Traitement des eaux résiduaires urbaines par charbon actif en poudre - étude du procédé CarboPlus® pour les polluants prioritaires et émergents

National audienceOutre les substances prioritaires de la Directive Cadre sur l’Eau, un très grand nombre de polluants émergents tels que les pharmaceutiques, les pesticides, les produits de soins personnel, les retardateurs de flamme, etc. sont détectés dans les rejets de station d’épuration (Rogers 1996; Jørgensen & Halling-Sørensen 2000; Heberer 2002). Ces rejets peuvent constituer une source de contamination importante du milieu récepteur, surtout dans les zones où la pression urbaine est forte (Heberer 2002). Depuis plusieurs années et afin de lutter contre cette contamination, une filière tertiaire de traitement des eaux usées se développe afin d’affiner le traitement réalisé par les filières conventionnelles. Plusieurs types de technologies, provenant généralement de l’industrie de la potabilisation de l’eau, existent mais l’adsorption sur charbon actif semble faire partie des solutions pertinentes pour l’élimination des micropolluants, notamment de par sa simplicité, son efficacité et son coût. De plus, les quelques études disponibles semblent confirmer l’efficacité de ce type de traitement pour éliminer les polluants persistants (Boehler et al. 2012; Margot et al. 2013).Dans ce contexte, le LEESU (Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains), à travers le programme de recherche OPUR (Observatoire des Polluants Urbains), et le SIAAP (Syndicat Interdépartemental d’Assainissement de l’Agglomération Parisienne), ont décidé d’étudier les traitements tertiaires en eaux usées. Pour cela, un pilote d’adsorption sur charbon actif en poudre, traitant 50 m3/h d’eau, a été installé à la station de Seine Centre (Colombes, 92). Il s’agit du procédé CarboPlus® (SAUR) dont le principe consiste en un lit fluidisé de charbon actif en poudre (CAP).L’étude menée sur ce pilote permettra :1.de caractériser l’efficacité de ce procédé vis à vis des micropolluants prioritaires et émergents,2.de déterminer si un affinage du traitement des paramètres globaux (MES, C - N - P) est possible et dans quelles proportions,3.de mieux caractériser le processus de sorption et les différents paramètres qui l’influencent (caractéristiques des charbons méso ou microporeux, rôle de la matière organique, etc.).Le projet est organisé autour de 3 phases permettant de tester différentes configurations de fonctionnement (phase 1), puis d’étudier de façon plus détaillée la configuration « optimale » (phase 2). La phase 3 vise à étudier un nouveau type de charbon, le micro-grain, dont la taille (300 - 400 µm) est intermédiaire entre la poudre ( 1 mm), lui permettant de conserver une efficacité importante tout en facilitant le fonctionnement du pilote au niveau opérationnel (pas d’ajout de réactif, temps de séjour du charbon plus élevé, etc.). En accord avec l’application environnementale de cette technologie, le micro-grain sélectionné est régénéré et régénérable, ce qui permet, outre une réduction de coût et de l’impact environnemental, de régler la question du devenir du charbon usagé. Ainsi, le choix de la configuration du pilote (poudre ou micro-grain) pourra se faire en fonction de chaque situation et de l’objectif de traitement de l’eau.30 campagnes de mesure entrée/sortie sont ainsi réparties au sein de ces phases et sur une période de 19 mois (juin 2013 – décembre 2014). Pour chaque campagne, un large panel de molécules (n=105) incluant pharmaceutiques (n=46), hormones (n=10), pesticides (n=23) et autres polluants prioritaires ou soumis à révision (n=26) ont été analysés, en plus de la mesure des paramètres globaux (MES, COD, DBO5, UV, turbidité, etc.). En parallèle, des expériences complémentaires en laboratoire ont été mises en place. Il s’agit d’une part de tests en béchers permettant de caractériser finement les processus de sorption des micropolluants sur le CAP et le micro-grain. D’autre part, des observations microscopiques et mesures physiques (granulométrie, porosité et surface spécifique) permettant d’établir le lien entre la morphologie des charbons (micro, méso ou macroporeux - CAP ou micro-grain - matière première du charbon) et les caractéristiques fonctionnelles (cinétiques de sorption et rendements obtenus) ont été également menées.La présentation a pour but de faire un bilan des résultats pilote acquis en configuration CAP, ainsi que des premiers résultats acquis en configuration micro-grain. L’exploitation des résultats s’appuiera en partie sur les propriétés physico-chimiques des molécules, des caractéristiques fonctionnelles des charbons mais aussi sur les tests complémentaires menés en laboratoire.D’après les premières campagnes, le pilote permet un abattement élevé des polluants émergents, notamment les médicaments pour qui les premiers abattements observés oscillent entre 40 et 95% selon la molécule et la configuration de fonctionnement (type de charbon, dose, vitesse de passage, etc.)