, de granulométrie 2 a # 5mm, itJ89 avec une solution aqueuse renfermant 98 g/1 de persulfate d'ammonium. On a alors entrepris des traitements d'une eau résiduaire dans une station pilote selon le procédé decrit dans le brevet français n 78.30382, c'est à dire en faisant passer l'eau à traiter de haut en bas a travers un lit fixe de charbon actif et en insufflant de l 'air à un eau intermédiaire du lit, ceci avec les paramètres suivants, tous identiques pour les trois séries de charbons expéri- mentés dont un échantillon témoin de PICACTIF non prétraité selon l'invention hauteur du lit : i mètre débit d'air : 28 m3/h vitesse de percolation de l'eau à travers le lit : 1 à 3 m/h Les rendements obtenus pour la purification de l'eau sont illustrés sur les courbes de la figure unique annexée où l'on a trace an abscisse les charges volumiques croissantes en kg de DCO par m3 et par jour et, en ordonne, le pourcentage de réduction de la DCO (demande chimique en oxygène). La courbe A correspond à l'utilisation du charbon actif témoin non prétraité selon l'invention. La courbe B illustre l'emploi du même charbon traité à l'ozone et la courbe C montre l'utilisation du charbon actif prétraité avec le persulfate d'ammonium. Il ressort clairement de ces courbes que le prétraitement du charbon actif permet de maintenir un rendement d'épuration correct même pour des charges volumiques importantes. Cette amélioration est particulièrement spectaculaire dans le cas du traitement au persulfate d'ammonium. On voit par exemple que pour une charge volumique de 20, le pourcentage de dépollution tombe à 50 pour un charbon non prétraité et cependant activé alors qu'il se maintient à 70 % environ dans le cas du charbon préozonisé eç reste à plus de 85 % pour le charbon suractivé par le persulfate. Comme dit ci-dessus, d'autres oxydants peuvent être utilisés et ont été expérimentés dans le cadre de l'inventionl comme par exemple l'eau oxygénée, le permanganate de potassium, l'hypochlorite de sodium ou l'acide bromique. Toutefois, les résultats obtenus, bien qu'améliorés par rapport à un charbon non traité, sont nettement significatifs que dans le cas des agents polaires préférés ci-dessus. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé d'épuration biologique d'une eau polluée selon la technique connue de percolation de haut en ba≈de l'eau è traiter à travers un lit submergé et fixe de charbon actif avec insufflationg à un niveau intermédiaire du 1it5 d'un mourant gazeux oxygéné ascendants le procédé étant CARACTERiSE en ce que, avant son utilisation somme lit-support biologiqueD le charbon actif subit un traitement préalable par un agent oxydant de forte polarité. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent oxydant est constitué par de l'ozone. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le charbon est traite pendant une ou plusieurs heures, par un gaz contenant 5 à 50 mg/l de 03. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz est constitué par de l'air ozonise, utilisé à un débit d'au moins 100 1/h ppur un poids de charbon de 10 kgs. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que l'agent oxydant est constitué par un persulfate minéral. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le persulfate est du persulfate d'ammonium. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérise en ce que le charbon est mis en contact et agite pendant au moins une heure avec une solution aqueuse de persulfate diammonium. 8. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 au traitement d'eaux de surface ou de nappes en vue de les rendre potables et au traitement d'eaux résiduaires telles que eaux d'égouts ou industrielles.