FR2874913A1 - Procede de depollution de fluide contenant des micropolluants organiques par adsorption sur charbon actif dans un reacteur de traitement - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques par adsorption sur charbon actif dans un réacteur de traitement à flux ascendant, comprenant l'injection du fluide à traiter en partie inférieure du réacteur contenant un lit de charbon actif de manière à créer une expansion dudit charbon en assurant parallèlement une séparation gravitaire entre les particules de charbon actif et le fluide, et la récupération par surverse du fluide décanté et dépollué situé en partie supérieure du réacteur surmontant le lit de charbon actif. L'invention a également pour objet une installation de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques, convenant à la mise en oeuvre dudit procédé.
Description
La présente invention concerne le domaine technique général du traitement de fluide, tel que l'eau, contenant des micropolluants organiques, notamment de l'eau à potabiliser ou de l'eau d'origine industrielle à recycler ou rejeter dans le milieu environnemental.
En particulier, la présente invention concerne un procédé de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques par adsorption sur charbon actif dans un réacteur de traitement. L'invention a également pour objet une installation de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques convenant à la mise en u̇vre dudit procédé.
L'eau, telle que l'eau provenant des eaux de surface, doit être traitée et dépolluée, en vue d'en extraire les matières en suspension, les bactéries et les micropolluants résiduels organiques et minéraux, avant de pouvoir être utilisée comme eau potable. Les eaux industrielles doivent également être traitées et dépolluées, avant de pouvoir être rejetées dans le milieu environnemental.
Divers procédés de traitement d'eau brute en vue de la rendre potable ont déjà été mis en u̇vre. Sur les filières conventionnelles de traitement d'eau de surface, la clarification du liquide est souvent complétée par des traitements à l'aide de charbon actif sous forme de poudre. En outre, un traitement d'affinage à l'aide de charbon actif sous forme de grain est souvent réalisé en filtration finale. De tels traitements d'élimination de micropolluants organiques par charbon actif induisent généralement des consommations importantes de réactifs, et une exploitation difficile en période de fortes variations de pollution organique sur le plan tant qualitatif que quantitatif.
De tels procédés nécessitent en général de nombreux réacteurs et ouvrages pour réaliser les diverses étapes du traitement, telles que la coagulation, la floculation, la mise en contact avec le réactif adsorbant en poudre ou en grain, et la décantation. Ces procédés nécessitent ainsi de lourds investissements, tant en GC qu'en équipements.
Par ailleurs, dans de tels procédés, les consommations en charbon actif ramenées au mètre cube d'eau traitée peuvent atteindre plusieurs dizaines de milligrammes par litre. La saturation progressive du charbon actif en grain en composés organiques d'origine naturelle ou liés à nos activités humaines peut représenter un facteur de risque de fuite prématurée ou de relargage de micropolluants indésirables. En outre, le charbon actif est un matériau cher, ce qui augmente le prix de revient du mètre cube de l'eau traitée.
Par conséquent, il existait ainsi un besoin de mettre au point un procédé et une installation pour le traitement de fluide, tel que l'eau, contenant des micropolluants organiques ne présentant pas les inconvénients des procédés et dispositifs de l'art antérieur, et permettant notamment de réaliser une dépollution et une séparation efficace du fluide au sein d'un seul ouvrage de traitement, en s'affranchissant d'un ouvrage de décantation séparé.
La présente invention vient combler ce besoin. Le Demandeur a ainsi découvert un nouveau procédé et une installation permettant de traiter et de dépolluer efficacement les fluides contenant des micropolluants organiques, telles que les eaux de surface en vue de les rendre potables ou les eaux industrielles, dans un réacteur de traitement à flux ascendant, compact, très simple d'exploitation et de mise en u̇vre, et au sein duquel est réalisée de manière efficace la séparation des fluides à traiter.
Le procédé selon la présente invention permet notamment de réaliser une dépollution efficace de fluide, tel que l'eau, par adsorption sur un lit mobile de charbon actif expansé, ainsi qu'une séparation gravitaire du fluide traité de la suspension de charbon au sein d'un seul ouvrage de traitement, sans perte sensible d'adsorbant, ne nécessitant pas l'ajout d'additifs de coagulation ou de floculation, et sans obligation d'équiper l'ouvrage d'un dispositif à mélange mécanique.Par ailleurs, le procédé selon la présente invention prévoit la possibilité de renouveler en continu le lit de charbon au sein du réacteur de traitement, par simple injection de charbon actif neuf et par extraction d'une quantité correspondante de charbon du réacteur, évitant ainsi la saturation du matériau, comme cela peut être le cas avec des procédés de l'art antérieur de filtration sur charbon actif en grain. Un tel renouvellement du lit de charbon selon la présente invention est ainsi particulièrement avantageux, puisqu'il constitue en soit un mode de régénération in situ du lit de charbon. De plus, le procédé prévoit la possibilité de recycler et de régénérer partiellement le charbon usagé extrait et de le réinjecter au sein du réacteur, et permet par conséquent de réduire les consommations en charbon actif neuf.
Le procédé selon la présente invention permet ainsi de traiter des eaux de surface à potabiliser, de préférence préalablement clarifiées, ou des eaux souterraines peu à moyennement turbides, sans prétraitements spécifiques, et peut alors être suivi directement d'un traitement de filtration, du type filtration sur média granulaire ou de type filtration membranaire. Le procédé selon la présente invention permet également de traiter divers autres types d'eaux, telles que les eaux d'origine industrielle.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques par adsorption sur charbon actif dans un réacteur de traitement à flux ascendant, comprenant l'injection du fluide à traiter en partie inférieure du réacteur contenant un lit de charbon actif de manière à créer une expansion dudit charbon en assurant parallèlement une séparation gravitaire entre les particules de charbon actif et le fluide, et la récupération par surverse du fluide décanté et dépollué situé en partie supérieure du réacteur surmontant le lit de charbon actif.
De manière particulièrement avantageuse selon l'invention, la concentration moyenne en charbon actif est comprise entre 100 et 300 g/1 sur la hauteur du lit expansé, et est inférieure à 2 mg/1 en partie supérieure de la zone de fluide décanté et dépollué surmontant le lit expansé de charbon actif.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le fluide à traiter est de l'eau, avantageusement de l'eau à potabiliser, en particulier de l'eau souterraine ou de l'eau de surface, telle que l'eau de rivière, l'eau de barrage, ou l'eau de nappe alluviale, ou de l'eau d'origine industrielle.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le procédé ne nécessite l'ajout d'aucun autre additif de traitement à effet lestant de type coagulant et/ou floculant.
Avantageusement selon la présente invention, la granulométrie du charbon actif et la vitesse ascensionnelle du fluide sont choisies de manière à obtenir une suspension dense de charbon actif expansé sous forme de lit mobile, surmontée d'une hauteur de fluide clair décanté. Le lit mobile de charbon actif expansé constitue ainsi avantageusement la zone réactionnelle.
De manière encore plus avantageuse selon la présente invention, la granulométrie du charbon actif est comprise entre 100 et 800 Microm, avantageusement entre 200 et 600 Microm, encore plus avantageusement entre 200 et 400 Microm, et la vitesse ascensionnelle du fluide est comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h.
Avantageusement selon la présente invention, le temps de contact du fluide avec le charbon actif est défini en fonction de la vitesse ascensionnelle du fluide et de la hauteur du lit de charbon expansé.
De manière encore plus avantageuse selon la présente invention, le temps de contact est compris entre 5 et 60 min, avantageusement entre 5 et 30 min, encore plus avantageusement entre 8 et 15 min. Le temps de contact peut être supérieur à 60 min pour certains types de fluides.
Selon une caractéristique particulière de la présente invention, au moins une partie du charbon actif est renouvelée périodiquement, par injection du charbon actif neuf dans le réacteur, avantageusement en partie inférieure du lit de charbon, et par extraction d'une quantité correspondante de charbon actif expansé.
Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention, au moins une partie du charbon actif expansé extrait du réacteur est conditionnée dans au moins une cuve de stockage, avantageusement à des fins de recyclage après régénération partielle et/ou lavage du matériau. La régénération du charbon actif extrait est avantageusement basée sur la migration des micropolluants adsorbés en surface des grains de charbon vers le c u̇r des grains, qui s'effectue durant le stockage du charbon. Le lavage du charbon actif extrait repose avantageusement sur l'élimination des matières en suspension d'origine minérale ou organique piégés par le charbon actif, par séparation physique ou hydraulique. Le charbon épuré peut alors être recyclé dans le réacteur, après passage dans la cuve de stockage.Selon une variante, le charbon épuré est directement recyclé dans le réacteur.
Dans un autre mode de réalisation selon la présente invention, le lavage du charbon actif est réalisé au sein même du réacteur de traitement, à l'aide d'un système de lavage approprié. Le lavage du matériau adsorbant peut alors être réalisé par introduction d'air et d'eau de lavage à la base du réacteur.
Le fait de laver ou non le matériau et le mode de lavage utilisé est déterminé en fonction de la nature du fluide à traiter et de la composition du lit de charbon. Par exemple, lors du traitement d'eau clarifiée d'une installation de traitement à potabiliser, le lit de charbon peut piéger les matières en suspension, du type hydroxydes métalliques, provenant de l'eau à dépolluer. La déconcentration du lit de charbon actif en utilisant des taux de purge importants est une première solution pour tenter de laver le charbon actif. Cependant, une telle solution génère souvent des consommations en charbon actif élevées. La mise en place d'un système de lavage du charbon au sein du réacteur de traitement ou à l'extérieur de celui-ci constitue un moyen avantageux d'économie de réactif et d'optimisation du procédé dans différentes applications.Le lavage du matériau adsorbant est particulièrement adapté lorsque les eaux à traiter sont peu à moyennement turbides.
De manière encore particulièrement avantageuse selon la présente invention, le fluide décanté et dépollué est ensuite directement traité par filtration, avantageusement par filtration granulaire ou membranaire. Ainsi, le fluide dépollué suite à la mise en u̇vre du procédé selon l'invention, que l'on récupère par surverse en partie supérieure du réacteur de traitement, peut ensuite être directement traité par filtration, notamment par filtration sur un système membranaire, par exemple sur des membranes de microfiltration ou d'ultrafiltration.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le fluide à dépolluer contient des polluants minéraux métalliques ou non métalliques en plus des micropolluants organiques. Le Demandeur a découvert de manière surprenante que le procédé selon la présente invention permettait de traiter ou d'éliminer de tels polluants minéraux en associant au charbon actif d'autres matériaux adsorbants ou filtrants au sein du réacteur de traitement selon la présente invention.
Ainsi, avantageusement selon la présente invention, le fluide à traiter contient en outre des polluants inorganiques et lesdits polluants sont traités dans le réacteur de traitement à flux ascendant selon la présente invention par adsorption ou fixation sur au moins une couche d'un matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif, la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant ou filtrant étant située(s) au-dessus et/ou en dessous de la couche de charbon actif, et la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant et/ou filtrant se présentant à l'état expansé et directement en contact de ladite couche de charbon actif expansé.
Par matériau filtrant, on entend au sens de la présente invention tout matériau qui permet de fixer les polluants des fluides à traiter par un autre procédé que l'adsorption. Par exemple, le matériau filtrant peut être une résine échangeuse d'ions, et les polluants que l'on cherche à éliminer viennent se fixer sur la résine par échange ionique.
Ce mode de réalisation, qui associe un traitement des polluants organiques et inorganiques par adsorption sur charbon actif ainsi que par adsorption ou fixation sur au moins un matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif, est particulièrement avantageux, puisqu'il permet de traiter séquentiellement différents types de polluants, et de réunir au sein d'un seul ouvrage de traitement des traitements unitaires réalisés en général séparément au sein de réacteurs différents. Ce mode de réalisation permet par ailleurs de dépolluer et d'épurer efficacement les fluides contenant des micropolluants organiques ainsi que des polluants minéraux, et d'obtenir une séparation efficace des fluides qui sont récupérés sous forme de fluide décanté et dépollué en partie supérieure du réacteur de traitement.
Avantageusement, lorsque le réacteur de traitement est en fonctionnement, les matériaux granulaires constitutifs des différentes couches sont maintenus à l'état expansé, formant un lit fluidisé constitué de matériaux superposés, ne comportant pas de planchers séparatifs entre les différentes couches de matériaux.
On utilise de préférence deux groupes de matériaux granulaires adsorbants ou filtrants :
des matériaux de densités réelles supérieures à celle du charbon actif, parmi lesquels peuvent être cités l'alumine activée, les hydroxydes de fer, et le dioxyde de manganèse, que l'on qualifiera avantageusement de matériaux granulaires adsorbants, - des matériaux de densités réelles inférieures à celle du charbon actif, parmi lesquels peuvent être cités les résines échangeuses d'ions, notamment les résines anioniques, que l'on qualifiera avantageusement de matériaux granulaires filtrants.
Ces différents matériaux permettent d'épurer efficacement les fluides en éliminant partiellement ou totalement les constituants inorganiques par adsorption ou échange ionique.
De manière particulièrement avantageuse selon la présente invention, ledit matériau granulaire adsorbant est choisi dans le groupe constitué par l'alumine activée, les hydroxydes de fer, et le dioxyde de manganèse.
De manière particulièrement avantageuse selon la présente invention, ledit matériau granulaire filtrant est choisi parmi les résines échangeuses d'ions, telles que les résines anioniques.
Ainsi, l'alumine activée peut être utilisée dans l'élimination ou le traitement des fluorures et de l'arsenic, les hydroxydes de fer, tels que les hydroxydes de fer en grain, peuvent être utilisés dans l'élimination ou le traitement de l'arsenic, le dioxyde de manganèse peut être utilisé dans l'élimination ou le traitement du manganèse par voie catalytique. Les résines anioniques peuvent être utilisées quant à elles dans l'élimination ou le traitement des nitrates et des sulfates.
Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention, au moins une couche de matériau granulaire adsorbant du type alumine activée est située en dessous de la couche de charbon actif et/ou au moins une couche de matériau granulaire filtrant du type résine échangeuse d'ions est située au-dessus de ladite couche de charbon actif.
On utilise ainsi avantageusement des lits multi-couches, de type bi-couches ou tri-couches, tels que des lits contenant :
une couche de matériau granulaire adsorbant surmontée d'une couche de charbon actif ou bien une couche de charbon actif surmontée d'une couche de matériau granulaire filtrant, ou une couche de matériau granulaire adsorbant surmontée d'une couche de charbon actif elle-même surmontée d'une couche de matériau granulaire filtrant.
La présente invention a également pour objet une installation de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques comprenant au moins un réacteur de traitement (1) contenant :
une zone aménagée (3) en partie inférieure du réacteur, - des moyens d'injection (2) du fluide à traiter situés dans ladite zone aménagée (3), - un lit de charbon actif (4) surmontant ladite zone aménagée (3), un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur, des moyens d'injection (6) de charbon actif neuf ou régénéré, et des moyens d'extraction (7) de charbon actif expansé, et éventuellement au moins une cuve de stockage du charbon actif.
Cette installation convient à la mise en u̇vre du procédé selon la présente invention.
Cette installation contient en outre avantageusement des moyens de recirculation d'eau traitée à l'intérieur du réacteur, pour éviter que le réacteur ne se dégrade pendant les phases d'arrêt de production.
Avantageusement selon la présente invention, le lit de charbon actif (4) est sous forme de lit expansé de charbon actif (4), et ledit charbon actif présente une concentration moyenne comprise entre 100 et 300 g/1 sur la hauteur du lit expansé, et inférieure à 2 mg/1 en partie supérieure de la zone de fluide décanté.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, la zone aménagée (3) contient un lit bloquant, tel qu'un lit de graviers surmonté d'un lit de sable.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le réacteur de traitement (1) et les moyens d'injection (2) du fluide sont agencés de manière à obtenir une vitesse ascensionnelle du fluide comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h, lorsque la granulométrie du charbon actif est comprise entre 100 et 800 Microm, avantageusement entre 200 et 600 Microm.
Selon une caractéristique particulière de la présente invention, le réacteur de traitement (1) est dimensionné en hauteur et en section de manière à obtenir une expansion du charbon actif comprise entre 20 et 300 %, avantageusement comprise entre 50 et 250 %, lorsque la vitesse ascensionnelle du fluide est comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h.
Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention, l'installation contient en outre, en aval du réacteur de traitement (1), au moins un dispositif de filtration, tel qu'un dispositif de filtration granulaire ou membranaire, par exemple un système membranaire de microfiltration ou d'ultrafiltration.
L'installation selon la présente invention peut contenir un seul réacteur de traitement ou plusieurs réacteurs de traitement associés en parallèle (partage du débit) ou en série, notamment dans des applications industrielles. Si l'installation selon la présente invention contient plusieurs réacteurs de traitement, il est possible de dimensionner sélectivement chacun des ouvrages constituant la filière en sélectionnant la composition du lit de charbon (origine, granulométrie et quantité) et en ajustant les paramètres de fonctionnement hydraulique (vitesse ascensionnelle et hauteur utile de matériau notamment) et de dosage en adsorbant neuf.
En outre, lorsque plusieurs réacteurs sont disposés en série, le charbon usagé extrait peut être recyclé avec ou sans conditionnement préalable sur les réacteurs placés à l'amont sur la filière, et réduire suivant ce protocole de travail les consommations de réactifs.
Typiquement, l'installation peut comprendre deux réacteurs de traitement au sein de chacun duquel sont réalisées une dépollution du fluide, ainsi qu'une séparation entre les particules de charbon actif et le fluide. Le premier réacteur de traitement peut alors constituer un ouvrage de dégrossissage où la majeure partie de la pollution organique est écrêtée, et le second réacteur de traitement peut constituer un ouvrage d'affinage afin d'éliminer les polluants restants.
La présente invention a également pour objet une installation de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques ainsi que des polluants inorganiques comprenant au moins un réacteur de traitement (1) contenant :
une zone aménagée (3) en partie inférieure du réacteur, des moyens d'injection (2) du fluide à traiter situés dans ladite zone aménagée (3), un lit multi-couches surmontant ladite zone aménagée (3), ledit lit multi-couches comprenant une couche de charbon actif et au moins une couche de matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif au-dessus et/ou en dessous de ladite couche de charbon actif, et - un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur.
Cette installation convient à la mise en u̇vre du procédé selon la présente invention.
Le lit multi-couches selon la présente invention contient des couches de matériaux adsorbants ou filtrants, dans lequel les couches sont individualisées et adjacentes les unes des autres sans discontinuité, lorsque le réacteur de traitement est à l'arrêt, et lorsque le réacteur de traitement est en fonctionnement et que le lit est alors sous forme fluidisée. Ainsi, lorsque le lit est expansé, on a alors un lit superposé fluidisé de différentes couches de matériaux.
Avantageusement selon la présente invention, ledit matériau granulaire adsorbant est choisi dans le groupe constitué par l'alumine activée, les hydroxydes de fer, et le dioxyde de manganèse, et/ou ledit matériau granulaire filtrant est choisi parmi les résines échangeuses d'ions.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, ledit lit multicouches contient une couche de matériau granulaire adsorbant du type alumine activée en dessous de ladite couche de charbon actif et une couche de matériau granulaire filtrant du type résine échangeuse d'ions au-dessus de ladite couche de charbon actif.
Selon une caractéristique particulière de la présente invention, l'installation contient en outre des moyens d'injection (6) de charbon actif neuf ou régénéré, des moyens d'extraction (7) de charbon actif expansé, et éventuellement au moins une cuve de stockage du charbon actif. Elle peut également contenir des moyens d'injection de matériau granulaire adsorbant neuf ou régénéré autre que le charbon actif, et des moyens d'extraction de matériau granulaire adsorbant expansé autre que le charbon actif. Elle peut également contenir des moyens d'extraction de matériau granulaire filtrant épuisé, des moyens d'injection de matériau granulaire filtrant régénéré, ainsi qu'un dispositif de régénération du matériau granulaire filtrant en dehors du réacteur de traitement (1).
Divers objets et avantages de la présente invention deviendront apparents pour l'homme du métier par le biais de références aux dessins illustratifs suivants : la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un réacteur (1) de traitement de fluide, à l'arrêt, qui comprend une rampe d'injection (2) de fluide à traiter, une zone aménagée (3) constituée d'un lit de graviers et de sable en partie inférieure du réacteur et surmontée d'un lit de charbon actif (4) au repos, et un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur.la figure 2 est une vue schématique d'un réacteur (1) de traitement de fluide, en fonctionnement, qui comprend une rampe d'injection (2) de fluide à traiter, une zone aménagée (3) constituée d'un lit de graviers et de sable en partie inférieure du réacteur et surmontée d'un lit de charbon actif (4) expansé, un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur (1), ainsi que des moyens d'injection (6) de charbon actif neuf ou régénéré et des moyens d'extraction (7) de charbon actif expansé. la figure 3 est une représentation d'une courbe de fuite en différents anions d'un cycle d'épuisement pour une résine anionique forte de type 1 en lit fluidisé régénérée à l'aide de NaCl.
Le procédé selon la présente invention permet de traiter efficacement divers types de fluides, tels que l'eau, contenant des micropolluants organiques, et notamment des matières organiques naturelles et/ou synthétiques, ainsi que des composés biodégradables, en vue de rendre ces fluides potables. Les micropolluants organiques des eaux brutes peuvent être d'origine naturelle, pouvant provenir par exemple d'algues, ou peuvent être liés aux activités humaines agricoles ou industrielles. De tels micropolluants peuvent ainsi par exemple provenir de pesticides.
Le traitement des fluides selon la présente invention peut être réalisé en continu ou en discontinu (type batch). Le traitement en discontinu est avantageusement utilisé pour des eaux d'origine industrielle.
Le réacteur de traitement (1) selon la présente invention est avantageusement un réacteur cylindrique d'axe vertical, d'une hauteur en général comprise entre 2 et 5 mètres, typiquement d'environ 3 à 4 mètres. Par le terme de "cylindrique", on entend au sens de la présente invention une surface engendrée par une génératrice qui se déplace parallèlement à une direction fixe en s'appuyant sur un profil plan fixe perpendiculaire à la direction donnée. Ainsi, la base du réacteur de traitement (1) peut se présenter sous différentes formes, telles que la forme carrée ou rectangulaire.
Le fluide à traiter est introduit en partie inférieure du réacteur, de préférence à la base du réacteur, dans la zone aménagée (3). La zone aménagée (3) contient de préférence un lit bloquant, avantageusement constitué d'un lit de graviers, surmonté d'un lit de sable. Le lit bloquant permet d'éviter que le charbon actif ne rentre dans les canalisations servant à injecter le fluide à traiter. Le lit bloquant permet d'assurer par ailleurs l'équirépartition du fluide à traiter en tout point de la surface du fond de l'ouvrage, et la mise en suspension de la totalité du lit de charbon en évitant toute zone de fluide morte au voisinage de la base du lit de charbon.
Avantageusement selon l'invention, l'introduction de fluide, tel que l'eau, est réalisée par une rampe d'injection (2) équipée d'orifices de diamètre ajusté ou à l'aide d'un plancher crépiné. Encore plus avantageusement selon l'invention, l'introduction de fluide est réalisée par collecteur de répartition et jeu de ramifications équipées d'orifices calibrés et disposées en quinconce noyés au sein du lit de gravier et dirigés vers le fond.
Le réacteur de traitement (1) selon la présente invention contient un lit mobile de charbon actif (4), avantageusement au-dessus de la zone aménagée (3). Avantageusement selon la présente invention, l'injection de charbon actif est réalisée en partie inférieure du réacteur au dessus de la zone aménagée, de préférence par jeu d'une à plusieurs canes d'injection.
L'injection de fluide en partie inférieure du réacteur conduit à une expansion du matériau adsorbant en créant un lit mobile de charbon actif expansé, avec la création en parallèle, et de préférence simultanément, d'une interface eau/lit de charbon. Lors de l'expansion du charbon actif, un gradient de concentration décroissant vers le haut peut être créé sur la hauteur du lit mobile, ce gradient de concentration variant en fonction de la répartition granulométrique du charbon actif utilisée. Avantageusement selon la présente invention, la granulométrie du charbon actif et la vitesse ascensionnelle de l'eau sont choisies de manière à obtenir une suspension de préférence dense de charbon actif sous forme de lit mobile expansé, surmontée d'une hauteur de fluide clair décanté.
Par le terme de "vitesse ascensionnelle du fluide", on entend au sens de la présente invention le rapport : débit hydraulique du fluide sur la surface au sol du réacteur de traitement.
Avantageusement selon la présente invention, le choix d'une granulométrie de charbon particulière associée au choix d'une vitesse ascensionnelle du fluide particulière permettent une séparation gravitaire des particules de charbon du fluide dépollué avec l'obtention d'un fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur, à très faible teneur en charbon actif résiduel. La granulométrie du charbon actif est avantageusement choisie de manière à exercer une adsorption efficace des micropolluants, tout en ayant une aptitude à l'expansion, afin de créer un lit mobile de charbon en maintenant une suspension dense de charbon actif expansé (figure 2).Le charbon actif selon la présente invention est typiquement de granulométrie intermédiaire entre celle des charbons actifs en poudre, qui ont une granulométrie en général comprise entre quelques microns et 100 Microm environ, et celle des charbons actifs en grains, qui ont une granulométrie en général proche du mm.
Au sein du lit de charbon actif, en particulier dans sa partie inférieure, la teneur en adsorbant peut atteindre plusieurs centaines de grammes par litre et exercer efficacement son action dépolluante, sans engendrer de colmatage, ni de perte de charge, comme cela peut être le cas avec l'utilisation de systèmes à lit fixe. Par ailleurs, aucun autre additif de traitement que le charbon, tel que des agents de coagulation ou de floculation pour lester les particules de charbon, n'a besoin d'être ajouté dans le procédé selon la présente invention.On peut cependant avoir un mode de réalisation dans lequel des agents de coagulation ou de floculation sont ajoutés pour traiter certains types de fluides. Par ailleurs, le procédé de traitement selon la présente invention peut être réalisé sans mélangeur, mais on peut également prévoir un mode de réalisation dans lequel le réacteur de traitement contient un agitateur mécanique.
Le fluide clair décanté est recueilli par surverse en partie supérieure du réacteur à l'aide d'un dispositif de récupération (5), tel qu'un jeu de goulottes crénelées.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, au moins une partie du charbon actif est renouvelée périodiquement par injection du charbon actif neuf dans le réacteur, et par extraction d'une quantité correspondante de charbon actif expansé. L'injection et l'extraction de charbon actif se font typiquement à l'aide de pompes doseuses et de conduits. La fréquence de renouvellement varie en fonction de la nature du fluide à traiter, du charbon sélectionné et du niveau de dépollution recherché. Du charbon actif régénéré peut également être injecté au sein du réacteur, avantageusement en complément du charbon actif neuf.
L'injection de charbon actif neuf ou régénéré est avantageusement effectuée en partie inférieure du lit de charbon actif, où se trouve une forte teneur en charbon actif, au-dessus de la zone aménagée (3) contenant avantageusement un lit bloquant. L'extraction de charbon actif expansé et usagé est réalisée à hauteur fixe ou variable, de préférence à des niveaux de soutirage placés au dessus du sommet du lit de charbon à l'arrêt de production (figure 1) et avantageusement en zone dense de charbon.
Dans un mode de réalisation particulier selon la présente invention, le renouvellement en charbon actif du réacteur est réalisé en cycle de production par extraction gravitaire du charbon usagé en partie basse du réacteur de traitement, et par injection de quantité équivalente de charbon neuf en partie supérieure du lit de charbon, par exemple par pompe doseuse ou hydroéjecteur.
L'injection de charbon actif neuf complémentée ou non de charbon recyclé dans le réacteur permet le renouvellement continu de la suspension de charbon du réacteur. Le temps imparti à ce renouvellement peut être assimilé à un âge de la suspension. Il correspond au temps de séjour moyen des particules de charbon actif à l'intérieur de la zone réactionnelle constituée par le lit mobile. Il est adaptable à la nature du fluide à traiter et des objectifs de dépollution recherchés. Ce mode de renouvellement permet ainsi d'assurer des performances épuratoires constantes dans le temps, en évitant les risques de fuites prématurées ou de relargage de micropolluants indésirables.
Avantageusement selon la présente invention, au moins une partie du charbon actif expansé extrait du réacteur peut être conditionnée dans au moins une cuve de stockage, avantageusement à des fins de recyclage après régénération partielle et/ou lavage. Une fraction du volume du lit de charbon peut ainsi être extraite périodiquement du réacteur pour être stockée sous agitation lente dans une cuve de stockage, sur une durée adaptée au type de fluide à traiter. Le conditionnement a alors avantageusement pour fonction de réduire les consommations de charbon neuf, en permettant le recouvrement d'une partie des sites d'adsorption de surface du matériau adsorbant. Typiquement, un stockage de quelques heures du charbon actif expansé et usagé permet aux micropolluants organiques adsorbés à la surface des grains de migrer vers le c u̇r des grains.Il en résulte alors une régénération partielle du charbon actif par libération des sites d'adsorption de surface du charbon actif qui seront accessibles aux micropolluants à éliminer lorsque ce charbon sera recyclé dans le réacteur.
Le lavage du matériau adsorbant est avantageusement mis en u̇vre dans le cadre de la présente invention, lorsque le type de charbon actif utilisé est susceptible de se charger en matières en suspension d'origine minérale ou organique, avant de recycler le matériau dans le réacteur de traitement. Le lavage du charbon actif extrait est alors de préférence réalisé par séparation physique ou hydraulique. Ensuite, le charbon épuré, débarrassé d'une fraction importante d'impuretés, est alors recyclé sur l'ouvrage de contact/séparation, avec ou sans passage dans une cuve de stockage. Le recyclage est de préférence réalisé dans le réacteur de traitement par le circuit d'injection de charbon actif, avec ou sans apport de charbon neuf ou régénéré pour compenser les pertes.
Avantageusement selon la présente invention, la séparation des MES du charbon peut être réalisée suivant un autre mode de réalisation. Le lavage du charbon actif peut ainsi être effectué à l'intérieur de l'ouvrage de traitement, notamment par insufflation d'air et d'eau de lavage à la base du réacteur, après isolement de l'ouvrage, comme cela est en général pratiqué sur les filtres à charbon actif en grain. On utilise avantageusement le circuit d'alimentation d'eau à traiter pour l'introduction d'eau de lavage à la base du réacteur. L'air de lavage est injecté avec son propre dispositif de rampe et de ramifications, ou par le circuit d'alimentation d'eau. Les boues sont quant à elles évacuées en surverse d'ouvrage et dirigées sur la filière boues.
Avantageusement selon la présente invention, le réacteur de traitement (1) est dimensionné en hauteur et en section de manière à obtenir une expansion du charbon actif comprise entre 20 et 300 %, avantageusement comprise entre 50 et 250 %, lorsque la vitesse ascensionnelle de l'eau est comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le fluide à dépolluer contient des polluants minéraux métalliques ou non métalliques en plus des micropolluants organiques, et lesdits polluants sont traités dans le réacteur de traitement à flux ascendant selon la présente invention par adsorption ou fixation sur au moins une couche d'un matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif, la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant ou filtrant étant située(s) au-dessus et/ou en dessous de la couche de charbon actif, et la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant et/ou filtrant se présentant à l'état expansé et directement en contact de ladite couche de charbon actif expansé.
En régime de fonctionnement du réacteur de traitement selon l'invention, la densité réelle de chaque matériau granulaire adsorbant ou filtrant, ainsi que sa granulométrie, sont choisies de manière à obtenir une expansion de chacun des matériaux avec une très bonne séparation des couches, autorisant par la suite l'exploitation séparée de chaque matériau granulaire pour les besoins de renouvellement en matériau neuf ou régénéré.
A titre d'exemple, sont regroupés dans le tableau 1 suivant les taux d'expansion respectifs de différents matériaux au sein d'un réacteur tri-couches contenant une couche d'alumine activée surmontée d'une couche de charbon actif qui est elle-même surmontée d'une couche de résine échangeuse d'ions. Le taux d'expansion est exprimé en % à une température d'essai de 9[deg]C.
Tableau 1 :
(TE = Taille Effective, CU = Coefficient d'Uniformité, CA = Charbon actif) Les volumes de matériaux granulaires adsorbants ou filtrants sont de préférence définis à partir des temps de contact requis sur le plan cinétique dans l'élimination des polluants identifiés. Les charges volumiques applicables (masse de produit par unité de volume et par unité de temps) sont comparables à celles classiquement utilisées sur les réacteurs à lit fixe. La hauteur utile d'ouvrage est quant à elle de préférence calculée en fonction des hauteurs d'expansion des matériaux suivant la vitesse ascensionnelle au sein du réacteur et de la température.
Avantageusement selon la présente invention, au moins une partie de matériau granulaire adsorbant est renouvelée périodiquement, par injection de matériau granulaire adsorbant neuf dans le réacteur, et par extraction d'une quantité correspondante de matériau granulaire adsorbant expansé.
Les matériaux granulaires filtrants peuvent être régénérés en dehors du réacteur de traitement dans une unité de régénération spécifique. On utilise une régénération de ce type notamment pour les résines échangeuses d'ions qui sont particulièrement efficaces pour traiter les polluants tels que les nitrates. Or, la dénitratation sur résine échangeuse d'ions se décompose en cycles successifs d'épuisement et de régénération. Alors que dans les systèmes conventionnels à lit fixe, la régénération de résine est réalisée à même le filtre à co-courant ou à contre-courant, la résine est extraite du réacteur de traitement pour les besoins de régénération dans le cadre de la présente invention.Les opérations de transfert de résine sont réalisées avantageusement à l'arrêt de l'installation, par exemple par extraction gravitaire de la résine sur l'unité de régénération, puis réintroduction du matériau régénéré dans le réacteur de traitement par hydroéjecteur. La régénération de la résine est de préférence réalisée à l'aide de saumures concentrées de chlorure de sodium et/ou de bicarbonate de sodium.
Selon un exemple de réalisation de la présente invention, on utilise un réacteur de traitement fluidisé bi-couches contenant une couche de charbon actif surmontée d'une couche de résine échangeuse d'ions pour épurer un fluide contenant des polluants du type solvants chlorés (trichloroéthylène + tétrachloroéthylène), ainsi que des nitrates. Le fluide décanté et dépollué que l'on récupère en partie supérieure du réacteur est ensuite directement traité par une filtration du type filtration sur sable ou filtration sur système membranaire.
La figure 3 représente un cycle d'épuisement de la résine échangeuse d'ions utilisée dans un tel dispositif avec pour régénérant le chlorure de sodium. BV est le volume spécifique (volume de fluide traité sur volume de résine). L'affluent présente une concentration en nitrates de 78 mg/1, une concentration en sulfates de 27 mg/1, et une concentration en chlorures de 103 mg/1. Le débit volumique est d'environ 20 V/V.h, la vitesse ascensionnelle au sein du réacteur est de 10 m /m .h, et le niveau de régénération est de 2 éq/litre. La courbe montre ainsi l'épuisement de la résine que l'on doit régénérer au bout d'un certain temps à l'aide de chlorure de sodium à 2 éq/litre de résine.
Les exemples suivants sont donnés à titre non limitatif et illustrent la présente invention.
Exemples de réalisation de l'invention :
En particulier, la présente invention concerne un procédé de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques par adsorption sur charbon actif dans un réacteur de traitement. L'invention a également pour objet une installation de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques convenant à la mise en u̇vre dudit procédé.
L'eau, telle que l'eau provenant des eaux de surface, doit être traitée et dépolluée, en vue d'en extraire les matières en suspension, les bactéries et les micropolluants résiduels organiques et minéraux, avant de pouvoir être utilisée comme eau potable. Les eaux industrielles doivent également être traitées et dépolluées, avant de pouvoir être rejetées dans le milieu environnemental.
Divers procédés de traitement d'eau brute en vue de la rendre potable ont déjà été mis en u̇vre. Sur les filières conventionnelles de traitement d'eau de surface, la clarification du liquide est souvent complétée par des traitements à l'aide de charbon actif sous forme de poudre. En outre, un traitement d'affinage à l'aide de charbon actif sous forme de grain est souvent réalisé en filtration finale. De tels traitements d'élimination de micropolluants organiques par charbon actif induisent généralement des consommations importantes de réactifs, et une exploitation difficile en période de fortes variations de pollution organique sur le plan tant qualitatif que quantitatif.
De tels procédés nécessitent en général de nombreux réacteurs et ouvrages pour réaliser les diverses étapes du traitement, telles que la coagulation, la floculation, la mise en contact avec le réactif adsorbant en poudre ou en grain, et la décantation. Ces procédés nécessitent ainsi de lourds investissements, tant en GC qu'en équipements.
Par ailleurs, dans de tels procédés, les consommations en charbon actif ramenées au mètre cube d'eau traitée peuvent atteindre plusieurs dizaines de milligrammes par litre. La saturation progressive du charbon actif en grain en composés organiques d'origine naturelle ou liés à nos activités humaines peut représenter un facteur de risque de fuite prématurée ou de relargage de micropolluants indésirables. En outre, le charbon actif est un matériau cher, ce qui augmente le prix de revient du mètre cube de l'eau traitée.
Par conséquent, il existait ainsi un besoin de mettre au point un procédé et une installation pour le traitement de fluide, tel que l'eau, contenant des micropolluants organiques ne présentant pas les inconvénients des procédés et dispositifs de l'art antérieur, et permettant notamment de réaliser une dépollution et une séparation efficace du fluide au sein d'un seul ouvrage de traitement, en s'affranchissant d'un ouvrage de décantation séparé.
La présente invention vient combler ce besoin. Le Demandeur a ainsi découvert un nouveau procédé et une installation permettant de traiter et de dépolluer efficacement les fluides contenant des micropolluants organiques, telles que les eaux de surface en vue de les rendre potables ou les eaux industrielles, dans un réacteur de traitement à flux ascendant, compact, très simple d'exploitation et de mise en u̇vre, et au sein duquel est réalisée de manière efficace la séparation des fluides à traiter.
Le procédé selon la présente invention permet notamment de réaliser une dépollution efficace de fluide, tel que l'eau, par adsorption sur un lit mobile de charbon actif expansé, ainsi qu'une séparation gravitaire du fluide traité de la suspension de charbon au sein d'un seul ouvrage de traitement, sans perte sensible d'adsorbant, ne nécessitant pas l'ajout d'additifs de coagulation ou de floculation, et sans obligation d'équiper l'ouvrage d'un dispositif à mélange mécanique.Par ailleurs, le procédé selon la présente invention prévoit la possibilité de renouveler en continu le lit de charbon au sein du réacteur de traitement, par simple injection de charbon actif neuf et par extraction d'une quantité correspondante de charbon du réacteur, évitant ainsi la saturation du matériau, comme cela peut être le cas avec des procédés de l'art antérieur de filtration sur charbon actif en grain. Un tel renouvellement du lit de charbon selon la présente invention est ainsi particulièrement avantageux, puisqu'il constitue en soit un mode de régénération in situ du lit de charbon. De plus, le procédé prévoit la possibilité de recycler et de régénérer partiellement le charbon usagé extrait et de le réinjecter au sein du réacteur, et permet par conséquent de réduire les consommations en charbon actif neuf.
Le procédé selon la présente invention permet ainsi de traiter des eaux de surface à potabiliser, de préférence préalablement clarifiées, ou des eaux souterraines peu à moyennement turbides, sans prétraitements spécifiques, et peut alors être suivi directement d'un traitement de filtration, du type filtration sur média granulaire ou de type filtration membranaire. Le procédé selon la présente invention permet également de traiter divers autres types d'eaux, telles que les eaux d'origine industrielle.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques par adsorption sur charbon actif dans un réacteur de traitement à flux ascendant, comprenant l'injection du fluide à traiter en partie inférieure du réacteur contenant un lit de charbon actif de manière à créer une expansion dudit charbon en assurant parallèlement une séparation gravitaire entre les particules de charbon actif et le fluide, et la récupération par surverse du fluide décanté et dépollué situé en partie supérieure du réacteur surmontant le lit de charbon actif.
De manière particulièrement avantageuse selon l'invention, la concentration moyenne en charbon actif est comprise entre 100 et 300 g/1 sur la hauteur du lit expansé, et est inférieure à 2 mg/1 en partie supérieure de la zone de fluide décanté et dépollué surmontant le lit expansé de charbon actif.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le fluide à traiter est de l'eau, avantageusement de l'eau à potabiliser, en particulier de l'eau souterraine ou de l'eau de surface, telle que l'eau de rivière, l'eau de barrage, ou l'eau de nappe alluviale, ou de l'eau d'origine industrielle.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le procédé ne nécessite l'ajout d'aucun autre additif de traitement à effet lestant de type coagulant et/ou floculant.
Avantageusement selon la présente invention, la granulométrie du charbon actif et la vitesse ascensionnelle du fluide sont choisies de manière à obtenir une suspension dense de charbon actif expansé sous forme de lit mobile, surmontée d'une hauteur de fluide clair décanté. Le lit mobile de charbon actif expansé constitue ainsi avantageusement la zone réactionnelle.
De manière encore plus avantageuse selon la présente invention, la granulométrie du charbon actif est comprise entre 100 et 800 Microm, avantageusement entre 200 et 600 Microm, encore plus avantageusement entre 200 et 400 Microm, et la vitesse ascensionnelle du fluide est comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h.
Avantageusement selon la présente invention, le temps de contact du fluide avec le charbon actif est défini en fonction de la vitesse ascensionnelle du fluide et de la hauteur du lit de charbon expansé.
De manière encore plus avantageuse selon la présente invention, le temps de contact est compris entre 5 et 60 min, avantageusement entre 5 et 30 min, encore plus avantageusement entre 8 et 15 min. Le temps de contact peut être supérieur à 60 min pour certains types de fluides.
Selon une caractéristique particulière de la présente invention, au moins une partie du charbon actif est renouvelée périodiquement, par injection du charbon actif neuf dans le réacteur, avantageusement en partie inférieure du lit de charbon, et par extraction d'une quantité correspondante de charbon actif expansé.
Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention, au moins une partie du charbon actif expansé extrait du réacteur est conditionnée dans au moins une cuve de stockage, avantageusement à des fins de recyclage après régénération partielle et/ou lavage du matériau. La régénération du charbon actif extrait est avantageusement basée sur la migration des micropolluants adsorbés en surface des grains de charbon vers le c u̇r des grains, qui s'effectue durant le stockage du charbon. Le lavage du charbon actif extrait repose avantageusement sur l'élimination des matières en suspension d'origine minérale ou organique piégés par le charbon actif, par séparation physique ou hydraulique. Le charbon épuré peut alors être recyclé dans le réacteur, après passage dans la cuve de stockage.Selon une variante, le charbon épuré est directement recyclé dans le réacteur.
Dans un autre mode de réalisation selon la présente invention, le lavage du charbon actif est réalisé au sein même du réacteur de traitement, à l'aide d'un système de lavage approprié. Le lavage du matériau adsorbant peut alors être réalisé par introduction d'air et d'eau de lavage à la base du réacteur.
Le fait de laver ou non le matériau et le mode de lavage utilisé est déterminé en fonction de la nature du fluide à traiter et de la composition du lit de charbon. Par exemple, lors du traitement d'eau clarifiée d'une installation de traitement à potabiliser, le lit de charbon peut piéger les matières en suspension, du type hydroxydes métalliques, provenant de l'eau à dépolluer. La déconcentration du lit de charbon actif en utilisant des taux de purge importants est une première solution pour tenter de laver le charbon actif. Cependant, une telle solution génère souvent des consommations en charbon actif élevées. La mise en place d'un système de lavage du charbon au sein du réacteur de traitement ou à l'extérieur de celui-ci constitue un moyen avantageux d'économie de réactif et d'optimisation du procédé dans différentes applications.Le lavage du matériau adsorbant est particulièrement adapté lorsque les eaux à traiter sont peu à moyennement turbides.
De manière encore particulièrement avantageuse selon la présente invention, le fluide décanté et dépollué est ensuite directement traité par filtration, avantageusement par filtration granulaire ou membranaire. Ainsi, le fluide dépollué suite à la mise en u̇vre du procédé selon l'invention, que l'on récupère par surverse en partie supérieure du réacteur de traitement, peut ensuite être directement traité par filtration, notamment par filtration sur un système membranaire, par exemple sur des membranes de microfiltration ou d'ultrafiltration.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le fluide à dépolluer contient des polluants minéraux métalliques ou non métalliques en plus des micropolluants organiques. Le Demandeur a découvert de manière surprenante que le procédé selon la présente invention permettait de traiter ou d'éliminer de tels polluants minéraux en associant au charbon actif d'autres matériaux adsorbants ou filtrants au sein du réacteur de traitement selon la présente invention.
Ainsi, avantageusement selon la présente invention, le fluide à traiter contient en outre des polluants inorganiques et lesdits polluants sont traités dans le réacteur de traitement à flux ascendant selon la présente invention par adsorption ou fixation sur au moins une couche d'un matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif, la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant ou filtrant étant située(s) au-dessus et/ou en dessous de la couche de charbon actif, et la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant et/ou filtrant se présentant à l'état expansé et directement en contact de ladite couche de charbon actif expansé.
Par matériau filtrant, on entend au sens de la présente invention tout matériau qui permet de fixer les polluants des fluides à traiter par un autre procédé que l'adsorption. Par exemple, le matériau filtrant peut être une résine échangeuse d'ions, et les polluants que l'on cherche à éliminer viennent se fixer sur la résine par échange ionique.
Ce mode de réalisation, qui associe un traitement des polluants organiques et inorganiques par adsorption sur charbon actif ainsi que par adsorption ou fixation sur au moins un matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif, est particulièrement avantageux, puisqu'il permet de traiter séquentiellement différents types de polluants, et de réunir au sein d'un seul ouvrage de traitement des traitements unitaires réalisés en général séparément au sein de réacteurs différents. Ce mode de réalisation permet par ailleurs de dépolluer et d'épurer efficacement les fluides contenant des micropolluants organiques ainsi que des polluants minéraux, et d'obtenir une séparation efficace des fluides qui sont récupérés sous forme de fluide décanté et dépollué en partie supérieure du réacteur de traitement.
Avantageusement, lorsque le réacteur de traitement est en fonctionnement, les matériaux granulaires constitutifs des différentes couches sont maintenus à l'état expansé, formant un lit fluidisé constitué de matériaux superposés, ne comportant pas de planchers séparatifs entre les différentes couches de matériaux.
On utilise de préférence deux groupes de matériaux granulaires adsorbants ou filtrants :
des matériaux de densités réelles supérieures à celle du charbon actif, parmi lesquels peuvent être cités l'alumine activée, les hydroxydes de fer, et le dioxyde de manganèse, que l'on qualifiera avantageusement de matériaux granulaires adsorbants, - des matériaux de densités réelles inférieures à celle du charbon actif, parmi lesquels peuvent être cités les résines échangeuses d'ions, notamment les résines anioniques, que l'on qualifiera avantageusement de matériaux granulaires filtrants.
Ces différents matériaux permettent d'épurer efficacement les fluides en éliminant partiellement ou totalement les constituants inorganiques par adsorption ou échange ionique.
De manière particulièrement avantageuse selon la présente invention, ledit matériau granulaire adsorbant est choisi dans le groupe constitué par l'alumine activée, les hydroxydes de fer, et le dioxyde de manganèse.
De manière particulièrement avantageuse selon la présente invention, ledit matériau granulaire filtrant est choisi parmi les résines échangeuses d'ions, telles que les résines anioniques.
Ainsi, l'alumine activée peut être utilisée dans l'élimination ou le traitement des fluorures et de l'arsenic, les hydroxydes de fer, tels que les hydroxydes de fer en grain, peuvent être utilisés dans l'élimination ou le traitement de l'arsenic, le dioxyde de manganèse peut être utilisé dans l'élimination ou le traitement du manganèse par voie catalytique. Les résines anioniques peuvent être utilisées quant à elles dans l'élimination ou le traitement des nitrates et des sulfates.
Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention, au moins une couche de matériau granulaire adsorbant du type alumine activée est située en dessous de la couche de charbon actif et/ou au moins une couche de matériau granulaire filtrant du type résine échangeuse d'ions est située au-dessus de ladite couche de charbon actif.
On utilise ainsi avantageusement des lits multi-couches, de type bi-couches ou tri-couches, tels que des lits contenant :
une couche de matériau granulaire adsorbant surmontée d'une couche de charbon actif ou bien une couche de charbon actif surmontée d'une couche de matériau granulaire filtrant, ou une couche de matériau granulaire adsorbant surmontée d'une couche de charbon actif elle-même surmontée d'une couche de matériau granulaire filtrant.
La présente invention a également pour objet une installation de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques comprenant au moins un réacteur de traitement (1) contenant :
une zone aménagée (3) en partie inférieure du réacteur, - des moyens d'injection (2) du fluide à traiter situés dans ladite zone aménagée (3), - un lit de charbon actif (4) surmontant ladite zone aménagée (3), un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur, des moyens d'injection (6) de charbon actif neuf ou régénéré, et des moyens d'extraction (7) de charbon actif expansé, et éventuellement au moins une cuve de stockage du charbon actif.
Cette installation convient à la mise en u̇vre du procédé selon la présente invention.
Cette installation contient en outre avantageusement des moyens de recirculation d'eau traitée à l'intérieur du réacteur, pour éviter que le réacteur ne se dégrade pendant les phases d'arrêt de production.
Avantageusement selon la présente invention, le lit de charbon actif (4) est sous forme de lit expansé de charbon actif (4), et ledit charbon actif présente une concentration moyenne comprise entre 100 et 300 g/1 sur la hauteur du lit expansé, et inférieure à 2 mg/1 en partie supérieure de la zone de fluide décanté.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, la zone aménagée (3) contient un lit bloquant, tel qu'un lit de graviers surmonté d'un lit de sable.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le réacteur de traitement (1) et les moyens d'injection (2) du fluide sont agencés de manière à obtenir une vitesse ascensionnelle du fluide comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h, lorsque la granulométrie du charbon actif est comprise entre 100 et 800 Microm, avantageusement entre 200 et 600 Microm.
Selon une caractéristique particulière de la présente invention, le réacteur de traitement (1) est dimensionné en hauteur et en section de manière à obtenir une expansion du charbon actif comprise entre 20 et 300 %, avantageusement comprise entre 50 et 250 %, lorsque la vitesse ascensionnelle du fluide est comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h.
Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention, l'installation contient en outre, en aval du réacteur de traitement (1), au moins un dispositif de filtration, tel qu'un dispositif de filtration granulaire ou membranaire, par exemple un système membranaire de microfiltration ou d'ultrafiltration.
L'installation selon la présente invention peut contenir un seul réacteur de traitement ou plusieurs réacteurs de traitement associés en parallèle (partage du débit) ou en série, notamment dans des applications industrielles. Si l'installation selon la présente invention contient plusieurs réacteurs de traitement, il est possible de dimensionner sélectivement chacun des ouvrages constituant la filière en sélectionnant la composition du lit de charbon (origine, granulométrie et quantité) et en ajustant les paramètres de fonctionnement hydraulique (vitesse ascensionnelle et hauteur utile de matériau notamment) et de dosage en adsorbant neuf.
En outre, lorsque plusieurs réacteurs sont disposés en série, le charbon usagé extrait peut être recyclé avec ou sans conditionnement préalable sur les réacteurs placés à l'amont sur la filière, et réduire suivant ce protocole de travail les consommations de réactifs.
Typiquement, l'installation peut comprendre deux réacteurs de traitement au sein de chacun duquel sont réalisées une dépollution du fluide, ainsi qu'une séparation entre les particules de charbon actif et le fluide. Le premier réacteur de traitement peut alors constituer un ouvrage de dégrossissage où la majeure partie de la pollution organique est écrêtée, et le second réacteur de traitement peut constituer un ouvrage d'affinage afin d'éliminer les polluants restants.
La présente invention a également pour objet une installation de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques ainsi que des polluants inorganiques comprenant au moins un réacteur de traitement (1) contenant :
une zone aménagée (3) en partie inférieure du réacteur, des moyens d'injection (2) du fluide à traiter situés dans ladite zone aménagée (3), un lit multi-couches surmontant ladite zone aménagée (3), ledit lit multi-couches comprenant une couche de charbon actif et au moins une couche de matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif au-dessus et/ou en dessous de ladite couche de charbon actif, et - un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur.
Cette installation convient à la mise en u̇vre du procédé selon la présente invention.
Le lit multi-couches selon la présente invention contient des couches de matériaux adsorbants ou filtrants, dans lequel les couches sont individualisées et adjacentes les unes des autres sans discontinuité, lorsque le réacteur de traitement est à l'arrêt, et lorsque le réacteur de traitement est en fonctionnement et que le lit est alors sous forme fluidisée. Ainsi, lorsque le lit est expansé, on a alors un lit superposé fluidisé de différentes couches de matériaux.
Avantageusement selon la présente invention, ledit matériau granulaire adsorbant est choisi dans le groupe constitué par l'alumine activée, les hydroxydes de fer, et le dioxyde de manganèse, et/ou ledit matériau granulaire filtrant est choisi parmi les résines échangeuses d'ions.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, ledit lit multicouches contient une couche de matériau granulaire adsorbant du type alumine activée en dessous de ladite couche de charbon actif et une couche de matériau granulaire filtrant du type résine échangeuse d'ions au-dessus de ladite couche de charbon actif.
Selon une caractéristique particulière de la présente invention, l'installation contient en outre des moyens d'injection (6) de charbon actif neuf ou régénéré, des moyens d'extraction (7) de charbon actif expansé, et éventuellement au moins une cuve de stockage du charbon actif. Elle peut également contenir des moyens d'injection de matériau granulaire adsorbant neuf ou régénéré autre que le charbon actif, et des moyens d'extraction de matériau granulaire adsorbant expansé autre que le charbon actif. Elle peut également contenir des moyens d'extraction de matériau granulaire filtrant épuisé, des moyens d'injection de matériau granulaire filtrant régénéré, ainsi qu'un dispositif de régénération du matériau granulaire filtrant en dehors du réacteur de traitement (1).
Divers objets et avantages de la présente invention deviendront apparents pour l'homme du métier par le biais de références aux dessins illustratifs suivants : la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un réacteur (1) de traitement de fluide, à l'arrêt, qui comprend une rampe d'injection (2) de fluide à traiter, une zone aménagée (3) constituée d'un lit de graviers et de sable en partie inférieure du réacteur et surmontée d'un lit de charbon actif (4) au repos, et un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur.la figure 2 est une vue schématique d'un réacteur (1) de traitement de fluide, en fonctionnement, qui comprend une rampe d'injection (2) de fluide à traiter, une zone aménagée (3) constituée d'un lit de graviers et de sable en partie inférieure du réacteur et surmontée d'un lit de charbon actif (4) expansé, un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur (1), ainsi que des moyens d'injection (6) de charbon actif neuf ou régénéré et des moyens d'extraction (7) de charbon actif expansé. la figure 3 est une représentation d'une courbe de fuite en différents anions d'un cycle d'épuisement pour une résine anionique forte de type 1 en lit fluidisé régénérée à l'aide de NaCl.
Le procédé selon la présente invention permet de traiter efficacement divers types de fluides, tels que l'eau, contenant des micropolluants organiques, et notamment des matières organiques naturelles et/ou synthétiques, ainsi que des composés biodégradables, en vue de rendre ces fluides potables. Les micropolluants organiques des eaux brutes peuvent être d'origine naturelle, pouvant provenir par exemple d'algues, ou peuvent être liés aux activités humaines agricoles ou industrielles. De tels micropolluants peuvent ainsi par exemple provenir de pesticides.
Le traitement des fluides selon la présente invention peut être réalisé en continu ou en discontinu (type batch). Le traitement en discontinu est avantageusement utilisé pour des eaux d'origine industrielle.
Le réacteur de traitement (1) selon la présente invention est avantageusement un réacteur cylindrique d'axe vertical, d'une hauteur en général comprise entre 2 et 5 mètres, typiquement d'environ 3 à 4 mètres. Par le terme de "cylindrique", on entend au sens de la présente invention une surface engendrée par une génératrice qui se déplace parallèlement à une direction fixe en s'appuyant sur un profil plan fixe perpendiculaire à la direction donnée. Ainsi, la base du réacteur de traitement (1) peut se présenter sous différentes formes, telles que la forme carrée ou rectangulaire.
Le fluide à traiter est introduit en partie inférieure du réacteur, de préférence à la base du réacteur, dans la zone aménagée (3). La zone aménagée (3) contient de préférence un lit bloquant, avantageusement constitué d'un lit de graviers, surmonté d'un lit de sable. Le lit bloquant permet d'éviter que le charbon actif ne rentre dans les canalisations servant à injecter le fluide à traiter. Le lit bloquant permet d'assurer par ailleurs l'équirépartition du fluide à traiter en tout point de la surface du fond de l'ouvrage, et la mise en suspension de la totalité du lit de charbon en évitant toute zone de fluide morte au voisinage de la base du lit de charbon.
Avantageusement selon l'invention, l'introduction de fluide, tel que l'eau, est réalisée par une rampe d'injection (2) équipée d'orifices de diamètre ajusté ou à l'aide d'un plancher crépiné. Encore plus avantageusement selon l'invention, l'introduction de fluide est réalisée par collecteur de répartition et jeu de ramifications équipées d'orifices calibrés et disposées en quinconce noyés au sein du lit de gravier et dirigés vers le fond.
Le réacteur de traitement (1) selon la présente invention contient un lit mobile de charbon actif (4), avantageusement au-dessus de la zone aménagée (3). Avantageusement selon la présente invention, l'injection de charbon actif est réalisée en partie inférieure du réacteur au dessus de la zone aménagée, de préférence par jeu d'une à plusieurs canes d'injection.
L'injection de fluide en partie inférieure du réacteur conduit à une expansion du matériau adsorbant en créant un lit mobile de charbon actif expansé, avec la création en parallèle, et de préférence simultanément, d'une interface eau/lit de charbon. Lors de l'expansion du charbon actif, un gradient de concentration décroissant vers le haut peut être créé sur la hauteur du lit mobile, ce gradient de concentration variant en fonction de la répartition granulométrique du charbon actif utilisée. Avantageusement selon la présente invention, la granulométrie du charbon actif et la vitesse ascensionnelle de l'eau sont choisies de manière à obtenir une suspension de préférence dense de charbon actif sous forme de lit mobile expansé, surmontée d'une hauteur de fluide clair décanté.
Par le terme de "vitesse ascensionnelle du fluide", on entend au sens de la présente invention le rapport : débit hydraulique du fluide sur la surface au sol du réacteur de traitement.
Avantageusement selon la présente invention, le choix d'une granulométrie de charbon particulière associée au choix d'une vitesse ascensionnelle du fluide particulière permettent une séparation gravitaire des particules de charbon du fluide dépollué avec l'obtention d'un fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur, à très faible teneur en charbon actif résiduel. La granulométrie du charbon actif est avantageusement choisie de manière à exercer une adsorption efficace des micropolluants, tout en ayant une aptitude à l'expansion, afin de créer un lit mobile de charbon en maintenant une suspension dense de charbon actif expansé (figure 2).Le charbon actif selon la présente invention est typiquement de granulométrie intermédiaire entre celle des charbons actifs en poudre, qui ont une granulométrie en général comprise entre quelques microns et 100 Microm environ, et celle des charbons actifs en grains, qui ont une granulométrie en général proche du mm.
Au sein du lit de charbon actif, en particulier dans sa partie inférieure, la teneur en adsorbant peut atteindre plusieurs centaines de grammes par litre et exercer efficacement son action dépolluante, sans engendrer de colmatage, ni de perte de charge, comme cela peut être le cas avec l'utilisation de systèmes à lit fixe. Par ailleurs, aucun autre additif de traitement que le charbon, tel que des agents de coagulation ou de floculation pour lester les particules de charbon, n'a besoin d'être ajouté dans le procédé selon la présente invention.On peut cependant avoir un mode de réalisation dans lequel des agents de coagulation ou de floculation sont ajoutés pour traiter certains types de fluides. Par ailleurs, le procédé de traitement selon la présente invention peut être réalisé sans mélangeur, mais on peut également prévoir un mode de réalisation dans lequel le réacteur de traitement contient un agitateur mécanique.
Le fluide clair décanté est recueilli par surverse en partie supérieure du réacteur à l'aide d'un dispositif de récupération (5), tel qu'un jeu de goulottes crénelées.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, au moins une partie du charbon actif est renouvelée périodiquement par injection du charbon actif neuf dans le réacteur, et par extraction d'une quantité correspondante de charbon actif expansé. L'injection et l'extraction de charbon actif se font typiquement à l'aide de pompes doseuses et de conduits. La fréquence de renouvellement varie en fonction de la nature du fluide à traiter, du charbon sélectionné et du niveau de dépollution recherché. Du charbon actif régénéré peut également être injecté au sein du réacteur, avantageusement en complément du charbon actif neuf.
L'injection de charbon actif neuf ou régénéré est avantageusement effectuée en partie inférieure du lit de charbon actif, où se trouve une forte teneur en charbon actif, au-dessus de la zone aménagée (3) contenant avantageusement un lit bloquant. L'extraction de charbon actif expansé et usagé est réalisée à hauteur fixe ou variable, de préférence à des niveaux de soutirage placés au dessus du sommet du lit de charbon à l'arrêt de production (figure 1) et avantageusement en zone dense de charbon.
Dans un mode de réalisation particulier selon la présente invention, le renouvellement en charbon actif du réacteur est réalisé en cycle de production par extraction gravitaire du charbon usagé en partie basse du réacteur de traitement, et par injection de quantité équivalente de charbon neuf en partie supérieure du lit de charbon, par exemple par pompe doseuse ou hydroéjecteur.
L'injection de charbon actif neuf complémentée ou non de charbon recyclé dans le réacteur permet le renouvellement continu de la suspension de charbon du réacteur. Le temps imparti à ce renouvellement peut être assimilé à un âge de la suspension. Il correspond au temps de séjour moyen des particules de charbon actif à l'intérieur de la zone réactionnelle constituée par le lit mobile. Il est adaptable à la nature du fluide à traiter et des objectifs de dépollution recherchés. Ce mode de renouvellement permet ainsi d'assurer des performances épuratoires constantes dans le temps, en évitant les risques de fuites prématurées ou de relargage de micropolluants indésirables.
Avantageusement selon la présente invention, au moins une partie du charbon actif expansé extrait du réacteur peut être conditionnée dans au moins une cuve de stockage, avantageusement à des fins de recyclage après régénération partielle et/ou lavage. Une fraction du volume du lit de charbon peut ainsi être extraite périodiquement du réacteur pour être stockée sous agitation lente dans une cuve de stockage, sur une durée adaptée au type de fluide à traiter. Le conditionnement a alors avantageusement pour fonction de réduire les consommations de charbon neuf, en permettant le recouvrement d'une partie des sites d'adsorption de surface du matériau adsorbant. Typiquement, un stockage de quelques heures du charbon actif expansé et usagé permet aux micropolluants organiques adsorbés à la surface des grains de migrer vers le c u̇r des grains.Il en résulte alors une régénération partielle du charbon actif par libération des sites d'adsorption de surface du charbon actif qui seront accessibles aux micropolluants à éliminer lorsque ce charbon sera recyclé dans le réacteur.
Le lavage du matériau adsorbant est avantageusement mis en u̇vre dans le cadre de la présente invention, lorsque le type de charbon actif utilisé est susceptible de se charger en matières en suspension d'origine minérale ou organique, avant de recycler le matériau dans le réacteur de traitement. Le lavage du charbon actif extrait est alors de préférence réalisé par séparation physique ou hydraulique. Ensuite, le charbon épuré, débarrassé d'une fraction importante d'impuretés, est alors recyclé sur l'ouvrage de contact/séparation, avec ou sans passage dans une cuve de stockage. Le recyclage est de préférence réalisé dans le réacteur de traitement par le circuit d'injection de charbon actif, avec ou sans apport de charbon neuf ou régénéré pour compenser les pertes.
Avantageusement selon la présente invention, la séparation des MES du charbon peut être réalisée suivant un autre mode de réalisation. Le lavage du charbon actif peut ainsi être effectué à l'intérieur de l'ouvrage de traitement, notamment par insufflation d'air et d'eau de lavage à la base du réacteur, après isolement de l'ouvrage, comme cela est en général pratiqué sur les filtres à charbon actif en grain. On utilise avantageusement le circuit d'alimentation d'eau à traiter pour l'introduction d'eau de lavage à la base du réacteur. L'air de lavage est injecté avec son propre dispositif de rampe et de ramifications, ou par le circuit d'alimentation d'eau. Les boues sont quant à elles évacuées en surverse d'ouvrage et dirigées sur la filière boues.
Avantageusement selon la présente invention, le réacteur de traitement (1) est dimensionné en hauteur et en section de manière à obtenir une expansion du charbon actif comprise entre 20 et 300 %, avantageusement comprise entre 50 et 250 %, lorsque la vitesse ascensionnelle de l'eau est comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le fluide à dépolluer contient des polluants minéraux métalliques ou non métalliques en plus des micropolluants organiques, et lesdits polluants sont traités dans le réacteur de traitement à flux ascendant selon la présente invention par adsorption ou fixation sur au moins une couche d'un matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif, la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant ou filtrant étant située(s) au-dessus et/ou en dessous de la couche de charbon actif, et la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant et/ou filtrant se présentant à l'état expansé et directement en contact de ladite couche de charbon actif expansé.
En régime de fonctionnement du réacteur de traitement selon l'invention, la densité réelle de chaque matériau granulaire adsorbant ou filtrant, ainsi que sa granulométrie, sont choisies de manière à obtenir une expansion de chacun des matériaux avec une très bonne séparation des couches, autorisant par la suite l'exploitation séparée de chaque matériau granulaire pour les besoins de renouvellement en matériau neuf ou régénéré.
A titre d'exemple, sont regroupés dans le tableau 1 suivant les taux d'expansion respectifs de différents matériaux au sein d'un réacteur tri-couches contenant une couche d'alumine activée surmontée d'une couche de charbon actif qui est elle-même surmontée d'une couche de résine échangeuse d'ions. Le taux d'expansion est exprimé en % à une température d'essai de 9[deg]C.
Tableau 1 :
(TE = Taille Effective, CU = Coefficient d'Uniformité, CA = Charbon actif) Les volumes de matériaux granulaires adsorbants ou filtrants sont de préférence définis à partir des temps de contact requis sur le plan cinétique dans l'élimination des polluants identifiés. Les charges volumiques applicables (masse de produit par unité de volume et par unité de temps) sont comparables à celles classiquement utilisées sur les réacteurs à lit fixe. La hauteur utile d'ouvrage est quant à elle de préférence calculée en fonction des hauteurs d'expansion des matériaux suivant la vitesse ascensionnelle au sein du réacteur et de la température.
Avantageusement selon la présente invention, au moins une partie de matériau granulaire adsorbant est renouvelée périodiquement, par injection de matériau granulaire adsorbant neuf dans le réacteur, et par extraction d'une quantité correspondante de matériau granulaire adsorbant expansé.
Les matériaux granulaires filtrants peuvent être régénérés en dehors du réacteur de traitement dans une unité de régénération spécifique. On utilise une régénération de ce type notamment pour les résines échangeuses d'ions qui sont particulièrement efficaces pour traiter les polluants tels que les nitrates. Or, la dénitratation sur résine échangeuse d'ions se décompose en cycles successifs d'épuisement et de régénération. Alors que dans les systèmes conventionnels à lit fixe, la régénération de résine est réalisée à même le filtre à co-courant ou à contre-courant, la résine est extraite du réacteur de traitement pour les besoins de régénération dans le cadre de la présente invention.Les opérations de transfert de résine sont réalisées avantageusement à l'arrêt de l'installation, par exemple par extraction gravitaire de la résine sur l'unité de régénération, puis réintroduction du matériau régénéré dans le réacteur de traitement par hydroéjecteur. La régénération de la résine est de préférence réalisée à l'aide de saumures concentrées de chlorure de sodium et/ou de bicarbonate de sodium.
Selon un exemple de réalisation de la présente invention, on utilise un réacteur de traitement fluidisé bi-couches contenant une couche de charbon actif surmontée d'une couche de résine échangeuse d'ions pour épurer un fluide contenant des polluants du type solvants chlorés (trichloroéthylène + tétrachloroéthylène), ainsi que des nitrates. Le fluide décanté et dépollué que l'on récupère en partie supérieure du réacteur est ensuite directement traité par une filtration du type filtration sur sable ou filtration sur système membranaire.
La figure 3 représente un cycle d'épuisement de la résine échangeuse d'ions utilisée dans un tel dispositif avec pour régénérant le chlorure de sodium. BV est le volume spécifique (volume de fluide traité sur volume de résine). L'affluent présente une concentration en nitrates de 78 mg/1, une concentration en sulfates de 27 mg/1, et une concentration en chlorures de 103 mg/1. Le débit volumique est d'environ 20 V/V.h, la vitesse ascensionnelle au sein du réacteur est de 10 m /m .h, et le niveau de régénération est de 2 éq/litre. La courbe montre ainsi l'épuisement de la résine que l'on doit régénérer au bout d'un certain temps à l'aide de chlorure de sodium à 2 éq/litre de résine.
Les exemples suivants sont donnés à titre non limitatif et illustrent la présente invention.
Exemples de réalisation de l'invention :
Exemple 1 :
Une installation selon la présente invention, comprenant un réacteur de traitement (1) contenant à son extrémité inférieure une zone aménagée (3) contenant un lit de graviers surmonté d'un lit de sable, dont la hauteur de garnissage (gravier + sable) est de 0,2 m. Au dessus de la zone aménagée (3), se trouve un lit de charbon actif (4) d'une hauteur de 0,7 m au repos (Figure 1). Le charbon actif introduit a une granulométrie de 0,4 à 0,8 mm. La concentration en charbon actif introduite est d'environ 380 g/1, lorsque le réacteur est à l'arrêt. Le réacteur de traitement (1) contient également des moyens d'injection (2) d'eau à traiter dans la zone aménagée (3), des moyens d'injection (6) et d'extraction (7) du charbon actif, ainsi qu'un dispositif de récupération (5) de l'eau claire décantée en partie supérieure du réacteur.
Une telle installation est utilisée pour épurer de l'eau souterraine à une température comprise entre 14 et 16 [deg]C. L'eau est injectée à la base du réacteur de traitement (1) avec une vitesse ascensionnelle d'environ 10m /m .h. Le taux d'expansion résultant est voisin de 70% (Figure 2).
L'eau claire décantée, située en partie supérieure du réacteur au-dessus du lit de charbon actif (4), est récupérée par surverse avec une turbidité résiduelle inférieure à 1 NFU et une teneur en MES inférieure ou égale à 2 mg/1.
Une installation selon la présente invention, comprenant un réacteur de traitement (1) contenant à son extrémité inférieure une zone aménagée (3) contenant un lit de graviers surmonté d'un lit de sable, dont la hauteur de garnissage (gravier + sable) est de 0,2 m. Au dessus de la zone aménagée (3), se trouve un lit de charbon actif (4) d'une hauteur de 0,7 m au repos (Figure 1). Le charbon actif introduit a une granulométrie de 0,4 à 0,8 mm. La concentration en charbon actif introduite est d'environ 380 g/1, lorsque le réacteur est à l'arrêt. Le réacteur de traitement (1) contient également des moyens d'injection (2) d'eau à traiter dans la zone aménagée (3), des moyens d'injection (6) et d'extraction (7) du charbon actif, ainsi qu'un dispositif de récupération (5) de l'eau claire décantée en partie supérieure du réacteur.
Une telle installation est utilisée pour épurer de l'eau souterraine à une température comprise entre 14 et 16 [deg]C. L'eau est injectée à la base du réacteur de traitement (1) avec une vitesse ascensionnelle d'environ 10m /m .h. Le taux d'expansion résultant est voisin de 70% (Figure 2).
L'eau claire décantée, située en partie supérieure du réacteur au-dessus du lit de charbon actif (4), est récupérée par surverse avec une turbidité résiduelle inférieure à 1 NFU et une teneur en MES inférieure ou égale à 2 mg/1.
Exemple 2 :
Une installation selon la présente invention, comprenant un réacteur de traitement (1) contenant à son extrémité inférieure une zone aménagée (3) contenant un lit de graviers surmonté d'un lit de sable, dont la hauteur de garnissage est de 0,2 m. Au dessus de la zone aménagée (3), se trouve un lit de charbon actif (4) d'une hauteur de 0,7 m au repos. Le charbon actif introduit a une granulométrie de 0,1 à 0,4 mm. La concentration en charbon actif introduite est d'environ 380 g/1, lorsque le réacteur est à l'arrêt.
Une telle installation est utilisée pour épurer de l'eau souterraine à une température comprise entre 14 et 16 [deg]C. L'eau est injectée à la base du réacteur de traitement (1) avec une vitesse ascensionnelle d'environ 10 m /m .h. Le taux d'expansion résultant est voisin de 200%.
L'eau claire décantée, située en partie supérieure du réacteur au-dessus du lit de charbon actif (4), est récupérée par surverse avec une turbidité résiduelle inférieure à 1 NFU et une teneur en MES inférieure ou égale à 2 mg/1.
Une installation selon la présente invention, comprenant un réacteur de traitement (1) contenant à son extrémité inférieure une zone aménagée (3) contenant un lit de graviers surmonté d'un lit de sable, dont la hauteur de garnissage est de 0,2 m. Au dessus de la zone aménagée (3), se trouve un lit de charbon actif (4) d'une hauteur de 0,7 m au repos. Le charbon actif introduit a une granulométrie de 0,1 à 0,4 mm. La concentration en charbon actif introduite est d'environ 380 g/1, lorsque le réacteur est à l'arrêt.
Une telle installation est utilisée pour épurer de l'eau souterraine à une température comprise entre 14 et 16 [deg]C. L'eau est injectée à la base du réacteur de traitement (1) avec une vitesse ascensionnelle d'environ 10 m /m .h. Le taux d'expansion résultant est voisin de 200%.
L'eau claire décantée, située en partie supérieure du réacteur au-dessus du lit de charbon actif (4), est récupérée par surverse avec une turbidité résiduelle inférieure à 1 NFU et une teneur en MES inférieure ou égale à 2 mg/1.
REVENDICATIONS
1. Procédé de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques par adsorption sur charbon actif dans un réacteur de traitement à flux ascendant, comprenant l'injection du fluide à traiter en partie inférieure du réacteur contenant un lit de charbon actif de manière à créer une expansion dudit charbon en assurant parallèlement une séparation gravitaire entre les particules de charbon actif et le fluide, et la récupération par surverse du fluide décanté et dépollué situé en partie supérieure du réacteur surmontant le lit de charbon actif, caractérisé en ce que la concentration moyenne en charbon actif est comprise entre 100 et 300 g/1 sur la hauteur du lit expansé, et la concentration moyenne en charbon actif est inférieure à 2 mg/1 en partie supérieure de la zone de fluide décanté.
1. Procédé de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques par adsorption sur charbon actif dans un réacteur de traitement à flux ascendant, comprenant l'injection du fluide à traiter en partie inférieure du réacteur contenant un lit de charbon actif de manière à créer une expansion dudit charbon en assurant parallèlement une séparation gravitaire entre les particules de charbon actif et le fluide, et la récupération par surverse du fluide décanté et dépollué situé en partie supérieure du réacteur surmontant le lit de charbon actif, caractérisé en ce que la concentration moyenne en charbon actif est comprise entre 100 et 300 g/1 sur la hauteur du lit expansé, et la concentration moyenne en charbon actif est inférieure à 2 mg/1 en partie supérieure de la zone de fluide décanté.
Claims (12)
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide à traiter est de l'eau, avantageusement de l'eau à potabiliser, en particulier de l'eau souterraine ou de l'eau de surface, telle que l'eau de rivière, l'eau de barrage, ou l'eau de nappe alluviale, ou de l'eau d'origine industrielle.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il ne nécessite l'ajout d'aucun autre additif de traitement à effet lestant de type coagulant et/ou floculant.
- 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la granulométrie du charbon actif et la vitesse ascensionnelle du fluide sont choisies de manière à obtenir une suspension dense de charbon actif expansé sous forme de lit mobile, surmontée d'une hauteur de fluide clair décanté.5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la granulométrie du charbon actif est comprise entre 100 et 800 Microm, avantageusement entre 200 et 600 Microm, et la vitesse ascensionnelle du fluide est comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h.
- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de contact du fluide avec le charbon actif est défini en fonction de la vitesse ascensionnelle du fluide et de la hauteur du lit de charbon expansé.
- 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le temps de contact est compris entre 5 et 60 min, avantageusement entre 8 et 15 min.8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie du charbon actif est renouvelée périodiquement, par injection du charbon actif neuf dans le réacteur, avantageusement en partie inférieure du lit de charbon, et par extraction d'une quantité correspondante de charbon actif expansé.
- 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie du charbon actif expansé extrait du réacteur est conditionnée dans au moins une cuve de stockage, avantageusement à des fins de recyclage après régénération partielle et/ou lavage.
- 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit fluide décanté et dépollué est ensuite directement traité par filtration, avantageusement par filtration granulaire ou membranaire.11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide à traiter contient en outre des polluants inorganiques et en ce que lesdits polluants sont traités dans ledit réacteur de traitement à flux ascendant par adsorption ou fixation sur au moins une couche d'un matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif, la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant ou filtrant étant située(s) au-dessus et/ou en dessous de la couche de charbon actif, et la ou lesdites couche(s) de matériau granulaire adsorbant et/ou filtrant se présentant à l'état expansé et directement en contact de ladite couche de charbon actif expansé.12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit matériau granulaire adsorbant est choisi dans le groupe constitué par l'alumine activée, les hydroxydes de fer, et le dioxyde de manganèse, et/ou ledit matériau granulaire filtrant est choisi parmi les résines échangeuses d'ions.
- 13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que au moins une couche de matériau granulaire adsorbant du type alumine activée est située en dessous de la couche de charbon actif et/ou au moins une couche de matériau granulaire filtrant du type résine échangeuse d'ions est située au-dessus de ladite couche de charbon actif.14. Installation de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques comprenant au moins un réacteur de traitement (1) contenant : une zone aménagée (3) en partie inférieure du réacteur,- des moyens d'injection (2) du fluide à traiter situés dans ladite zone aménagée (3), un lit expansé de charbon actif (4) surmontant ladite zone aménagée (3),- un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur, des moyens d'injection (6) de charbon actif neuf ou régénéré, et- des moyens d'extraction (7) de charbon actif expansé, et éventuellement au moins une cuve de stockage du charbon actif, caractérisée en ce que la concentration moyenne en charbon actif est comprise entre100 et 300 g/1 sur la hauteur du lit expansé, et la concentration moyenne en charbon actif est inférieure à 2 mg/1 en partie supérieure de la zone de fluide décanté.
- 15. Installation selon la revendication 14, caractérisée en que la zone aménagée(3) contient un lit bloquant, tel qu'un lit de graviers surmonté d'un lit de sable.
- 16. Installation selon la revendication 14 ou 15, caractérisée en ce que le réacteur de traitement (1) et les moyens d'injection (2) du fluide sont agencés de manière à obtenir une vitesse ascensionnelle du fluide comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h, lorsque la granulométrie du charbon actif est comprise entre 100 et 800 Microm, avantageusement entre 200 et 600 Microm.17. Installation selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisée en ce que le réacteur de traitement (1) est dimensionné en hauteur et en section de manière à obtenir une expansion du charbon actif comprise entre 20 et 300 %, avantageusement comprise entre 50 et 250 %, lorsque la vitesse ascensionnelle du fluide est comprise entre 2 et 20 m /m .h, avantageusement entre 8 et 15 m /m .h.
- 18. Installation selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisée en ce qu'elle contient en outre, en aval du réacteur de traitement (1), au moins un dispositif de filtration, tel qu'un dispositif de filtration granulaire ou membranaire.19. Installation de dépollution de fluide contenant des micropolluants organiques ainsi que des polluants inorganiques comprenant au moins un réacteur de traitement (1) contenant :- une zone aménagée (3) en partie inférieure du réacteur,- des moyens d'injection (2) du fluide à traiter situés dans ladite zone aménagée (3), un lit multi-couches surmontant ladite zone aménagée (3), ledit lit multi-couches comprenant une couche de charbon actif et au moins une couche de matériau granulaire adsorbant ou filtrant autre que le charbon actif au-dessus et/ou en dessous de ladite couche de charbon actif, et- un dispositif de récupération (5) du fluide clair décanté en partie supérieure du réacteur.20. Installation selon la revendication 19, caractérisée en ce que ledit matériau granulaire adsorbant est choisi dans le groupe constitué par l'alumine activée, les hydroxydes de fer, et le dioxyde de manganèse, et/ou ledit matériau granulaire filtrant est choisi parmi les résines échangeuses d'ions.
- 21. Installation selon la revendication 19 ou 20, caractérisée en ce que ledit lit multi-couches contient une couche de matériau granulaire adsorbant du type alumine activée en dessous de ladite couche de charbon actif et une couche de matériau granulaire filtrant du type résine échangeuse d'ions au-dessus de ladite couche de charbon actif.22. Installation selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisée en ce qu'elle contient en outre des moyens d'injection (6) de charbon actif neuf ou régénéré, des moyens d'extraction (7) de charbon actif expansé, et éventuellement au moins une cuve de stockage du charbon actif.
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