Fiche Résumé 06-AEP-01

carboflux® a été développé de 1997 à 2000 en tant que traitement d'affinage d'eau de surface marquée par de fortes concentrations en matières organiques (MO). Son rôle est d'éliminer les micropolluants organiques en substitution notamment au charbon actif en grains (CAG). Le concept repose sur une mise en œuvre innovante du charbon actif en poudre (CAP) qui permet d'optimiser les performances épuratoires. En effet, le CAP était jusqu'alors gaspillé car utilisé en dessous de ses capacités réelles : ajout en début de filière entraînant une compétition entre l'élimination des matières organiques et celle des micropolluants ; temps de contact insuffisant avec l'eau à traiter. carboflux® est installé après la décantation (ou flottation). Il consiste en une seconde floculation/décantation couplée à une adsorption sur CAP qui est maintenu en suspension dans un réacteur parfaitement agité à des concentrations de plusieurs g/L. Le charbon prend ainsi le nom de charbon actif fluidisé (CAF) et l’optimisation de ses performances est obtenue par son renouvellement continu : ajout de charbon neuf en quantité équivalente au charbon usagé extrait. Enfin, la séparation avale peut être une filtration classique ou membranaire. Contrairement au CAG, ce mode d'exploitation évite la fuite et le relargage de micropolluants et permet de répondre à de fortes variations de pollution tant en nature qu'en concentration.

En 2004, les objectifs se sont orientés vers une simplification de carboflux® pour l’adapter au traitement direct d'eaux souterraines peu à moyennement turbides ou à l’affinage d’eaux de surface à faible pollution organique. Le réacteur de contact et le décanteur sont alors rassemblés dans un même ouvrage ; c'est le carboplus®. L'eau à traiter y est introduite en flux ascendant. Le renouvellement du charbon peut être assuré de façon discontinue.

Des essais de validation hydraulique du concept ont été réalisés lors de la première phase de l’étude (2004) à partir d’un pilote (2x3 m3/h) installé sur le site de l’usine du Jaunay (85) qui potabilise une eau de retenue. Ils ont démontré la faisabilité technologique de carboplus®, à condition de sélectionner des charbons actifs de densité réelle proche à supérieure à 1,4 avec des tailles effectives (TE) supérieures à 200 µm. Ces critères permettent d’atteindre l’objectif fixé pour une bonne séparation, à savoir maintenir les teneurs en CA sous les 1 mg/l au niveau de la zone de restitution des eaux traitées (les vitesses ascentionnelles peuvent aller jusqu’à 11 m/h et l’emploi de réactifs de coagulation-floculation n’est pas nécessaire).

carboplus® a été validé lors de cette même année 2004 pour l’élimination des pesticides (atrazine). La deuxième année (2005) prévoit :
- de tester carboplus® pour l’élimination des solvants chlorés (trichloroéthylène : dopage à 20 µg/l en TCE, tétrachloroéthylène : dopage à 100 µg/l en TTCE) ;
- d’étudier les lits mixtes de matériaux adsorbants et notamment le couplage CA/REI (charbon actif/résine échangeuse d’ions) dans le même réacteur ; la résine choisie est une résine polystyrénique anionique forte de type I à groupement fonctionnel ammonium quaternaire (A 400 E FL/PUROLITE et Dowex SBR-P/DOW), elle est utilisée en complément du CA pour l’élimination conjointe des nitrates (dopage à 60 mg/l).

La filtration sur CAG, souvent utilisée pour éliminer le TCE et le TTCE, est mal adaptée à cet usage : le risque de dépassement rapide de la norme, fixée à 10 µg/l, est très élevé. carboplus® est alors testé en utilisant un charbon actif à base de noix de coco, de forte densité, sur deux gammes granulométriques distinctes (0,20-0,27 mm et 0,35-0,40 mm). Les meilleurs résultats ont été obtenus avec les charbons de TE proche des 0,35-0,38 mm. Les niveaux de fuite ont pû être maintenus sous le microgramme par litre sur toute la durée du suivi (1 an), avec des doses de renouvellement en charbon neuf de 13 mg/l sur les 100 premiers jours et de 9,8 mg/l par la suite, couvrant les 250 jours d’exploitation. Ces doses de charbon sont ajustées en fonction de la quantité de matières organiques contenues dans l’eau brute (COT variant de 2 à 4,6 mg/l). La qualité de l’eau obtenue en sortie du réacteur carboplus® a une turbidité variant de 0,3 à 0,5 NFU.

La faisabilité du nouveau concept carboplus®/lit mixte CA-REI pour l’élimination conjointe des micropolluants et des nitrates a été démontrée à travers le suivi de 23 cycles d’épuisement/régénération successifs de la REI. La régénération de la résine a été réalisée hors réacteur. L’extraction hors du réacteur a été possible grâce à la différence de densité existant entre le charbon actif (plus lourd) et la REI (plus légère). Cependant, le concept “lit mixte” n’est à utiliser que pour des pollutions en nitrates ponctuelles ou saisonnières. Pour les pollutions chroniques, il est préférable d’utiliser les techniques classiques d’élimination (dénitratation par REI seule ou dénitrification par voie biologique). En effet, carboplus® version lit mixte a des cycles d’épuisement plus courts donc des consommations en régénérant plus importantes.

L’étude se poursuit en 2006 selon deux axes prioritaires :
- test d’un autre lit mixte pour l’élimination conjointe des micropolluants et de l’arsenic ou du sélénium : CA/matériau à base d’oxyde de fer ; le produit commercial correspondant au matériau à base d’oxyde de fer pour l’élimination de l’arsenic ou du sélénium est le BAYOXID E 33 ;
- validation du design industriel de carboplus® à travers une étude de modélisation hydraulique.