WO2019120705A1 - Procédé de traitement d'eau en réacteur séquentiel discontinu avec injection de charbon actif - Google Patents

Procédé de traitement d'eau en réacteur séquentiel discontinu avec injection de charbon actif Download PDF

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activated carbon
granular
reactor
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Abdelkader Gaid
Franck BOURDON
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Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
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    • C02F2101/305—Endocrine disruptive agents
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/306—Pesticides

Definitions

  • the invention relates to the field of water treatment.
  • the invention relates to a process for treating water with a view to cutting down the content of organic matter and the content of micropollutants.
  • micropollutants may in particular be constituted by pesticides, endocrine disruptors, drug residues or residues of industrial products.
  • the method according to the invention is part of water treatment processes using a granular material for the retention of organic matter and micropollutants it contains.
  • the method which is the subject of the invention finds its application mainly in the field of water purification, but may also be applied in the field of tertiary treatment of water with a view to their rejection in the natural environment or their industrial reuse.
  • patent application FR2342769A discloses a method for filtering water comprising passing a water to be treated in a reactor containing a bed of sand in an upward flow, at a rate that does not allow fluidization of the bed but allows the sand to be migrated as the filtration to the lower part of said reactor; withdrawing continuously at the bottom of the reactor, by means of a pipe provided in the reactor in which a gas is blown, the soiled sand; continuously cleaning the soiled sand so taken to obtain a cleaned sand; and, to reinject the sand thus cleaned in an upper part of the bed.
  • adsorbent granular materials More advanced processes, sometimes coupled with sand filtration, involve filtration on one or more adsorbent granular materials.
  • activated carbon is a preferred material because of its high adsorption capacity, proportional to its very high specific surface area. .
  • powdered activated carbon CAP
  • CAP powdered activated carbon
  • CAP consists of particles having an average size of between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m, preferably between 15 ⁇ m and 25 ⁇ m, without taking into account the fines.
  • CAP has the advantage of having a very large surface area and the small diameter of its particles to promote adsorption.
  • the CAP loaded with adsorbed materials, recovered in the sludge at the outlet of the separation can be treated, for example in a hydrocyclone, so as to rid the sludge.
  • the thus treated CAP can be recycled to the reactor.
  • the CAP also gradually loses its adsorption capacity and it is necessary to regularly replace part of the CAP implemented in the reactor with new CAP. Quantities of new CAP must therefore be regularly injected into the reactor to compensate for the loss of adsorption CAP used.
  • CAP resulting from purges of the system can not be regenerated in the sense that there is no known economically efficient treatment to give back to the system.
  • CAP its adsorbent power of origin or close to it. This results in the production of PAC sludge that must be removed from the factory and whose treatment is not without inconvenience. The sludge must be dehydrated before being transported, which increases the costs associated with landfilling or incineration or agricultural application.
  • the CAP is an expensive material, its use in the context of water treatment therefore faces economic imperatives, the techniques implementing it has the disadvantage of involving, therefore, high operating costs.
  • Some processes therefore implement a step of filtering water on a bed of activated carbon not in powder but grain (CAG).
  • Granular activated carbon consists of particles having an average size of between 0.8 mm and 3 mm, and therefore higher than that of CAP.
  • Such a material has filtration properties in addition to its adsorption properties.
  • the AGC also has the advantage of being regenerable, in that a physical and / or physicochemical treatment can be applied to it so as to at least partially restore its adsorption capacities.
  • the most commonly used method consists of a thermal reactivation, performed in an oven inside which prevails a high temperature (around 800 ° C) allowing the adsorbed molecules to be destroyed by heat .
  • Water vapor can be used to perfect this regeneration, grain-activated carbon can then find a structure very close to its initial structure free of any pollutant.
  • Regeneration of granular activated carbon may also be carried out by acidic or basic washing, which, however, generally does not allow the AGC to recover all its initial performances.
  • the object of the present invention is to provide a water treatment process for removing organic materials and micropollutants using an adsorbent granular material that can be implemented with simple and inexpensive equipment.
  • An object of the present invention is to disclose such a method that can be implemented in facilities with a low footprint.
  • an object of the invention is to disclose such a process making optional the joint use of coagulants and / or flocculants.
  • an object of the present invention is also to provide such a method which does not lead to the formation of sludge to be subject to specific processing steps such as thickening and dehydration.
  • Still another object of the present invention is to disclose such a method which, in at least some embodiments, can be implemented with a readily regenerable granular material.
  • the invention which relates to a method of treating a water, in particular with a view to its potabilization, characterized in that it is used in a batch sequential reactor (Sequenced batch reactor SBR) and in that it comprises:
  • the process according to the invention proposes to implement the treatment of a water for the purpose of its potabilization, or the tertiary treatment of a water, in an SBR in the presence of granular activated carbon which, to the knowledge of the Applicant, had never been proposed.
  • SBRs are simple, compact and inexpensive equipment compared to the continuous treatment plants described above, which make it possible to treat a given quantity of water, before being emptied and then used to treat a new quantity of water. etc.
  • SBRs are often used in the field of wastewater treatment, with very long residence and reaction times (4 to 8 hours) due to the slow kinetics of biological degradation mechanisms.
  • the sludge settling rates without the addition of activated carbon are between 0.5 and 1.2 m / h.
  • SBR are sometimes used in the field of wastewater treatment in the presence of CAP in concentrations generally from 3 g / l to 5 g / Mis are then equipped with an aerator necessary for biological activity, but their implementation in such a framework first requires a long and complex evaluation and modeling phase of the material transfers and adsorption kinetics of the targeted organic substances. The economic balance between the costs of CAP and their performance are also rarely in their favor.
  • the CAP which improves the settling, the thickening and the dehydratability of the formed sludge, is surrounded by a biofilm which reduces the pore volume by clogging a part of the micropores and mesopores, limiting the capacities of adsorption. This then forces a larger renewal of CAP by adding fresh CAP.
  • said first phase of the process according to the invention is carried out so as to observe a contact time of said water with said granular active carbon of between 3 minutes and 60 minutes.
  • said second phase is implemented so as to observe an apparent settling speed of between 20 m / h and 60 m / h.
  • said second phase is implemented so as to observe a settling time of between 10 minutes and 60 minutes.
  • said activated carbon is granular active charcoal with a particle size of between 0.8 mm and 1.4 mm.
  • said activated carbon is in the form of agglomerates having an average particle size of between 0.2 mm and 0.8 mm.
  • Such agglomerates are commercially available and have relatively recently arrived on the market. They are known to those skilled in the art under the term "micro-grain charcoal”.
  • Micro-grain coals have an intermediate size between charcoal powder and charcoal grains. But their adsorption characteristics are very close to those of powdered coals, much more advantageous than those of activated carbon grains.
  • micro-grains considered as a set of agglomerated powdered coal particles, have mechanisms and kinetics that are the result of those observed on a particle of powdered coal taken in isolation.
  • the porous structure of the micro-grain charcoal covers a wide spectrum of pore sizes which promotes adsorption kinetics.
  • the method may comprise a purge phase of a portion of the decanted granular activated carbon and a supply of new granular activated carbon in an amount sufficient to compensate for said portion of purged granular activated carbon.
  • the process then comprises a step of regeneration of the purged granular activated carbon.
  • the regeneration step comprises the draining of the granular activated carbon which has been purged and then the direct regeneration by thermal means of said granular activated carbon thus drained, without addition of acid or base.
  • the ozone is injected during all or part of said first phase, continuously or intermittently.
  • This compound makes it possible to oxidize the organic material adsorbed on the granular material.
  • the method comprises an additional step of filtering the treated water.
  • the invention also relates to an installation for carrying out the process described above characterized in that it comprises means for supplying water into at least one batch sequential reactor, at least one discontinuous batch reactor provided with means agitator, treated water discharge means provided in the upper portion of said batch sequential reactor and means for supplying granular activated carbon.
  • said batch sequential reactor is provided with means for supplying ozone.
  • Figure 1 schematically shows an installation for carrying out the method according to the invention during a first phase of the process
  • Figure 2 shows, also schematically, the installation according to Figure 1 during the second phase of the process
  • Figure 3 shows, also schematically, the installation according to Figure 1 during the third process phase
  • FIG. 4 represents a graph of the adsorption kinetics of an example of activated carbon in micro-grains.
  • Figure 5 schematically represents a "micro-grain" of activated carbon
  • the plant has water supply means 1 in at least one batch sequential reactor (SBR) 2, at least one batch sequential reactor 2 provided with stirring means 3, means evacuation 4 of treated water provided in the upper part of said batch sequential reactor 2 and granular activated carbon 5.
  • SBR batch sequential reactor
  • stirring means 3 means evacuation 4 of treated water provided in the upper part of said batch sequential reactor 2 and granular activated carbon 5.
  • micro-grain activated carbon of the type indicated in Table 1 above, at 40 mg / l, the adsorption kinetics of the organic material are observed at 20 ° C., starting from a water charged at 8 ° C. , 2 mg /, shown in Figure 4.
  • Figure 5 shows schematically a "micro-grain" of activated carbon, consisting of the agglomeration of several particles of activated carbon.
  • the evacuation means 4 of treated water may be made in various forms known to those skilled in the art: floating collector, extraction valve, pump, etc.
  • the stirring means 3 here mechanical and constituted by a paddle stirrer, are implemented continuously or intermittently so as to suspend the coal in the water, to promote the mixing of the activated carbon and the water, and to prevent during this phase the activated carbon from decanting.
  • the stirring means may be not mechanical but hydraulic.
  • the agitation may be caused by the means for supplying water into the SBR.
  • ozone distribution means for example in the form of pores, in the lower part of the batch sequential reactor. This ozone will oxidize the organic material adsorbed on the granular coal.
  • the treated water coming from the installation may be subjected to filtration (not shown in the diagrams) by any conventional means known to those skilled in the art, for example on membranes, especially when the water is intended for for human consumption.
  • the process comprises a first phase during which a quantity of water is introduced into the batch sequential reactor 2 in which a quantity of active charcoal is present, such that the concentration of the water in charcoal active in the SBR is between 2 g / l and 100 g / l.
  • the filling time of the SBR will be a function of the volume thereof. As soon as the water is in contact with the activated carbon, the adsorption phenomenon of the pollutants it contains on it begins. This contacting is programmed to last between 3 minutes and 60 minutes.
  • settling phase process This phase is programmed to last between 10 minutes and 60 minutes. Depending on the activated carbons used, there is an apparent settling rate of between 20 m / h and 60 m / h.
  • these exhaust means include a treated water collector which discharges a predetermined amount of treated water through a water level sensor (not shown) provided on a wall of the reactor.
  • granular coal may be purged at the end of the second or third stage of the process to be replaced by regenerated coal or new coal.
  • micro-grain coal has the advantage of being able to be regenerated thermally simply after draining and without addition of acid or base. After dewatering, the granular material can simply be stored in drums for delivery to a thermal regeneration unit, which can be supported by the supplier of this material.
  • the process according to the invention does not require the addition of coagulant and / or polymer and does not produce sludge.
  • the purged granular coal does not need to be treated with complex equipment such as a hydrocyclone, but can be regenerated in a simple manner before being reused. This allows, compared with the techniques of the prior art, both to reduce operating costs and maintenance costs.

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Abstract

Procédé de traitement d'une eau, notamment en vue de sa potabilisation caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre dans un réacteur séquentiel discontinu et en ce qu'il comprend : une première phase de mise en contact d'une eau à traiter dans ledit réacteur séquentiel discontinu avec du charbon actif granulaire à raison d'une concentration comprise entre 2 g/1 et 100 g/1, ladite première phase étant effectuée sous agitation mécanique ou hydraulique continue ou intermittente; une deuxième phase de décantation du mélange d'eau et de charbon actif granulaire dans ledit réacteur séquentiel discontinu en absence de toute agitation; et, une troisième phase de collecte d'eau traitée dans la partie supérieure dudit réacteur séquentiel discontinu.

Description

Procédé de traitement d'eau en réacteur séquentiel discontinu avec injection de charbon actif
1. Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine du traitement de l'eau.
Plus précisément l'invention concerne un procédé de traitement d'eau en vue d'en abattre la teneur en matières organiques ainsi que la teneur en micropolluants. De tels micropolluants peuvent notamment être constitués par des pesticides, des perturbateurs endocriniens, des résidus de médicaments ou des résidus de produits industriels.
Le procédé selon l'invention s'inscrit dans le cadre des procédés de traitement d'eau mettant en œuvre un matériau granulaire permettant la rétention des matières organiques et des micropolluants qu'elle contient.
Le procédé objet de l'invention trouve principalement son application dans le domaine de la potabilisation de l'eau, mais pourra aussi être appliqué dans le domaine du traitement tertiaire des eaux en vue de leur rejet dans le milieu naturel ou de leur réutilisation industrielle.
2. Art antérieur
On connaît dans l'art antérieur différents procédés de traitement d'eau mettant en œuvre un matériau granulaire pour retenir les matières organiques et, le cas échéant les micropolluants, contenus dans une eau ou un effluent.
Ainsi, les techniques les plus basiques mettent en œuvre une filtration sur un simple lit de sable. Lorsqu'un tel lit est colmaté, la filtration doit être stoppée pour le laver, généralement par envoi à contre-courant d'eau traitée (rétro lavage).
D'autres techniques utilisant le sable dans des dispositifs plus complexes permettent de nettoyer le sable pendant le fonctionnement du filtre, sans interruption de la filtration.
On connaît ainsi de la demande de brevet FR2342769A un procédé de filtration d'eau consistant à faire transiter une eau à traiter dans un réacteur contenant un lit de sable selon un flux ascendant, à une vitesse n'autorisant pas la fluidisation du lit mais autorisant le sable à migrer au fur et à mesure de la filtration vers la partie inférieure dudit réacteur ; à prélever en continu en pied de réacteur, au moyen d'une canalisation prévu au sein du réacteur dans laquelle un gaz est insufflé, le sable sali; à nettoyer en continu le sable sali ainsi prélevé de façon à obtenir un sable nettoyé ; et, à réinjecter le sable ainsi nettoyé dans une partie supérieure du lit.
Le sable, s'il permet une filtration physique, ne permet toutefois pas la rétention des matières organiques non agglomérées.
Des procédés plus perfectionnés, couplés parfois à une filtration sur sable, mettent en œuvre une filtration sur un ou plusieurs matériaux granulaires adsorbants. Parmi ces matériaux adsorbants, le charbon actif est un matériau privilégié du fait de sa capacité d'adsorption importante, proportionnelle à sa surface spécifique très élevée. .
Il est ainsi connu d'utiliser du charbon actif en poudre (CAP). Selon l'homme de l'art du traitement de l'eau, le charbon actif en poudre (CAP) est constitué de particules présentant une taille moyenne comprise entre 5 pm et 50 pm, préférentiellement entre 15 pm et 25 pm sans tenir compte des fines. Le CAP présente l'avantage de posséder une surface spécifique très importante et le faible diamètre de ses particules de favoriser l'adsorption.
Il est ainsi connu de mettre en contact de l'eau à traiter avec du CAP pendant un temps suffisamment long pour permettre la bonne adsorption sur le CAP des matières à éliminer qu'elle contient. Cette mise en contact peut être effectuée sur lit fixe ou fluidisé ou par injection de CAP dans un réacteur. Dans ce dernier cas, le mélange d'eau et de CAP fait, après l'étape de mise en contact, l'objet d'une étape de séparation conduisant d'une part à l'obtention d'un charbon actif en poudre chargé en matières adsorbées et en boues et d'autre part d'eau clarifiée. Cette étape de séparation peut être effectuée de différentes manières, principalement par décantation ou par filtration membranaire ou mécanique, ou même par fluidisation (changement de vitesse hydraulique).
Il est classique d'ajouter à l'eau et au CAP des produits chimiques coagulants ou floculants permettant la formation de flocs au sein des réacteurs afin de faciliter l'étape de séparation.
Le CAP chargé en matières adsorbées, récupéré dans les boues à la sortie de la séparation peut être traité, par exemple dans un hydrocyclone, de façon à le débarrasser des boues. Le CAP ainsi traité peut être recyclé dans le réacteur.
Toutefois, s'il peut être recyclé, le CAP perd également peu à peu de sa capacité d'adsorption et il est nécessaire de remplacer régulièrement une partie du CAP mis en œuvre au sein du réacteur par du CAP neuf. Des quantités de CAP neuf doivent donc parallèlement être injectées régulièrement dans le réacteur pour compenser la perte d'adsorption du CAP usité.
Toutefois, le CAP issu des purges du système ne peut pas être régénéré en ce sens qu'on ne connaît pas de traitement efficace économiquement permettant de redonner au CAP son pouvoir adsorbant d'origine ou proche de celui-ci. Il en résulte la production de boues de CAP qui doivent être évacuées hors de l'usine et dont le traitement n'est pas sans inconvénient. Les boues doivent ainsi être déshydratées avant d'être transportées, ce qui augmente les coûts associés à leur mise en décharge ou à leur incinération ou à leur épandage agricole.
Le CAP étant un matériau cher, son utilisation dans le cadre du traitement de l'eau se heurte donc à des impératifs économiques, les techniques le mettant en œuvre présentant l'inconvénient d'impliquer, de ce fait, des coûts de fonctionnement élevés.
De plus, le traitement de l'eau par le CAP implique souvent de devoir recourir à l'utilisation parallèle de produits chimiques, à savoir des coagulants et/ou des floculants conduisant à l'obtention de volumes de boues importants qu'il est nécessaire de traiter dans des filières parallèles. Les coûts s'en trouvent donc augmentés.
Par ailleurs, il n'est pas possible d'utiliser des vitesses élevées pour faire transiter les eaux à traiter dans les réacteurs le contenant de façon à limiter les pertes en CAP. De ce fait, les réacteurs doivent présenter des volumes importants ce qui augmente également les coûts de tels traitements.
Certains procédés mettent donc en œuvre une étape de filtration de l'eau sur un lit de charbon actif non pas en poudre mais en grain (CAG). Le charbon actif en grain est constitué de particules présentant une taille moyenne comprise entre 0,8 mm et 3 mm, donc plus élevée que celle du CAP.
Un tel matériau présente des propriétés de filtration en plus de ses propriétés d'adsorption.
Le CAG présente aussi l'avantage d'être régénérable, en ce sens qu'un traitement physique et/ou physico-chimique peut lui être appliqué de façon à restaurer au moins partiellement ses capacités d'adsorption. Pour ce faire, le procédé le plus couramment mis en œuvre consiste en une réactivation thermique, pratiquée dans un four à l'intérieur duquel règne une température élevée (aux alentours de 800°C) permettant aux molécules adsorbées d'être détruites par la chaleur. De la vapeur d'eau peut être utilisée pour parfaire cette régénération, le charbon actif en grain pouvant alors retrouver une structure très proche de sa structure initiale libre de tout polluant. La régénération du charbon actif en grain peut aussi être effectuée par lavage acide ou basique ce qui, toutefois, ne permet généralement pas au CAG de retrouver toutes ses performances initiales.
Dans le domaine du traitement de l'eau en vue de sa potabilisation dans le cadre d'un traitement tertiaire, les différents procédés mettant en œuvre du CAP ou du CAG sont mis en œuvre en continu. Cette mise en œuvre continue fait appel à des installations complexes, généralement ayant une grande emprise au sol, et dont certains éléments, tels que les hydrocyclones, sont coûteux.
Par ailleurs, une telle mise en œuvre continue implique des fuites de matériau adsorbant. Ces matériaux étant coûteux, ces fuites induisent une augmentation des coûts d'exploitation.
Enfin, ces techniques mettent en œuvre des produits chimiques de type coagulant et/ou floculant dont le coût est également élevé.
3. Objectifs de l'invention
L'objectif de la présente invention est de proposer un procédé de traitement d'eau en vue d'en éliminer les matières organiques et les micropolluants mettant en œuvre un matériau granulaire adsorbant pouvant être mis en œuvre avec des équipements simples et peu coûteux.
Un objectif de la présente invention est de divulguer un tel procédé qui puisse être mis en œuvre dans des installations ayant une faible emprise au sol.
Ainsi, un objectif de l'invention est de divulguer un tel procédé rendant facultative l'utilisation conjointe de coagulants et/ou de floculants.
Corolairement, un objectif de la présente invention est aussi de proposer un tel procédé qui ne conduise pas à la formation de boues devant faire l'objet d'étapes de traitement spécifiques telles qu'un épaississement et une déshydratation.
Encore un autre objectif de la présente invention est de divulguer un tel procédé qui, dans au moins certains modes de réalisation, peut être mis en œuvre avec un matériau granulaire facilement régénérable.
4. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui concerne un procédé de traitement d'une eau, notamment en vue de sa potabilisation, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre dans un réacteur séquentiel discontinu (en anglais Sequenced batch reactor SBR) et en ce qu'il comprend :
une première phase de mise en contact d'une eau à traiter dans ledit réacteur séquentiel discontinu avec du charbon actif granulaire à raison d'une concentration comprise entre 2 g/l et 100 g/l, ladite première phase étant effectuée sous agitation mécanique ou hydraulique continue ou intermittente ; une deuxième phase de décantation du mélange d'eau et de charbon actif granulaire dans ledit réacteur séquentiel discontinu en absence de toute agitation ; et,
une troisième phase de collecte d'eau traitée dans la partie supérieure dudit réacteur séquentiel discontinu.
Ainsi, le procédé selon l'invention propose de mettre en œuvre le traitement d'une eau en vue de sa potabilisation, ou le traitement tertiaire d'une eau, dans un SBR en présence de charbon actif granulaire ce qui, à la connaissance de la Déposante, n'avait jamais été proposé. De tels SBR sont des équipements simples, compacts et peu coûteux par rapport aux installations de traitement continu décrites ci-dessus, qui permettent de traiter une quantité donnée d'eau, avant d'être vidés puis utilisés pour traiter une nouvelle quantité d'eau, etc.
Les SBR sont souvent utilisés dans le domaine du traitement des eaux usées, avec des temps de séjour et de réaction très longs (4 à 8 h) en raison des lentes cinétiques des mécanismes de dégradation biologique. Les vitesses de décantation des boues sans addition de charbon actif se situent entre 0.5 etl.2 m/h.
Les SBR sont parfois utilisés dans le domaine du traitement des eaux usées en présence de CAP en concentration généralement de 3 g/l à 5 g/ Mis sont alors équipés d'un aérateur nécessaire à l'activité biologique, mais leur mise en œuvre dans un tel cadre nécessite au préalable une phase d'évaluation et de modélisation longue et complexe des transferts de matières et des cinétiques d'adsorption des substances organiques ciblées. Le bilan économique établi entre les coûts de CAP et leurs performances ne sont par ailleurs que rarement en leur faveur.
En effet, le CAP qui permet d'améliorer la décantation, l'épaississement et la déshydratabilité des boues formées, s'entoure d'un biofilm qui réduit le volume poreux en colmatant une partie des micropores et des mésopores, limitant les capacités d'adsorption. Ceci oblige alors à un renouvellement plus important de CAP par apport de CAP frais.
On connaît aussi dans le domaine du traitement des eaux usées, l'utilisation de SBR, pourvus de moyens d'aération, en présence de jusqu'à 10 g/l de CAG. Ce CAG est sujet aux mêmes limites d'efficacité que le CAP au sein de la masse biologique et a de plus l'inconvénient d'assurer des cinétiques d'adsorption plus lentes en raison de sa granulométrie. La présence de charbon actif améliore les vitesses de décantation de la masse biologique (2-3 m/h) mais elles dépendent de la concentration de la biomasse, et des ratios biomasse/charbon actif.
Dans tous les cas (CAP ou CAG), l'extraction du mélange de boues biologiques et de charbon actif rend la valorisation des boues, par exemple en agriculture, très limitée.
Préférentiellement, ladite première phase du procédé selon l'invention est mise en œuvre de façon à observer un temps de contact de ladite eau avec ledit charbon actif granulaire compris entre 3 mn et 60 mn.
Egalement préférentiellement, ladite deuxième phase est mise en œuvre de façon à observer une vitesse de décantation apparente comprise entre 20 m/h et 60 m/h.
Avantageusement, ladite deuxième phase est mise en œuvre de façon à observer un temps de décantation compris entre 10 mn et 60 mn.
Selon une variante intéressante de l'invention, ledit charbon actif est du charbon actif en grain de granulométrie comprise entre 0,8 mm et 1,4 mm.
Selon une autre variante, davantage préférée, ledit charbon actif est sous forme d'agglomérats présentant une granulométrie moyenne comprise entre 0,2 mm et 0,8 mm.
De tels agglomérats sont disponibles dans le commerce et sont arrivés relativement récemment sur le marché. Ils sont connus de l'homme de l'art sous le vocable « charbon micro-grains».
Les charbons micro-grains ont une taille intermédiaire entre le charbon en poudre et le charbon en grains. Mais leurs caractéristiques d'adsorption sont très proches de celles des charbons en poudre, bien plus avantageuses que celles des grains de charbon actif.
En effet, les micro-grains, considérés comme un ensemble de particules de charbon en poudre agglomérées, ont des mécanismes et des cinétiques qui sont la résultante de ceux observés sur une particule de charbon en poudre prise isolément.
La structure poreuse du charbon micro-grain couvre un large spectre de tailles de pores ce qui favorise la cinétique d'adsorption.
Selon une variante, le procédé peut comprendre une phase de purge d'une partie du charbon actif granulaire décanté et un apport de charbon actif granulaire neuf en quantité suffisante pour compenser ladite partie de charbon actif granulaire purgé.
Préférentiellement, le procédé comprend alors une étape de régénération du charbon actif granulaire purgé. Avantageusement, l'étape de régénération comprend l'égouttage du charbon actif granulaire purgé puis la régénération directe par voie thermique dudit charbon actif granulaire ainsi égoutté, sans addition d'acide ou de base.
Selon une variante particulièrement intéressante de l'ozone est injectée durant toute ou partie de ladite première phase, de façon continue ou intermittente. Ce composé permet d'oxyder la matière organique adsorbée sur le matériau granulaire.
Egalement selon une variante, le procédé comprend une étape supplémentaire de filtration de l'eau traitée.
L'invention concerne également une installation pour la mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'amenée d'eau dans au moins un réacteur séquentiel discontinu, au moins un réacteur séquentiel discontinu pourvu de moyens d'agitation, des moyens d'évacuation d'eau traitée prévus dans la partie supérieure dudit réacteur séquentiel discontinue et des moyens d'amenée de charbon actif granulaire.
Avantageusement ledit réacteur séquentiel discontinu est pourvu de moyens d'amenée d'ozone.
5. Liste des figures
L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre d'un mode non limitatif de réalisation de celle-ci donné en référence aux dessins dans lesquels :
la figure 1 représente de façon schématique une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention durant une première phase du procédé ; la figure 2 représente, également de façon schématique, l'installation selon la figure 1 durant la deuxième phase du procédé ;
la figure 3 représente, également de façon schématique, l'installation selon la figure 1 durant la troisième phase de procédé ;
la figure 4 représente un graphe de la cinétique d'adsorption d'un exemple de charbon actif en micro-grains.
La figure 5 représente schématiquement un « micro-grain » de charbon actif
6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
En référence aux figures 1 à 3, l'installation présente des moyens d'amenée d'eau 1 dans au moins un réacteur séquentiel discontinu (SBR) 2, au moins un réacteur séquentiel discontinu 2 pourvu de moyens d'agitation 3, des moyens d'évacuation 4 d'eau traitée prévus dans la partie supérieure dudit réacteur séquentiel discontinu 2 et du charbon actif granulaire 5.
Le tableau 1 ci-après indique différentes références commerciales de charbons actifs pouvant être avantageusement utilisées dans le cadre du procédé selon la présente invention.
Figure imgf000010_0001
Tableau 1
En utilisant le charbon actif en micro-grains du type indiqué au tableau 1 ci-dessus, à raison de 40 mg/l on observe à 20°C la cinétique d'adsorption de la matière organique, partant d'une eau chargée à 8,2 mg/, indiqué à la figure 4.
La figure 5 représente schématiquement un « micro-grain » de charbon actif, constitué par l'agglomération de plusieurs particules de charbon actif.
Les moyens d'évacuation 4 d'eau traitée pourront être réalisés sous différentes formes connues de l'homme de l'art : collecteur flottant, vanne d'extraction, pompe, etc.
Les moyens d'agitation 3, ici mécaniques et constitués par un agitateur à pales, sont mise en œuvre de façon continue ou intermittente de façon à mettre en suspension le charbon dans l'eau, à favoriser le mélange du charbon actif et de l'eau, et à empêcher durant cette phase le charbon actif de décanter.
Dans d'autres modes de réalisation, les moyens d'agitation pourront être non pas mécaniques mais hydrauliques. Ainsi, l'agitation pourra être provoquée par les moyens d'amenée d'eau dans le SBR. Dans ce cas, on pourra par exemple prévoir une arrivée latérale de l'eau dans le SBR de façon à créer un flux d'eau entrant ascendant au sein du celui-ci, à un débit permettant la mise en suspension du charbon actif. On notera également que, dans d'autres modes de réalisation, on pourra aussi prévoir des moyens de distribution d'ozone, par exemple sous forme de poreux, dans la partie inférieure du réacteur séquentiel discontinu. Cet ozone permettra d'oxyder la matière organique adsorbée sur le charbon granulaire.
L'eau traitée provenant de l'installation pourra faire l'objet d'une filtration (non représentée sur les schémas) par tout moyen classique connu de l'homme de l'art, par exemple sur membranes notamment lorsque l'eau sera destinée à la consommation humaine.
En référence à la figure 1, le procédé comprend une première phase durant laquelle une quantité d'eau est introduite dans le réacteur séquentiel discontinu 2 dans lequel une quantité de charbon actif est présente, de façon telle que la concentration de l'eau en charbon actif au sein du SBR soit comprise entre 2 g/l et 100 g/l.
On comprendra que le temps de remplissage du SBR sera fonction du volume de celui-ci. Dès que l'eau est en contact avec le charbon actif, le phénomène d'adsorption des polluants qu'elle contient sur celui-ci commence. Cette mise en contact est programmée pour durer entre 3 mn et 60 mn.
Ce temps passé, les moyens d'aération 3 sont stoppés et la décantation du charbon actif peut intervenir durant une deuxième phase du procédé dite phase de décantation. Cette phase est programmée pour durer entre 10 mn et 60 mn. En fonction des charbons actifs utilisés, on observe une vitesse de décantation apparente comprise entre 20 m/h et 60 m/h.
A l'issue de la phase de décantation, l'eau traitée est évacuée du réacteur séquentiel discontinu par les moyens d'évacuation de l'eau traitée. Dans le présent mode de réalisation, ces moyens d'évacuation incluent un collecteur d'eau traitée qui évacue une quantité prédéterminée d'eau traitée grâce à un capteur de niveau d'eau (non représenté) prévu sur une paroi du réacteur.
De temps en temps, périodiquement ou non, du charbon granulaire peut être purgé à l'issue de la deuxième phase ou de la troisième phase du procédé pour être remplacé par du charbon régénéré ou par du charbon neuf.
Le charbon en micro-grains présente l'avantage de pouvoir être régénéré par voie thermique simplement après égouttage et sans addition d'acide ou de base. Après l'égouttage, le matériau granulaire peut être simplement stocké en fûts, en vue de son acheminement vers une unité de régénération thermique, pouvant être prise en charge par le fournisseur de ce matériau.
Le procédé selon l'invention ne nécessite pas l'apport de coagulant et/ou de polymère et ne produit pas de boues. Le charbon granulaire purgé n'a pas besoin d'être traité à l'aide d'un matériel complexe tel qu'un hydrocyclone, mais peut être régénéré de façon simple avant d'être réutilisé. Cela permet, par rapport aux techniques de l'art antérieur, à la fois de diminuer les coûts d'exploitation et les coûts de maintenance.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'une eau, notamment en vue de sa potabilisation, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre dans un réacteur séquentiel discontinu et en ce qu'il comprend : une première phase de mise en contact d'une eau à traiter dans ledit réacteur séquentiel discontinu avec du charbon actif granulaire à raison d'une concentration comprise entre 2 g/l et 100 g/l, ladite première phase étant effectuée sous agitation mécanique ou hydraulique continue ou intermittente ; une deuxième phase de décantation du mélange d'eau et de charbon actif granulaire dans ledit réacteur séquentiel discontinu en absence de toute agitation ; et, une troisième phase de collecte d'eau traitée dans la partie supérieure dudit réacteur séquentiel discontinu.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite première phase est mise en œuvre de façon à observer un temps de contact de ladite eau avec ledit charbon actif granulaire compris entre 3 mn et 60 mn.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite deuxième phase est mise en œuvre de façon à observer une vitesse de décantation apparente comprise entre 20 m/h et 60 m/h.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite deuxième phase est mise en œuvre de façon à observer un temps de décantation compris entre 10 mn et 60 mn.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit charbon actif est du charbon actif en grain de granulométrie comprise entre 0,8 mm et 1,4 mm.
6. Procédé l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit charbon actif est sous forme d'agglomérats présentant une granulométrie moyenne comprise entre 0,2 mm et 0,8 mm.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend une étape de purge d'une partie du charbon actif granulaire décanté et un apport de charbon actif granulaire neuf en quantité suffisante pour compenser ladite partie de charbon actif granulaire purgé.
8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comprend une étape de régénération du charbon actif granulaire purgé.
9. Procédé selon les revendications 6 et 8 caractérisé en ce que ladite étape de régénération comprend l'égouttage du charbon actif granulaire purgé puis la régénération directe par voie thermique dudit charbon actif granulaire ainsi égoutté.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que de l'ozone est injecté durant ladite première phase.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire de filtration de l'eau traitée.
12. Installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'amenée d'eau (1) dans au moins un réacteur séquentiel discontinu, au moins un réacteur séquentiel discontinu pourvu de moyens d'agitation, des moyens d'évacuation d'eau traitée prévus dans la partie supérieure dudit réacteur séquentiel discontinu et du charbon actif granulaire.
13. Installation selon la revendication 12 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'amenée d'ozone dans ledit réacteur séquentiel discontinu.
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