Brevet FR3015467A1 — publié le 20150626

Procédé de traitement d'eau comportant une adsorption sur charbon actif en poudre (CAP) Domaine de l'invention La présente invention concerne, de façon générale, le domaine du traitement de l'eau en vue de sa potabilisation ou de l'épuration des eaux usées. La présente invention se rapporte plus précisément à un procédé de traitement comprenant une mise en contact de l'eau à traiter avec du charbon actif en poudre (CAP), dans le but d'abattre notamment les concentrations en matières organiques et en micropolluants. Art antérieur et ses inconvénients Dans le domaine de l'invention, des procédés sont couramment mis en oeuvre afin d'affiner le traitement des eaux par l'utilisation du charbon actif, permettant la réduction des teneurs en matières organiques et en micropolluants des eaux. Il est par exemple connu dans l'art antérieur, de mettre en contact une eau à traiter avec du charbon actif en poudre (CAP) afin de permettre l'élimination des polluants par adsorption sur les particules de charbon. Après mise en contact, le mélange eau/CAP est ensuite 25 séparé. Différents types de séparation sont mentionnés dans l'art antérieur, avec principalement, soit une étape de décantation avec ajout ou non de coagulants et/ou de floculants selon les technologies, soit un système de filtration membranaire. 30 Dans le cas de procédés utilisant une étape de décantation, les étapes de traitement sont généralement les suivantes : mise en contact de l'eau à traiter avec le CAP dans une cuve dédiée agitée ; transfert du mélange eau/CAP dans une deuxième cuve agitée où est injecté un coagulant ; transfert de l'effluent dans une troisième cuve agitée où est injecté un floculant ; transfert du 5 mélange dans le bassin final de décantation permettant de séparer l'eau traitée (surnageant) des particules solides (charbon actif et flocs de matière organique agglomérée). Il existe également certains types de procédés regroupant les deux premières étapes, avec une mise en 10 contact simultané du CAP et du coagulant avec l'eau à traiter. Le rôle des étapes de coagulation/floculation est d'éliminer la matière organique naturel (MON) encore présente dans l'effluent, et notamment les particules 15 colloïdales. Deux caractéristiques de ces particules empêchent leur élimination par simple décantation : elles sont chargées électronégativement, ce qui engendre des forces de répulsions intercolloïdales, et elles ont un diamètre très faible (de 1 nm à 1 }gym), empêchant leur 20 décantation. L'étape de coagulation, par un ajout de sels métalliques (généralement de fer ou d'aluminium) appelé coagulant, permet de supprimer les répulsions intercolloïdales : les cations métalliques (A13+ et Fe3+) 25 du coagulant se lient aux colloïdes (chargés négativement) et les neutralisent. Les particules colloïdales peuvent désormais se rencontrer. L'étape de floculation permet ensuite, par l'ajout d'un floculant, d'agglomérer les particules colloïdales. 30 Les agglomérats ainsi formés, appelés flocs, disposent d'une masse suffisante pour pouvoir décanter. Pour certains procédés existants combinant la mise en contact de CAP avec l'eau à traiter et une décantation avec ajout préalable de coagulant et/ou floculant, le CAP chargé en composés polluants adsorbés, et notamment de matières organiques, est extrait en même temps que les flocs décantés en fond de bassin de décantation. Du charbon actif neuf doit donc être injecté en tête de traitement afin de compenser ces pertes. Cette technique présente l'inconvénient principal de n'utiliser que très partiellement les capacités d'adsorption du CAP qui n'est pas totalement saturé lors de son extraction depuis le bassin de décantation. Etant donné le coût très élevé du CAP, il est donc nécessaire de rechercher à augmenter l'efficacité de son utilisation afin de réduire le prix de revient du mètre cube de l'eau traitée. Dans le but d'optimiser l'utilisation de la capacité d'adsorption du CAP, certaines filières de traitement ont mis en oeuvre une recirculation du CAP partiellement usagé extrait de l'étape de décantation. Cette recirculation se 20 réalise généralement en tête de traitement, conjointement à l'injection complémentaire de CAP neuf permettant de compenser les pertes en CAP par son extraction. Ce type de procédé permet ainsi d'optimiser l'utilisation du CAP, par la recirculation d'une partie 25 du CAP extrait dans le décanteur vers l'amont de la filière. Cependant, cette recirculation de CAP partiellement usagé s'effectue uniquement en amont des étapes de coagulation/floculation, conjointement avec l'injection de CAP neuf. Cette technique ne prend pas en 30 compte la compétition existante entre l'adsorption sur les particules de CAP de la matière organique naturelle (MON) et des micropolluants. En effet, toujours dans le but d'optimiser l'efficacité du CAP utilisé, un autre point à bien considérer est le fait que parmi les polluants adsorbés sur les particules de charbon actif, deux principales catégories sont concernées : les molécules organiques naturelles (polysaccharides, protéines, amino-sucres, polyhydroxyaromatiques') et les micropolluants (pesticides, biocides, résidus médicamenteux'). Il existe une compétition entre ces deux types de polluants 10 pour être adsorbés sur les pores des particules de charbon actif. Ainsi, il a été montré que l'adsorption des micropolluants par le CAP est nettement meilleure dans une eau contenant peu de matière organique. L'injection de l'intégralité du charbon actif (neuf et 15 recirculé) en tête de filière conduit à la saturation du CAP par la matière organique préférentiellement aux micropolluants, et entraîne donc une adsorption limité de ces micropolluants par le CAP. La présence croissante des micropolluants dans les 20 eaux à traiter fait de leur élimination une problématique majeure, notamment sachant que beaucoup de ces micropolluants sont des perturbateurs endocriniens ayant un rôle néfaste sur leur environnement. 25 Objectifs de l'invention Le procédé selon l'invention permet ainsi d'optimiser les procédés connus afin d'y ajouter la prise en compte de l'adsorption compétitive entre la MON et les micropolluants par le CAP. L'intérêt est d'améliorer les 30 performances de traitement et de limiter la quantité de CAP nécessaire pour atteindre les objectifs d'élimination des micropolluants, et donc d'en réduire l'impact sur le coût du mètre cube d'eau traitée. Exposé de l'invention L'objectif d'optimiser l'adsorption de chacun des polluants par le CAP, et particulièrement des micropolluants, est atteint à l'aide d'un procédé de traitement d'eau en vue de son épuration ou de sa potabilisation, qui selon l'invention, comprend les étapes suivantes : - Une première étape de mise en contact de l'eau à traiter avec du charbon actif en poudre (CAP). Le CAP injecté à cette étape possède deux origines différentes : du CAP neuf et du CAP partiellement usagé, recirculé depuis l'aval du procédé. - Une deuxième étape de coagulation dans une cuve distincte, avec mise en contact d'un coagulant avec le mélange eau/CAP. - Une troisième étape de floculation, avec l'injection d'un floculant au mélange eau+coagulant/CAP dans une cuve dédiée. Une injection complémentaire de CAP est effectuée dans cette cuve afin de permettre l'adsorption poussée des micropolluants contenus dans l'effluent à traiter. - Une étape de décantation, permettant de séparer gravitairement l'eau traitée (surnageant), du mélange flocs/CAP. Une partie du CAP ainsi récupéré en fond de cuve de décantation est recirculé en amont de la filière en deux points d'injection distincts : dans la première cuve d'injection de CAP neuf, et dans la cuve de floculation. Ainsi l'invention repose sur une approche originale consistant à injecter du charbon actif en poudre en deux points distincts afin d'améliorer la qualité du traitement, et particulièrement pour l'abattement des concentrations en micropolluants. En effet, l'injection de CAP neuf et recirculé en tête de traitement dans la première cuve de mise en contact, permet classiquement un traitement efficace des polluants, et particulièrement des MON. L'injection complémentaire de charbon actif dans la cuve de floculation permet quand à elle d'atteindre des performances encore plus élevées, notamment pour l'élimination des micropolluants, du fait qu'une majeure partie de la matière organique soit déjà abattue soit par adsorption sur la première dose de CAP, soit par agglomération dans les flocs. Ainsi, le charbon injecté dans cette étape de floculation permet une adsorption préférentielle des micropolluants restants. Selon des modes particuliers de réalisation, l'injection de CAP dans l'étape de floculation peut être réalisée par recirculation d'une partie du CAP partiellement usagé et/ou par injection de CAP neuf. Description des figures Figure unique : Schéma de principe général d'un 25 procédé de traitement de l'eau selon l'invention. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La présente invention concerne un procédé de 30 traitement d'eau par mise en contact avec du CAP, dans le cadre d'une approche combinée adsorption- coagulation/floculation, suivie d'une décantation. Le principe général de cette invention repose sur l'injection complémentaire de CAP neuf et/ou recirculé dans la cuve de floculation. La mise en oeuvre d'une telle injection en complément 5 de la première étape de mise en contact de l'eau à traiter avec du CAP neuf et recirculé permet d'optimiser l'utilisation du CAP, et d'améliorer nettement la qualité du traitement, notamment pour l'abattement des micropolluants. 10 En effet, l'injection de CAP partiellement saturé, et/ou non saturé, dans la cuve de floculation, où la majeure partie de la matière organique naturelle a déjà été adsorbée ou floculée, permet une adsorption préférentielle des micropolluants restants dans 15 l'effluent à traiter. Le traitement de l'eau selon la présente technique conduit ainsi à améliorer la qualité du traitement, particulièrement pour l'élimination des micropolluants, ainsi qu'à optimiser l'utilisation du CAP, et par 20 conséquent à diminuer les coûts du traitement de l'eau. Comme cela est représenté sur la Figure unique annexée, une telle installation comporte une canalisation d'amenée 1 d'eau à traiter. Cette canalisation 1 débouche dans une cuve 2 parfaitement agitée à l'aide d'un 25 agitateur rapide 3. L'installation comprend un dispositif 4 d'injection de charbon actif en poudre neuf à l'intérieur de la cuve 2 de mise en contact. La cuve 2 de mise en contact présente une sortie qui 30 est reliée à une canalisation d'évacuation 6. La canalisation d'évacuation 6 débouche dans une cuve 7 agitée à l'aide d'un agitateur rapide 9. L'installation comprend une canalisation d'injection 8 permettant l'ajout de coagulant dans la cuve 7. La cuve 7 de coagulation présente une sortie qui est reliée à une canalisation d'évacuation 10. La 5 canalisation d'évacuation 10 débouche dans une cuve 11 agitée à l'aide d'un agitateur 13. L'installation comprend une canalisation d'injection 12 permettant l'ajout de floculant dans la cuve 11. La cuve 11 de floculation présente une sortie qui est 10 reliée à une canalisation d'évacuation 16. La canalisation d'évacuation 16 débouche dans un décanteur 17 permettant la séparation du mélange eau traitée/CAP+flocs. L'ouvrage de décantation 17 présente une sortie qui 15 est reliée à la canalisation d'évacuation 18 de l'eau traitée. L'installation comprend une canalisation d'extraction 19 de CAP et de flocs décantés. Une canalisation d'évacuation 20 des boues biologiques permet l'extraction 20 de la matière floculée et du CAP usagé. Une partie du CAP extrait dans le bassin de décantation 17 est recirculé en amont de la filière afin d'en optimiser l'utilisation. Ainsi, l'installation comprend deux canalisations 5 et 14 de recirculation du 25 CAP vers, respectivement, les cuves de contact 2 et de floculation 11. Dans ce mode de réalisation un système de vannes 21 permet la régulation du taux de recirculation dans chacune des deux cuves 2 et 11. Dans ce mode de réalisation, un dispositif 15 30 d'injection complémentaire de CAP neuf dans la cuve 11 de floculation est prévu. Dans une variante, le dispositif 15 d'injection de CAP neuf dans la cuve 11 de floculation n'est pas mis en oeuvre, et seul la recirculation de CAP partiellement usagé permet l'injection de CAP dans la cuve 11 de floculation. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'eau en vue de son épuration 5 ou de sa potabilisation, et particulièrement afin d'abattre de façon optimale la teneur en micropolluants, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - Une première étape de mise en contact de l'eau à traiter avec du charbon actif en poudre (CAP). 10 - Une deuxième étape de coagulation dans une cuve distincte, avec mise en contact d'un coagulant avec le mélange eau/CAP. - Une troisième étape de floculation, avec l'injection d'un floculant au mélange eau+coagulant/CAP dans une 15 cuve dédiée. Une injection complémentaire de CAP est effectuée dans cette cuve afin de permettre l'adsorption poussée des micropolluants contenus dans l'effluent à traiter. - Une étape de décantation, permettant de séparer 20 gravitairement l'eau traitée (surnageant), du mélange flocs/CAP. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le CAP injecté dans la première étape de mise en 25 contact comprend du CAP neuf et du CAP partiellement usagé, recirculé depuis l'étape finale de décantation. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le CAP injecté dans l'étape de floculation est 30 uniquement du CAP partiellement usagé, recirculé depuis l'étape finale de décantation. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le CAP injecté dans l'étape de floculation est uniquement du CAP neuf. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le CAP injecté dans l'étape de floculation comprend du CAP neuf et du CAP partiellement usagé, recirculé depuis l'étape finale de décantation. 6. Procédé selon la revendication 3 ou 5, caractérisé en ce que le taux de recirculation du CAP partiellement usagé vers chacune des deux cuves où il est injecté (cuve de mise en contact et cuve de floculation) est régulé par un système de vannes.15