FR3122104A1 - Methode de determination de la capacite restante d’un adsorbant et procede de traitement d’un fluide utilisant ladite methode - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une méthode de détermination de la capacité restante d’un média adsorbant dans une unité de traitement d’un fluide, ledit traitement comprenant le passage d’un fluide au travers un média adsorbant, ladite méthode comprenant au moins les étapes suivantes : a) mesure de la teneur en carbone organique dissous du fluide et détermination du temps de contact sur lit vide sur le média adsorbant, b) détermination d’au moins un polluant cible, c) détermination des courbes de percées d’au moins deux polluants de référence, lesdites courbes de percées étant déterminées pour la teneur en carbone organique dissous et le temps de contact sur lit vide mesurés à l’étape a), d) ajustement des courbes de percée déterminées à l’étape c) à partir des conditions de fonctionnement réel de l’unité de traitement, e) détermination de la capacité restante du média adsorbant à partir des courbes de percée ajustées à l’issue de l’étape d) pour le ou les polluant(s) cible(s). Figure pour l’abrégé : Néant
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention concerne le domaine des filières de traitement de fluide, en particulier d’eau, mettant en œuvre une étape d’adsorption sur un média adsorbant. Plus particulièrement, l’invention concerne la gestion et l’optimisation de cette étape de traitement en proposant une méthode permettant de déterminer la capacité restante d’un média adsorbant et un procédé de traitement d’un fluide par adsorption sur un média adsorbant mettant en œuvre la méthode de détermination de la capacité restante du média adsorbant.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Pour le traitement de fluide, et en particulier pour la production d’eau potable ou le traitement d’effluents, il peut être proposé un abattement des contaminants organiques contenus dans une eau brute ou un effluent à l’aide d’une étape d’adsorption de cette matière sur un média adsorbant.
En effet, la charge croissante de contaminants organiques (matière organique naturelle et micropolluants d’origine anthropique ou naturelle) observée dans les ressources conduit les producteurs d’eau potable et traiteurs d’effluents à réhabiliter leurs filières de traitement, devenues non adaptées aux objectifs de qualité. Cette charge croissante de contaminant organiques s’impose aussi au producteur d’eau potable à la conception d’une nouvelle installation de traitement. Enfin les traiteurs d’effluents, qu’il s’agisse d’effluents d’origine industrielle ou tertiaire avant rejet en milieu naturels ou d’effluents à potabiliser (eaux usées) de manière directe ou indirecte (réutilisation d’eaux usées), peuvent aussi tirer profit de traitement prenant en compte une plus forte présence de contaminants organiques. La prise en compte de cette pollution importante par les contaminants organiques peut notamment passer par l’ajout, dès la conception ou en réhabilitation, d’une filière d’affinage, notamment à l’aide de charbon actif, tel qu’en particulier une filtration et/ou une adsorption par un lit de charbon actif en grains (CAG).
Dans ce domaine du traitement de l’eau, la prise en compte de l’émergence de micropolluants organiques d’origine synthétique reste encore à améliorer, notamment lorsqu’ils sont présents en faible quantité.
En particulier certains de ces polluants émergents sont peu adsorbables, que ce soient des polluants sous forme de molécules de petite taille, de molécules polaires, ou de molécules hydrophiles. Il s’agit notamment des métabolites de pesticides qui peuvent ainsi se retrouver en aval de l’étape d’adsorption, telle qu’une étape d’adsorption avec du charbon actif en grains. Le niveau de ces polluants émergents à l’issue de la filière de traitement peut alors dépasser les seuils réglementaires si ces polluants sont spécifiquement réglementés ou en tout état de cause présenter un risque à anticiper pour les polluants émergents non encore réglementés.
De fait, les adsorbants, tel que le charbon actif, voient leur capacité d’adsorption diminuer au fur et à mesure de leur utilisation pour adsorber des polluants.
Les industriels mettant en œuvre ce type d’installation de traitement cherchent à déterminer la capacité d’adsorption du média adsorbant afin de pouvoir optimiser les opérations de renouvellement ou régénération.
Des essais pilote semi-industriels peuvent être mis en place pour déterminer la capacité d’adsorption d’un média. Néanmoins, ces essais pilote semi-industriels sont très longs et couteux et doivent être effectués sur chaque unité de traitement (un média adsorbant, une qualité de fluide, un temps de contact). La méthode de l’invention permet de s’affranchir de ces essais pilote semi-industriels.
N. Ye et al, Model development and validation. Water Research, 2018, vol 148, pp 30-40 (Upscaling fixed bed adsorption behaviors towards emerging micropollutants in treated natural waters with aging activated carbon) ont développé une méthode dans laquelle les essais d’adsorption de micropolluants en laboratoire sont effectués avec du CAG (charbon actif en grains) âgé pour intégrer l’effet du colmatage et de compétition lié à la matière organique. Néanmoins, cette méthode n’est pas transposable à d’autres sites que le site dédié de l’étude.
Le document EP 3 153 475 A1 décrit l’application d’une dose de charbon (micro-grains) selon l’abattement d’absorbance UV suivi en ligne associée au préalable à un abattement de micropolluant souhaité, établi pour le charbon actif, l’eau et le/les micropolluants. Le procédé décrit dans ce document ne tient pas compte de l’accumulation de micropolluants dans le média adsorbant au cours du temps.
Il existe donc un besoin pour proposer une méthode de détermination de la capacité restante d’un média absorbant dans une unité de traitement d’un fluide, qui soit rapide/simple à mettre en œuvre, qui puisse s’adapter facilement en cas de changement de conditions, qui soit fiable, et qui tienne compte de l’unité de traitement considérée.
L’invention concerne une méthode de détermination de la capacité restante d’un média adsorbant dans une unité de traitement d’un fluide, ledit traitement comprenant le passage d’un fluide au travers un média adsorbant, ladite méthode comprenant au moins les étapes suivantes :
a) mesure de la teneur en carbone organique dissous du fluide et détermination du temps de contact sur lit vide sur le média adsorbant,
b) détermination d’au moins un polluant cible,
c) détermination des courbes de percées d’au moins deux polluants de référence, lesdites courbes de percées étant déterminées pour la teneur en carbone organique dissous et le temps de contact sur lit vide mesurés à l’étape a),
d) ajustement des courbes de percée déterminées à l’étape c) à partir des conditions de fonctionnement réel de l’unité de traitement,
e) détermination de la capacité restante du média adsorbant à partir des courbes de percée ajustées à l’issue de l’étape d) pour le ou les polluant(s) cible(s).
Selon un mode de réalisation, l’étape d’ajustement est mise en œuvre avec une étape choisie parmi : mise en œuvre d’une technique empirique, mise en œuvre d’un test d’adsorbeur à lit court, mise en œuvre d’un test d’adsorbeur à lit moyen, mise en œuvre d’un essai pilote réel.
Selon un mode de réalisation, l’étape d’ajustement est mise en œuvre en utilisant un test d’adsorbeur à lit court incluant une étape de prélèvement d’au moins une partie du média adsorbant de l’unité de traitement.
Selon un mode de réalisation, la méthode de l’invention est mise en œuvre de façon périodique, étant entendu que l’étape d’ajustement peut éventuellement être mise en œuvre avec des techniques différentes pour chaque mise en œuvre.
Selon un mode de réalisation, la méthode de l’invention comprend en outre, en amont de l’étape c), une étape de préparation d’au moins une courbe de percée pour lesdits au moins deux polluants de référence, et ce pour au moins deux teneurs en carbone organique dissous et deux valeurs de temps de contact sur lit vide.
Selon un mode de réalisation, l’étape de préparation d’au moins une courbe de percée pour au moins deux polluants de référence est mise en œuvre par au moins une technique choisie parmi un test de percée en pilote, ou par mini-colonne (RSSCT) ou parmi une modélisation en lit fixe issu d’essai d’adsorption type isotherme et cinétique.
Selon un mode de réalisation, si le polluant cible de l’étape b) n’est pas présent dans les courbes de percées déterminées à l’étape c), alors la méthode comprend en outre une étape de comparaison dudit polluant cible avec lesdits polluants de référence des courbes de percées. De préférence, l’étape de comparaison comprend au moins une étape d’analyse chromatographique du fluide à traiter, ledit fluide étant éventuellement préalablement concentré, afin de déterminer les temps d’élution du polluant cible et desdits au moins deux polluants de référence des courbes de percées.
Selon un mode de réalisation, la méthode comprend en outre une étape de détermination de la courbe de percée du polluant cible à partir de sa comparaison avec les courbes de percées des polluants de référence.
Selon un mode de réalisation, l’étape de mesure de la teneur en carbone organique dissous du fluide à traiter est mise en œuvre à l’aide d’une unité de mesure de l’unité de traitement, ladite unité de mesure étant de préférence choisie parmi un spectromètre UV, une unité de chromatographie, une spectrométrie de masse et un spectroscope de fluorescence.
L’invention a également pour objet un procédé de traitement d’un fluide dans une unité de traitement comprenant au moins un média adsorbant, ledit procédé de traitement comprenant :
i. le passage du fluide à travers au moins un média adsorbant,
ii. la mise en œuvre de la méthode de détermination de la capacité restante dudit média adsorbant selon l’invention permettant de déterminer la capacité restante du média adsorbant,
iii. la détermination de la durée avant le prochain renouvellement ou régénération d’au moins une partie du média adsorbant et/ou la détermination de la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer en fonction de la capacité restante du média déterminée à l’étape ii,
iv. le renouvellement ou la régénération d’au moins une partie du média adsorbant selon la durée et/ou la quantité de média adsorbant déterminée(s) à l’étape iii.
Selon un mode de réalisation du procédé de traitement selon l’invention :
- le média adsorbant est choisi parmi le charbon actif en grains, la résine échangeuse d'anions, les biomatériaux, les polymères à empreinte moléculaire et les matériaux minéraux, de préférence le média adsorbant est un charbon actif en grains, et/ou
- le fluide à traiter est choisi parmi l’eau, un effluent urbain, un effluent industriel, de préférence, le fluide à traiter est de l’eau.
L’invention a également pour objet une unité de traitement d’un fluide pour la mise en œuvre du procédé de traitement selon l’invention, ladite unité de traitement comprenant :
- au moins un réacteur d’adsorption de polluants contenus dans le fluide à traiter, le réacteur comprenant en son sein un média adsorbant,
- une unité de mesure de la teneur en carbone organique dissous,
- une unité de contrôle permettant de déterminer la durée avant le prochain renouvellement ou régénération d’au moins une partie du média adsorbant et/ou de déterminer la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer,
- des moyens de commande permettant d’actionner le renouvellement et/ou la régénération d’au moins une partie du média adsorbant.
Selon un mode de réalisation, l’unité de traitement selon l’invention comprend en outre une unité de mesure de l’abattement réel en polluants du média adsorbant, de préférence une unité de mesure en lit court comprenant de préférence des lits de volume inférieur ou égal à 100mL.
Selon un mode de réalisation de l’unité de traitement selon l’invention, le média adsorbant est choisi parmi le charbon actif en grains, la résine échangeuse d'anions, les biomatériaux, les polymères à empreinte moléculaire et les matériaux minéraux, de préférence le média adsorbant est un charbon actif en grains.
L’invention permet de déterminer la capacité restante d’un média adsorbant, tel que du charbon actif, dans une unité de traitement d’un fluide, par une méthode simple, rapide, transposable à différentes unités de traitement et fiable.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
L’invention concerne une méthode de détermination de la capacité restante d’un média adsorbant mise en œuvre dans une unité de traitement d’un fluide, ledit traitement comprenant le passage d’un fluide au travers un média adsorbant, ladite méthode comprenant au moins les étapes suivantes :
a) mesure de la teneur en carbone organique dissous du fluide et détermination du temps de contact sur lit vide sur le média adsorbant,
b) détermination d’au moins un polluant cible,
c) détermination des courbes de percées d’au moins deux polluants (dits « polluants de référence »), lesdites courbes de percées étant déterminées pour la teneur en carbone organique dissous et le temps de contact sur lit vide mesurés à l’étape a),
d) ajustement des courbes de percée déterminées à l’étape c) à partir des conditions de fonctionnement réel de l’unité de traitement,
e) détermination de la capacité restante du média adsorbant à partir des courbes de percée ajustées à l’issue de l’étape d) pour le au moins un polluant déterminé à l’étape b).
Fluide à traiter
Le fluide à traiter dans le cadre de l’invention peut être de l’eau, en particulier une eau à potabiliser, mais aussi un effluent urbain ou industriel (notamment les lixiviats, qui sont les effluents liquides de stockage de déchets), avant rejet en milieu naturel ou encore d’effluents à potabiliser (tel que les eaux usées qui sont des effluents urbains) de manière directe ou indirecte (réutilisation d’eaux usées).
De préférence, le fluide à traiter est un liquide, tel que l’eau. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le procédé de l’invention est un procédé de traitement d’eau potable.
L’eau à traiter peut être qualifiée d’eau brute, et peut par exemple être prélevée dans un cours d’eau, on parlera alors d’eau de surface, ou être prélevée à l’aide d’un forage, on parlera alors d’eau souterraine. L’eau à traiter peut également être un effluent d’origine urbaine (tel que les eaux usées autrement appelée eaux résiduaires urbaines) ou industrielle.
Dans le cadre de la présente invention, le terme « polluant » désigne aussi bien la matière organique que les micropolluants. Un micropolluant peut être défini comme une substance indésirable détectable dans l’environnement à très faible concentration (microgramme par litre voire nanogramme par litre). La présence de micropolluants dans l’eau est, au moins en partie, due à l’activité humaine (procédés industriels, pratiques agricoles ou résidus médicamenteux et cosmétiques). Le micropolluant se caractérise comme pouvant, à ces très faibles concentrations, engendrer des effets sur les organismes vivants en raison de sa toxicité, de sa persistance et de sa bioaccumulation, ou en raison de nuisances organoleptiques (goût ou odeur, notamment pertinent lorsqu’il s’agit de traiter de l’eau à potabiliser). Les micropolluants sont très nombreux (plus de 110 000 molécules sont recensées par la réglementation européenne) et variés. La variété des polluants permet de les classer selon leur origine, leur nature, ou encore selon leurs propriétés chimiques très différentes. Ainsi les micropolluants peuvent avoir une origine naturelle (tels que les composés issus de dégradation des sols, dont la géosmine ou le methylisobornéol ou MIB, ou les résidus bactérien), végétale (tels que les métabolites d’algues dont les microcystines), animale, ou humaine. Les micropolluants peuvent être classés selon leur nature, tel que par exemple les composés organiques polaires, abrégés en POC (de l’expression anglaisepolar organic compounds) ou les composés organométalliques, abrégés en MOC (de l’expression anglaisemetal organic compounds). Les micropolluants peuvent avoir des propriétés chimiques très différentes, tel que les détergents, les métaux, les hydrocarbures, les pesticides, les cosmétiques ou encore les médicaments. Le procédé de traitement de fluide proposé s’applique donc en particulier aux composés de types pesticides et aux métabolites associés. Ce procédé s’applique aussi particulièrement aux solvants. Ce procédé s’applique encore particulièrement aux résidus pharmaceutiques ou aux résidus d’activité industrielle. L’ensemble de ces catégories de polluants ou micropolluants sont ainsi spécifiquement concernés par la présente invention.
L’unité de traitement mise en œuvre dans le cadre de l’invention comprend au moins une étape d’adsorption de polluants contenus dans le fluide à traiter. Cette étape d’adsorption est réalisée à l’aide d’un adsorbant (ou média adsorbant).
Média adsorbant
L’invention peut être mise en œuvre sur différents types de médias adsorbants capables d’éliminer différents types de polluants.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le média adsorbant est choisi parmi le charbon actif en grains (CAG), la résine échangeuse d'anions, les biomatériaux, les polymères à empreinte moléculaire (MIP) et les matériaux minéraux.
Certains adsorbants tels que les argiles modifiées et les polymères de cyclodextrine ont également montré leur efficacité pour certains micropolluants spécifiques tels que les composés perfluorés (PFAs).
Selon un mode de réalisation particulier, le média adsorbant est du charbon actif. Le charbon actif est un matériau constitué essentiellement de matière carbonée à structure poreuse. Il peut être produit de manière connue par pyrolyse de précurseurs d'origine naturelle (bois, écorces, coques de noix de coco, charbon, tourbe, coton, matières organiques d'origines diverses, etc.) ou d'origine synthétique (polyacrylonitrile (PAN), fibres aramides, etc.) contenant déjà une proportion significative de carbone, cette étape de pyrolyse étant suivie d'une étape d'activation chimique ou physique.
Le charbon actif est généralement efficace pour éliminer les PFAS à longue chaîne par interaction hydrophobe.
Des biomatériaux peuvent également être mis en œuvre dans le cadre de l’invention, parmi lesquels le biochar. Le biochar est une composition comprenant un biochar de biomasse pyrolysé, un biochar de biomasse produit par carbonisation hydrothermique, ou une combinaison de ceux-ci. La biomasse peut être choisie parmi les déchets de cultures agricoles, les déchets forestiers, les algues, les déchets animaux ou humains, les déchets industriels, les déchets municipaux, les déchets de digesteurs anaérobies, les matières végétales cultivées pour la production de biomasse, ou une combinaison de ceux-ci. À titre d'exemple, les biochars fabriqués à partir de bois de feuillus et de pins peuvent être envisagés. Le biochar issu de balles de riz peut également être envisagé, sous forme de poudre/granulaire ou sous forme de fibres comme dans le document US2019270041A1.
Le biochar peut être un solide en poudre ou des granulés. Le biochar peut également comprendre une poudre ou un granule de sel métallique. Le sel métallique peut comprendre du fer, de l'aluminium, du calcium, du magnésium, du manganèse, du zinc, du cuivre ou une combinaison de ceux-ci, et dans certains exemples, le sel métallique comprend des cations ferreux ou ferriques, des anions ferrates, ou une combinaison de ceux-ci. Dans des modes de réalisation particuliers, le sel métallique comprend du chlorure ferrique.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la méthode de détermination de l’invention est mise en œuvre pour déterminer la capacité restante d’un média adsorbant choisi parmi le charbon actif en grains (CAG), autres média adsorbant précité (argiles, polymère, biochar…) La méthode de l’invention peut être mise en œuvre avec différents types de CAG.
Par exemple, le charbon actif en grains (CAG) pouvant entrer dans le cadre de l’invention présentera typiquement une granulométrie allant de 300 à 2400 µm pour au moins 85 à 90% en poids des grains. Les dimensions indiquées sont celles du diamètre équivalent des grains pour un tamisage à sec ou pour un tamisage humide.
Traitement du fluide
Dans le cadre de l’invention, l’unité de traitement comprendra un ou plusieurs médias adsorbants, par exemple un ou plusieurs filtres de charbon actif, en particulier de CAG. Durant le fonctionnement de l’unité de traitement, un fluide passe au travers un ou plusieurs médias adsorbants sur lequel/lesquels les polluants présents dans le fluide seront adsorbés.
L’unité de traitement entrant dans le cadre de l’invention pourra être une unité de production d’eau potable ou une unité de traitement d’eaux usées municipales, industrielles, pour le rejet en milieu naturel ou la réutilisation.
Selon un mode de réalisation préféré, l’unité de traitement est une unité de production d’eau potable.
Typiquement, le procédé de traitement comprendra des phases dites « phases de production » pendant lesquelles le fluide circule au travers le média adsorbant et des phases dites « phases d’arrêt » pendant lesquelles le fluide ne circule pas au travers le média adsorbant.
L’unité de traitement peut comprendre un ou plusieurs filtres de média adsorbant. Dans ce cas, la méthode de détermination selon l’invention pourra être mise en œuvre pour chaque filtre de média adsorbant de l’unité de traitement, soit simultanément soit à des instants différents.
La capacité d’adsorption dépend de plusieurs paramètres, notamment du volume de fluide à traiter, de la qualité du fluide à traiter, ou encore du temps de contact entre le media adsorbant et le fluide à traiter.
Ainsi, pour un même volume de fluide traité, deux lits d’adsorbant peuvent présenter des capacités différentes d’abattement en polluants, selon les variations réelles des concentrations et la nature des polluants effectivement traités par chacun de ces lits d’adsorbant. Par ailleurs, les capacités théoriques d’adsorption pour un volume de lit traité sont généralement déterminées polluant par polluant, mais sans prendre en compte la compétition entre les matières organiques et micropolluants pour les sites d’adsorption ou encore la compétition des micropolluants entre eux (également désignée par l’expression « effet cocktail »). Par exemple les micropolluants très adsorbables vont avoir tendance à saturer les sites d’adsorption avant que les micropolluants moins adsorbables n’aient été adsorbés. Ainsi, la compétition des polluants pour les sites d’adsorption est particulièrement présente pour les composés ayant une faible affinité pour l’adsorption (petites molécules polaires) telles que les métabolites de pesticides. Les déterminations théoriques de capacités d’adsorption en fonction du volume de lit traité peuvent donc avoir tendance à surestimer les capacités d’adsorption restantes d’un lit d’adsorbant réel.
Méthode de détermination de l’invention
La méthode de l’invention permet de déterminer la capacité restante d’un média adsorbant. Elle prend en compte le contexte réel de l’unité de traitement afin d’éviter cette surestimation et de tenir compte de l’évolution des paramètres, notamment du type de media adsorbant, du volume de fluide à traiter, de la qualité du fluide à traiter, ou encore du temps de contact.
Typiquement, la méthode de détermination selon l’invention est mise en œuvre lorsque l’unité de traitement a déjà commencé à fonctionner, et elle peut être mise en œuvre de façon périodique, par exemple tous les 3 à 12 mois ou en fonction du volume de fluide traité par un média adsorbant.
Déterminer la capacité restante d’un média adsorbant permet de prédire le temps de production de ce média adsorbant avant la percée du ou des polluants cibles. Dans le cadre de l’invention, la capacité restante est évaluée en déterminant le VV limite, VV à partir duquel la percée du polluant est détectable. Le VV correspond au ratio entre le volume de fluide passé et le volume de média adsorbant de l’unité de traitement.
Etape a)
La méthode de l’invention comprend une étape de mesure de la teneur en carbone organique dissous (COD) du fluide et détermination du temps de contact sur lit vide (EBCT pour « empty bed contact time ») sur au moins un média adsorbant de l’unité de traitement.
Ainsi, à un instant t:
- le volume de fluide passé et le volume de média adsorbant de l’unité de traitement sont mesurés afin de connaitre le VV (ratio entre le volume de fluide passé et le volume de média adsorbant), et
- la teneur en COD du fluide et le temps de contact EBCT sont déterminés sur l’unité de traitement.
Le temps de contact sur lit vide est typiquement déterminé en mesurant le débit entrant, puis en faisant le ratio entre le volume de média adsorbant et une moyenne du débit entrant.
Ces mesures permettront ensuite de déterminer les courbes de percées.
La mesure de la teneur en COD peut être effectuée en continu ou en semi-continu. Une mesure en semi-continue signifie une mesure à intervalle régulier, par exemple une fois par semaine ou une fois par mois.
Généralement, la teneur en polluants du fluide est également déterminée à cette étape, en même temps que la teneur en COD. Les polluants désignent aussi bien la matière organique que les micropolluants.
A cette étape, la mesure de la teneur en COD et le cas échéant en polluants du fluide peut être effectuée par différentes méthodes, connues de l’homme du métier, par exemple par au moins une méthode choisie parmi la spectrométrie UV (par exemple à 254 nm), la chromatographie, la spectrométrie de masse et la spectroscopie de fluorescence (encore désignée par l’expression fluorescence 3D). De manière particulièrement préférée, la méthode de mesure peut être une méthode de chromatographie en phase liquide à haute performance (également désigné par l’expression anglaise high-performance liquid chromatography, abrégée en HPLC), en particulier avec une haute résolution (désigné par l’expression anglais high-performance liquid chromatography with high resolution, abrégé en HPLC-HR) et encore plus particulièrement couplée avec une spectrométrie de masse (correspond à l’expression anglaise mass spectrometric, abrégé en MS).
Cette étape a) peut être mise en œuvre par une unité de mesure permettant de déterminer la teneur en carbone organique dissous du fluide à traiter, ladite unité de mesure étant alors située en amont du média adsorbant, et étant de préférence choisie parmi un spectromètre UV, une unité de chromatographie, une spectrométrie de masse et un dispositif de spectroscopie de fluorescence.
Etape b)
La méthode de détermination de l’invention comprend également une étape de détermination d’au moins un polluant cible.
Généralement, le ou les polluants cibles seront choisis parmi les micropolluants, de préférence les micropolluants les plus contraignants sur le site. Ainsi, la capacité restante du média adsorbant sera typiquement déterminée en fonction de ce polluant cible et de la prévision de son comportement.
Typiquement, la méthode de l’invention comprend une étape de mesure de la teneur en polluants du fluide à traiter, notamment du ou des polluants cibles.
Cette mesure peut être mise en œuvre en continue ou en semi-continue. La mesure de la teneur en polluant est de préférence mise en œuvre simultanément à la mesure de la teneur en COD (étape a)).
Selon un mode de réalisation, le polluant cible est choisi parmi la matière organique et des micropolluants. De préférence, le micropolluant cible est choisi parmi l’atrazine et les dérivés de l’atrazine (tels que le deisopropylatrazine, hydroxyatrazine, desethylatrazine), le metolachlore, le metolachlore OXA, le metolachlore ESA, le metazachlore OXA, le chlortoluron, le diuron, le metaldéhyde.
Cette méthode de détermination peut être mise en œuvre par une unité de contrôle de l’unité de traitement.
Etape c)
La méthode de détermination de l’invention comprend au moins une étape de détermination des courbes de percées d’au moins deux polluants correspondant à la teneur en carbone organique dissous et au temps de contact sur lit vide mesurés à l’étape a).
Ainsi, pour un type de média adsorbant donné, en fonction de la teneur en COD et du temps de contact EBCT, des courbes de percées sont déterminées pour au moins deux polluants. De préférence, les courbes de percées sont déterminées pour au moins trois polluants, de préférence pour au moins quatre polluants. Selon un mode de réalisation, les courbes de percées sont déterminées pour la matière organique et pour au moins deux micropolluants, de préférence au moins trois micropolluants.
La illustre des courbes de percées pour deux teneurs en COD et deux EBCT, et ce pour quatre polluants. Bien entendu, l’unité de traitement entrant dans le cadre de l’invention pourra comprendre une base de données avec des courbes de percées pour plus de 2 teneurs en COD et plus de 2 EBCT. Chaque courbe de percée représente le rapport C/C0 d’un polluant en fonction du BV (« Bed volume », correspondant au VV « volume volume », par exemple volume d’eau par volume de CAG), C0 représentant la concentration en polluant dans le fluide à l’entrée du média adsorbant et C représentant la concentration en polluant dans le fluide à la sortie du média adsorbant.
Typiquement, pour une teneur en COD et un temps de contact EBCT, au moins deux courbes de percée sont intégrées dans une base de données pour au moins deux polluants. De préférence, pour une teneur en COD et un temps de contact EBCT, une courbe de percée est préparée pour au moins 3 polluants, de préférence encore au moins 4 polluants, avantageusement de 5 à 10 polluants.
Ces courbes de percée peuvent être préparées et intégrées dans une base de données de l’unité de traitement. Elles sont aussi désignées comme étant des « abaques » et les polluants dont la courbe de percée est tracée sont appelés des « polluants de référence ».
Typiquement, les molécules peuvent être classées en trois catégories :
- Peu adsorbables : ayant une percée rapide (log Kow < 1),
- Moyennement adsorbables : ayant une percée moyenne (1 ≤ log Kow ≤ 3),
- Fortement adsorbable : ayant une percée longue (log Kow > 3).
Selon un mode de réalisation, les polluants de référence comprennent au moins deux micropolluants (dit « micropolluants de référence »), de préférence choisis parmi des micropolluants appartenant à au moins deux catégories différentes d’adsorbabilité. De préférence, les abaques seront tracés pour au moins un micropolluant « peu adsorbable » et pour au moins un micropolluant « fortement adsorbable ». Cela permet de couvrir les micropolluants susceptibles de se trouver sur l’unité de traitement afin d’avoir une détermination plus précise et plus juste de la capacité restante.
Les courbes de percée de la base de données peuvent être obtenues par différentes méthodes, de préférence selon un modèle déterministe : par exemple isotherme et cinétique d’adsorption, puis modélisation en lit fixe ou par test de percée en pilote dit test RSSCT (pour « Rapid Small Scale Column Test »). Le modèle isotherme et cinétique d’adsorption, puis modélisation en lit fixe présente l’avantage d’être mis en œuvre rapidement, par rapport à d’autres modèles. Typiquement, ces modèles seront mis en œuvre avec un média adsorbant similaire voire identique au média adsorbant (neuf) de l’unité de traitement et avec une matrice de fluide, typiquement une matrice d’eau, similaire à celle de l’unité de traitement, mais dopée en micropolluant(s) afin de définir la percée dudit/desdits micropolluant(s).
Le modèle de l’isotherme et de cinétique d’adsorption peut par exemple être celui de Freundlich, Langmuir, Elovich ou Temkin. Cette liste n’est pas exhaustive, d’autres modèles peuvent être mis en œuvre. La modélisation en lit fixe de la cinétique et de l’isotherme peut être celui de la diffusion de surface homogène (HSDM pour « Homogenous Surface Diffusion Model » ou de la diffusion de surface des pores (PSDM pour « Pore Surface Diffusion Model »). On peut également cité les modèles suivants : GCMC (Monte Carlo Grand Canon), PD (Polanyi-Dubinine), MCI (molecular connectivity index), QSAR (quantitative structure-activity relationship), LDF (Linear Driving Force Model) et divers modèles mathématiques ou statistiques (réseaux de neurones, machines learning)
Un test de percée en pilote dit test RSSCT (pour « Rapid Small Scale Column Test ») peut être mis en œuvre pour la préparation de courbes de percée. Ce test permet de tracer une courbe de percée réelle, puisque dans ce test, la matrice de fluide de l’unité de traitement alimente en continu des mini-colonnes de média adsorbant broyé avec des dopages intermittents ou continu en micropolluants.
La méthode de détermination selon l’invention peut comprendre une étape préliminaire de préparation des courbes de percée déterminées à l’étape c) pour au moins deux polluants, pour au moins deux teneurs en COD (Carbone Organique Dissous) et au moins deux temps de contact EBCT. Les courbes de percées peuvent être préparées selon l’une des méthodes décrites ci-dessus.
Selon un mode de réalisation, les polluants (de référence) sont choisis parmi la matière organique et des micropolluants. De préférence, les micropolluants de référence sont choisis parmi l’atrazine et les dérivés de l’atrazine (tels que le deisopropylatrazine, hydroxyatrazine, desethylatrazine), le metolachlore, le metolachlore OXA, le metolachlore ESA, le metazachlore OXA, le chlortoluron, le diuron, le metaldéhyde.
Afin d’accélérer les phénomènes d’adsorption, le média adsorbant est généralement broyé pour la préparation de ces courbes de percée et le fluide peut évoluer au cours du temps de fonctionnement de l’unité de traitement, par exemple en fonction des saisons. Par conséquent, ces modèles ne reflètent pas toujours l’état du média à l’instant t et sont généralement optimistes puisque le média broyé disposera de davantage de sites d’adsorption que le média non broyé mis en œuvre dans l’unité de traitement.
La mesure de l’étape a) permet de déterminer les courbes de percées souhaitées, correspondant à la teneur en COD et au temps de contact EBCT.
La correspond aux courbes de percées pour une teneur en COD et un temps de contact EBCT donné, pour un média adsorbant donné. Les courbes de percées de quatre polluants P1, P2, P3, et P4 sont déterminées dans cette . Typiquement, P1 peut représenter la manière organique et P2, P3 et P4 sont trois micropolluants différents.
Selon un mode de réalisation, dans le cas où le polluant cible ne fait pas partie des polluants des courbes de percées déterminées à l’étape c), alors la méthode de détermination de l’invention comprend une étape supplémentaire. Ainsi, de préférence, si le polluant cible de l’étape b) n’est pas présent dans les courbes de percées déterminées à l’étape c), alors la méthode comprend en outre une étape de comparaison dudit polluant cible avec lesdits polluants des courbes de percées. L’étape de comparaison permet de prédire le comportement du polluant cible.
De préférence, l’étape de comparaison comprend au moins une étape d’analyse chromatographique du fluide à traiter, ledit fluide étant éventuellement préalablement concentré, afin de déterminer les temps d’élution du polluant cible et d’au moins deux polluants des courbes de percées. L’étape d’analyse chromatographique est de préférence une analyse de chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse (HPLC-MS)
En fonction de la concentration en polluant et de la mise en œuvre de la chromatographie, une étape préalable de concentration peut être mise en œuvre. A titre d’exemple d’étape de concentration, une extraction sur phase solide (SPE) peut être mise en œuvre en amont de l’étape de chromatographie.
Une fois le polluant cible comparé aux polluants de référence des courbes de percées, le polluant cible est « placé » sur les courbes de percées.
En effet, les inventeurs ont découvert un lien entre le temps d’élution par chromatographie et la traitabilité sur média adsorbant. Ainsi, l’analyse par chromatographie permettra de classer le nouveau micropolluant selon son ordre d’élution, qui sera directement lié à sa traitabilité. Ainsi, si le micropolluant nouveau est élué entre deux micropolluants de référence, alors cela signifiera que sa courbe de percée se situera entre la courbe de percée desdits deux micropolluants de référence.
A titre d’exemple en se référant à la , si le polluant cible a un temps d’élution compris entre le temps d’élution des polluants P2 et P3, alors cela signifie que le polluant cible aura une percée entre celle de P2 et de P3 et sa courbe de percée sera alors placée sur la courbe de percée entre les courbes de P2 et P3.
L’étape c) peut être mise en œuvre grâce à une base de données de l’unité de traitement, ladite base de données incluant notamment des courbes de percées. Pour la mise en œuvre de cette étape c), l’unité de traitement peut éventuellement comprendre en outre une unité d’analyse permettant de comparer des polluants. De préférence, l’unité d’analyse comprend au moins une unité de chromatographie, de préférence de chromatographie sur colonne. Une unité de concentration, par exemple une unité d’extraction sur phase solide (SPE), permettant de concentrer les polluants peut être présente dans l’unité de traitement, généralement en amont de l’unité d’analyse.
Etape d)
Après détermination des courbes de percées des polluants, incluant typiquement la courbe de percée pour chaque polluant cible, pour une teneur en COD et un temps de contact EBCT, lesdites courbes de percées sont ajustées (ou recalées).
En effet, ces courbes « modèles » ne sont pas toujours représentatives du média adsorbant de l’unité de traitement ni du fluide à traiter (puisque sa composition peut évoluer dans le temps, notamment au cours des saisons). Cette étape d’ajustement permet de tenir compte notamment de l’accumulation de micropolluants dans le média adsorbant au cours du temps pour la détermination du VV limite.
Cet ajustement est mis en œuvre à partir des conditions de fonctionnement réel de l’unité de traitement, en particulier du média adsorbant.
Les conditions de fonctionnement réel de l’unité de traitement peuvent inclure :
- l’état ou la qualité à l’instant t du média adsorbant (lors de la mise en œuvre de la méthode de détermination de la capacité restante du média adsorbant), incluant notamment le taux d’abattement réel du média adsorbant à l’instant t (par exemple, le résultat d’un test d’adsorbeur à lit court dit test SBA (pour « Short Bed Adsorber”),
- la qualité du fluide à la sortie du média adsorbant, étant entendu qu’elle peut être suivie en continue, les données pouvant être collectées dans une base de données de l’unité de traitement,
- l’historique de précédentes mises en œuvre de la méthode de détermination de l’invention, notamment dans le cas d’une précédente mise en œuvre d’un test d’adsorbeur à lit court (SBA) pour ce même média adsorbant, l’historique pouvant être stocké dans une base de données.
- l’état ou la qualité à l’instant t du média adsorbant (lors de la mise en œuvre de la méthode de détermination de la capacité restante du média adsorbant), incluant notamment le taux d’abattement réel du média adsorbant à l’instant t (par exemple, le résultat d’un test d’adsorbeur à lit court dit test SBA (pour « Short Bed Adsorber”),
- la qualité du fluide à la sortie du média adsorbant, étant entendu qu’elle peut être suivie en continue, les données pouvant être collectées dans une base de données de l’unité de traitement,
- l’historique de précédentes mises en œuvre de la méthode de détermination de l’invention, notamment dans le cas d’une précédente mise en œuvre d’un test d’adsorbeur à lit court (SBA) pour ce même média adsorbant, l’historique pouvant être stocké dans une base de données.
Cet ajustement peut être mis en œuvre par exemple par une technique choisie parmi :
- une technique empirique, ou
- un test d’adsorbeur à lit court dit test SBA (pour « Short Bed Adsorber”).
La technique empirique est basée sur l’historique de l’unité de traitement et de toutes les données analytiques relevées pendant le fonctionnement de l’unité de traitement et en particulier du média adsorbant. Ces données analytiques sont typiquement stockées dans une base de données. Parmi les données analytiques figurent l’évolution de la teneur en micropolluants et en polluants à l’entrée et à la sortie du média adsorbant, en tenant compte des cycles de renouvellement et de régénération du média adsorbant. Ainsi, cette méthode empirique est particulièrement bien adaptée lorsque des courbes de percées ont déjà été préparées pour plusieurs polluants et plusieurs teneurs en COD et plusieurs temps de contact EBCT ou encore lorsque l’unité de traitement a déjà tourné pendant un certain temps, par exemple pendant au moins 6 mois voire au moins 12 mois.
En fonction de l’historique de l’unité de traitement, il sera possible de déterminer l’ajustement à appliquer à partir des courbes de percées déterminées à l’étape c).
Le test SBA est alors mis en œuvre à l’instant t choisi, à partir d’un prélèvement de fluide et du média adsorbant sur l’unité de traitement dont on souhaite déterminer la capacité restante. Le fluide prélevé est dopé avec des polluants de référence des courbes de percées et le ou les micropolluants cibles sur le site étudié s’ils ne sont pas présents dans les courbes de percées.
L’extraction d’un échantillon du média adsorbant pour la mise en œuvre du test SBA est typiquement mise en œuvre pendant une phase d’arrêt du procédé de traitement du fluide.
Le taux d’abattement des polluants peut être déterminé par le test SBA.
Généralement, le taux d’abattement par le test SBA est déterminé pour autant de polluants qu’il y a de polluants de référence dans les courbes de percée déterminées à l’étape c).
A partir des mesures du taux d’abattement pour les micropolluants, les courbes de percée peuvent être ajustées.
La illustre une machine 60 de tests SBA avec 8 cartouches 62 de filtrations remplies d’adsorbant de l’échantillon extrait.
Il conviendra de noter que la méthode de détermination de l’invention pourra être mise en œuvre à plusieurs reprises, à intervalle régulier sur le même média adsorbant prélevé sur l’unité de traitement, et qu’il sera possible d’utiliser pour une première mise en œuvre le test SBA et pour une autre mise en œuvre, une autre technique d’ajustement, telle qu’une technique empirique.
La technique du test SBA sera la technique privilégiée. En effet, elle présente l’avantage de tenir compte du média adsorbant et du fluide à traiter de l’unité de traitement contrairement aux techniques empiriques.
Les courbes de percées déterminées à l’étape c) sont ajustées (ou recalés) afin de coïncider avec les taux d’abattement des polluants déterminés par le test SBA.
Les et illustrent cette étape d’ajustement des courbes de percées pour les polluants P1 et P2.
La montre les taux d’abattements des polluants P1, P2, et P3 obtenus par le test SBA à l’instant t (correspondant à un volume de fluide passé de 40000 BV) avec la ligne verticale en tiret. Pour P4, C/C0 est de 0%.
A partir de ces deux taux d’abattement via le test SBA pour P1 et P2, les courbes de percées de P1, de P2 et de P3 sont ajustées afin de faire correspondre le taux d’abattement et la courbe de percée à l’instant t (40000 BV dans le cadre de l’exemple non limitatif de cette figure).
Selon le mode de réalisation des et , c’est le taux d’abattement par SBA qui a permis de déterminer l’ajustement des courbes à appliquer. Cet ajustement des courbes peut éventuellement (et alternativement au test SBA) être mis en œuvre sur la base d’une méthode empirique basée par exemple sur l’historique de fonctionnement de l’unité de traitement.
Cette étape d’ajustement peut être mise en œuvre à l’aide d’une unité de contrôle de l’unité de traitement.
Etape e)
La méthode de détermination selon l’invention comprend une étape dans laquelle la capacité restante du média adsorbant (aussi nommée VV limite) est déterminée à partir des courbes de percée ajustées à l’issue de l’étape d).
Typiquement, le VV limite sera déterminé à partir de la courbe de percée du micropolluant présent dans le fluide prélevé ayant la percée la plus rapide. Il pourrait s’agir du polluant cible de l’étape d). Le VV limite sera généralement déterminée en fonction de la limite souhaitée pour le rapport C/C0. En fonction de l’unité de traitement et de la filière concernée, l’opérateur pourra choisir un VV limite tel que C/C0 soit inférieur ou égal à 70%, voire inférieur ou égal à 60% ou encore inférieur ou égal à 50%.
La montre une comparaison entre la situation actuelle (volume de lit passé) et la courbe de percée du polluant cible (PC). Le polluant cible a été déterminé (conformément à l’étape b) de la méthode de l’invention). Il a ainsi été déterminé dans le cadre de cet exemple que PC perce entre P3 et P4, par exemple, par analyse chromatographique. Par conséquent, à partir des courbes ajustées de P3 et P4 de la , la courbe de percée du polluant cible PC a été tracée. Le polluant cible A partir de ces données, la capacité restante du média est déterminée. Dans le cas de la , si l’opérateur souhaite maintenir C/C0 inférieur ou égal à 50%, alors le VV limite sera de 65 000. Toujours dans le cas de la , si l’opérateur souhaite une élimination totale ou quasi-totale du polluant cible, alors le VV limite sera de 60 000.
La méthode de détermination de l’invention peut être renouvelée par exemple lorsque la mesure de la teneur en COD du fluide à traiter remet en cause la détermination des courbes de percée lors de l’étape c). Ainsi, si la teneur en COD est supérieure à la teneur en COD (lors de la mise en œuvre de l’étape c)) pendant un temps supérieur à une durée donnée, alors la méthode de détermination peut être mise en œuvre à nouveau en déterminant à nouveau les courbes de percée avec la nouvelle teneur en COD, en déterminant au moins un polluant cible (cela peut être le même polluant cible ou un polluant cible différent que celui lors de la mise en œuvre précédente de la méthode de détermination), en ajustant les courbes de percées de préférence sur la base d’une méthode empirique basée par exemple sur un ajustement antérieur, puis en déterminant la capacité restante du média adsorbant à partir des nouvelles courbes de percée ajustées.
La illustre un mode de réalisation de la méthode de détermination de l’invention. Comme illustré sur la , la première étape de la méthode comprend une étape de mesure de la teneur en COD 11 et une étape 11’ de détermination d’au moins un polluant cible. L’étape 12 consiste à déterminer les courbes de percées pour la teneur en COD donné (considérant également le temps de contact EBCT). Considérant le polluant cible 11’, l’étape Q1 consiste à se demander si le polluant cible est présent sur les courbes de percées de l’étape 12. Selon le mode de réalisation illustré sur cette , si le polluant cible est présent sur les courbes de percées de l’étape 12 (O), alors le procédé continue vers l’étape 13 et si le polluant cible n’est pas présent sur les courbes de percées (N), alors la méthode comprend une étape 12’ dans laquelle le polluant cible est placé sur les courbes de percées de l’étape 12. Cette étape 12’ peut par exemple être une analyse chromatographique permettant de comparer les temps d’élution des polluants déjà présents sur les courbes de percées et le polluant cible. Les inventeurs ont découvert que les temps d’élution étaient liés à la traitabilité des polluants, en particulier des micropolluants.
Une fois les courbes de percées déterminées, la méthode comprend une étape 13 d’ajustement de ces courbes en tenant compte du fonctionnement réel de l’unité de traitement, en particulier en tenant compte du comportement du média adsorbant sur l’unité de traitement et de l’historique de l’unité de traitement. Une fois les courbes ajustées (ou recalées), la capacité restante du média adsorbant est déterminée à l’étape 15. Connaître la capacité restant du média adsorbant permet ainsi de déterminer la durée avant le prochain renouvellement ou la prochaine régénération du média adsorbant et/ou de déterminer la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer à l’étape 16.
La méthode de détermination selon l’invention permet d’anticiper le calendrier de renouvellement et/ou régénération des filtres adsorbants, sans attendre une percée, ce qui nuirait à la qualité du fluide traité.
La méthode de détermination selon l’invention permet également d’avoir une stratégie de fonctionnement de l’unité de traitement, par exemple sur le nombre de filtres en marche et/ou sur la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer.
L’invention concerne également un procédé de traitement d’un fluide comprenant :
i. le passage du fluide à travers au moins un média adsorbant,
ii. la mise en œuvre de la méthode de détermination de la capacité restante dudit média adsorbant selon l’invention permettant de déterminer la capacité restante du média adsorbant,
iii. la détermination de la durée avant le prochain renouvellement ou régénération d’au moins une partie du média adsorbant et/ou la détermination de la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer en fonction de la capacité restante du média déterminée à l’étape ii,
iv. le renouvellement ou la régénération d’au moins une partie du média adsorbant selon la durée et/ou la quantité de média adsorbant déterminée(s) à l’étape iii.
i. le passage du fluide à travers au moins un média adsorbant,
ii. la mise en œuvre de la méthode de détermination de la capacité restante dudit média adsorbant selon l’invention permettant de déterminer la capacité restante du média adsorbant,
iii. la détermination de la durée avant le prochain renouvellement ou régénération d’au moins une partie du média adsorbant et/ou la détermination de la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer en fonction de la capacité restante du média déterminée à l’étape ii,
iv. le renouvellement ou la régénération d’au moins une partie du média adsorbant selon la durée et/ou la quantité de média adsorbant déterminée(s) à l’étape iii.
Le renouvellement d’un filtre de média adsorbant peut être total ou partiel. En effet, dans un filtre de média adsorbant usagé, il est possible d’incorporer du média neuf ou régénéré et de retirer une partie seulement du média usagé.
Un média adsorbant neuf sera un média n’ayant pas encore subi d’étape d’adsorption.
Un média adsorbant usagé sera un média ayant subi au moins une étape d’adsorption.
Un média ou adsorbant régénéré correspond à un adsorbant qui après des cycles d’utilisations en tant qu’adsorbant a été traité, par exemple thermiquement ou chimiquement, pour retrouver des capacités d’adsorption avoisinant celle de l’adsorbant neuf.
Même si la régénération permet le recouvrement des capacités d’adsorption, l’adsorbant régénéré peut toutefois présenter des capacités d’adsorption plus limitées que le même adsorbant à l’état neuf. Ces capacités d’adsorption plus limitées après régénération peuvent par exemple être caractérisées par l’indice d’index d’adsorbance d’iode, ou indice d’iode. Cet indice d’iode est la quantité en milligramme d'iode adsorbée par gramme d’adsorbant et sert à quantifier le pouvoir adsorbant d’un média adsorbant. La mesure de l’indice d’iode peut notamment être réalisée selon le protocole standardisée par la norme ASTM D4607 – 14. Par exemple pour un adsorbant neuf, l’indice d’iode peut être supérieur à 950 ou 1000 mg/g (tel que pour le charbon actif préféré). A l’inverse pour un adsorbant usagé, l’indice d’iode peut être à inférieur à 400 mg/g. La régénération de l’adsorbant peut alors amener à recouvrer un indice d’iode de préférence supérieur à 600 mg/g ou plus préférentiellement supérieur à 700 mg/g. La régénération peut être effectuée hors site, en particulier par le fournisseur de l’adsorbant, notamment, à l’aide d’une réactivation tel qu’un traitement thermique supérieur à 800°C, dans le cas d’un adsorbant sous forme de charbon actif. L’indice d’iode obtenu pour une telle régénération peut alors être supérieur à 800 mg/g ou encore supérieure à 850mg/g. La régénération peut encore être effectué sur le site de l’installation de traitement par traitement chimique ou traitement thermique, notamment à des températures inférieures à la réactivation à 800°C. Cette régénération sur site permet avantageusement de recouvrer une partie des capacités d’adsorption (indice d’iode entre 600 et 800 mg/g) sans nécessairement solliciter une réactivation hors site plus contraignante.
Le procédé de traitement peut être mis en œuvre de façon à avoir un âge constant du média adsorbant pour s’assurer d’une efficacité permanente d’élimination des polluants. Cela peut être rendu possible par un renouvellement partiel de l’adsorbant, selon un calendrier déterminé grâce à la méthode de détermination de l’invention. Le calendrier peut être mis à jour à chaque fois que la méthode de détermination de l’invention est mise en œuvre.
Selon un mode de réalisation du procédé de traitement selon l’invention, le média adsorbant est choisi parmi le charbon actif en grains, la résine échangeuse d'anions, les biomatériaux, les polymères à empreinte moléculaire et les matériaux minéraux, de préférence le média adsorbant est un charbon actif en grains.
Selon un mode de réalisation du procédé de traitement selon l’invention, le fluide à traiter est choisi parmi l’eau, un effluent urbain, un effluent industriel, de préférence, le fluide à traiter est de l’eau.
L’invention concerne également une unité de traitement d’un fluide pour la mise en œuvre du procédé de traitement d’un fluide selon l’invention, ladite unité de traitement comprenant :
- au moins un réacteur d’adsorption de polluants contenus dans le fluide à traiter, le réacteur comprenant en son sein un média adsorbant,
- une unité de mesure permettant de déterminer la teneur en carbone organique dissous du fluide à traiter (en amont du média adsorbant),
- une unité de contrôle permettant de déterminer la durée avant le prochain renouvellement ou régénération d’au moins une partie du média adsorbant et/ou de déterminer la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer,
- des moyens de commande permettant d’actionner le renouvellement et/ou la régénération d’au moins une partie du média adsorbant.
- au moins un réacteur d’adsorption de polluants contenus dans le fluide à traiter, le réacteur comprenant en son sein un média adsorbant,
- une unité de mesure permettant de déterminer la teneur en carbone organique dissous du fluide à traiter (en amont du média adsorbant),
- une unité de contrôle permettant de déterminer la durée avant le prochain renouvellement ou régénération d’au moins une partie du média adsorbant et/ou de déterminer la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer,
- des moyens de commande permettant d’actionner le renouvellement et/ou la régénération d’au moins une partie du média adsorbant.
De préférence, l’unité de traitement selon l’invention comprend en outre une base de données permettant de stocker les données telles que les courbes de percées, les teneurs en carbone organique dissous, et/ou le temps de contact sur lit vide dudit au moins un réacteur d’adsorption.
Selon un mode de réalisation, l’unité de traitement comprend en outre une unité de mesure de l’abattement réel en polluants du média adsorbant, de préférence une unité de mesure en lit court (short bed adsorber) comprenant de préférence des lits de volume inférieur ou égal à 100mL, plus préférentiellement inférieur ou égal à 50mL, encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 20mL.
Selon un mode de réalisation, le réacteur d’adsorption comprend en son sein un média adsorbant choisi parmi le charbon actif en grains, la résine échangeuse d'anions, les biomatériaux, les polymères à empreinte moléculaire et les matériaux minéraux, de préférence le média adsorbant est un charbon actif en grains.
Selon un mode de réalisation de l’unité de traitement, l’unité de mesure permettant de déterminer la teneur en carbone organique dissous est choisie parmi un spectromètre UV, une unité de chromatographie, une spectrométrie de masse et un dispositif de spectroscopie de fluorescence.
Selon un mode de réalisation, l’unité de traitement selon l’invention comprend en outre une unité d’analyse permettant de comparer des polluants. De préférence, l’unité d’analyse comprend au moins une unité de chromatographie, de préférence de chromatographie sur colonne. Une unité de concentration, par exemple une unité d’extraction sur phase solide (SPE), permettant de concentrer les polluants peut être présente dans l’unité de traitement, généralement en amont de l’unité d’analyse.
Généralement, la ou les unités de mesure et le cas échéant l’unité d’analyse est(sont) configurée(s) pour envoyer des données (par exemple résultats des mesures de COD et le cas échéant analyse chromatographique) à l’unité de contrôle et/ou à la base de données de l’unité de traitement.
Selon un mode de réalisation, l’unité de contrôle permet également de tracer des courbes de percées pour les polluants, dits « polluants de référence », mis en œuvre lors de l’étape c) de la méthode de détermination de l’invention. A titre d’exemple, l’unité de contrôle peut mettre en œuvre un modèle isotherme et cinétique d’adsorption, puis modélisation en lit fixe. Alternativement ou en outre, l’unité de traitement peut comprendre un dispositif de test de percée en pilote dit test RSSCT (pour « Rapid Small Scale Column Test ») permettant la préparation de courbes de percées de polluants de référence.
Claims (15)
- Méthode de détermination de la capacité restante d’un média adsorbant dans une unité de traitement d’un fluide, ledit traitement comprenant le passage d’un fluide au travers un média adsorbant, ladite méthode comprenant au moins les étapes suivantes :
- mesure de la teneur en carbone organique dissous du fluide et détermination du temps de contact sur lit vide sur le média adsorbant,
- détermination d’au moins un polluant cible,
- détermination des courbes de percées d’au moins deux polluants de référence, lesdites courbes de percées étant déterminées pour la teneur en carbone organique dissous et le temps de contact sur lit vide mesurés à l’étape a),
- ajustement des courbes de percée déterminées à l’étape c) à partir des conditions de fonctionnement réel de l’unité de traitement,
- détermination de la capacité restante du média adsorbant à partir des courbes de percée ajustées à l’issue de l’étape d) pour le ou les polluant(s) cible(s).
- Méthode selon la revendication 1, dans laquelle l’étape d’ajustement est mise en œuvre avec une étape choisie parmi : mise en œuvre d’une technique empirique, mise en œuvre d’un test d’adsorbeur à lit court, mise en œuvre d’un test d’adsorbeur à lit moyen, mise en œuvre d’un essai pilote réel.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans laquelle l’étape d’ajustement est mise en œuvre en utilisant un test d’adsorbeur à lit court incluant une étape de prélèvement d’au moins une partie du média adsorbant de l’unité de traitement.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, mise en œuvre de façon périodique, étant entendu que l’étape d’ajustement peut éventuellement être mise en œuvre avec des techniques différentes pour chaque mise en œuvre.
- Méthode selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant en outre, en amont de l’étape c), une étape de préparation d’au moins une courbe de percée pour lesdits au moins deux polluants de référence, et ce pour au moins deux teneurs en carbone organique dissous et deux valeurs de temps de contact sur lit vide.
- Méthode selon la revendication 5, dans laquelle l’étape de préparation d’au moins une courbe de percée pour au moins deux polluants de référence est mise en œuvre par au moins une technique choisie parmi un test de percée en pilote, ou par mini-colonne (RSSCT) ou parmi une modélisation en lit fixe issu d’essai d’adsorption type isotherme et cinétique.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle si le polluant cible de l’étape b) n’est pas présent dans les courbes de percées déterminées à l’étape c), alors la méthode comprend en outre une étape de comparaison dudit polluant cible avec lesdits polluants de référence des courbes de percées.
- Méthode selon la revendication 7, dans laquelle l’étape de comparaison comprend au moins une étape d’analyse chromatographique du fluide à traiter, ledit fluide étant éventuellement préalablement concentré, afin de déterminer les temps d’élution du polluant cible et desdits au moins deux polluants de référence des courbes de percées.
- Méthode selon la revendication 7 ou 8, comprenant en outre une étape de détermination de la courbe de percée du polluant cible à partir de sa comparaison avec les courbes de percées des polluants de référence.
- Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle l’étape de mesure de la teneur en carbone organique dissous du fluide à traiter est mise en œuvre à l’aide d’une unité de mesure de l’unité de traitement, ladite unité de mesure étant de préférence choisie parmi un spectromètre UV, une unité de chromatographie, une spectrométrie de masse et un spectroscope de fluorescence.
- Procédé de traitement d’un fluide dans une unité de traitement comprenant au moins un média adsorbant, ledit procédé de traitement comprenant :
- le passage du fluide à travers au moins un média adsorbant,
- la mise en œuvre de la méthode de détermination de la capacité restante dudit média adsorbant selon l’une des revendications 1 à 10 permettant de déterminer la capacité restante du média adsorbant,
- la détermination de la durée avant le prochain renouvellement ou régénération d’au moins une partie du média adsorbant et/ou la détermination de la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer en fonction de la capacité restante du média déterminée à l’étape ii,
- le renouvellement ou la régénération d’au moins une partie du média adsorbant selon la durée et/ou la quantité de média adsorbant déterminée(s) à l’étape iii.
- Procédé de traitement selon la revendication 11, dans lequel :
- le média adsorbant est choisi parmi le charbon actif en grains, la résine échangeuse d'anions, les biomatériaux, les polymères à empreinte moléculaire et les matériaux minéraux, de préférence le média adsorbant est un charbon actif en grains, et/ou
- le fluide à traiter est choisi parmi l’eau, un effluent urbain, un effluent industriel, de préférence, le fluide à traiter est de l’eau.
- Unité de traitement d’un fluide pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 11 à 12, ladite unité de traitement comprenant :
- au moins un réacteur d’adsorption de polluants contenus dans le fluide à traiter, le réacteur comprenant en son sein un média adsorbant,
- une unité de mesure de la teneur en carbone organique dissous,
- une unité de contrôle permettant de déterminer la durée avant le prochain renouvellement ou régénération d’au moins une partie du média adsorbant et/ou de déterminer la quantité de média adsorbant à renouveler ou à régénérer,
- des moyens de commande permettant d’actionner le renouvellement et/ou la régénération d’au moins une partie du média adsorbant. - Unité de traitement selon la revendication 13, comprenant en outre une unité de mesure de l’abattement réel en polluants du média adsorbant, de préférence une unité de mesure en lit court comprenant de préférence des lits de volume inférieur ou égal à 100mL.
- Unité de traitement selon la revendication 13 ou 14, dans laquelle le média adsorbant est choisi parmi le charbon actif en grains, la résine échangeuse d'anions, les biomatériaux, les polymères à empreinte moléculaire et les matériaux minéraux, de préférence le média adsorbant est un charbon actif en grains.
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