Fiche Résumé 07-AEP-01

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

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

Les deux premières phases de l’étude ont permis de démontrer la faisabilité du procédé au niveau hydraulique (après sélection de la nature et de la gamme granulométrique du charbon actif) et au niveau épuratoire vis-à-vis de l’élimination de l’atrazine, de différentes substances organo-azotées et des solvants chlorés. L’élimination conjointe, dans un même réacteur, de différents types de polluants, tels que les micropolluants et les nitrates, a aussi été validée en utilisant le couplage charbon actif et résine échangeuse d’ions (lit mixte).

La troisième phase de l’étude a permis de finaliser la validation du carboplus® selon trois volets : i) la modélisation hydraulique qui permet une analyse critique de conception d’ouvrage avant industrialisation ; ii) un autre lit mixte pour l’élimination conjointe des micropolluants organiques et de l’arsenic ou du sélénium ; iii) l’élimination des nouveaux produits phytosanitaires (émergents).

La modélisation hydraulique, réalisée sous Gambit/Fluent par la société Ansys Fluent, a montré qu’il n’y avait pas de défaut de conception d’ouvrage et que le système choisi pour la distribution de l’eau à traiter (dispersion à la base du réacteur) est bien adapté à la fluidisation du lit de matériau(x) de garnissage.

Les lits mixtes étudiés pour l’élimination conjointe des micropolluants d’une part, et de l’arsenic ou du sélénium d’autre part, sont composés respectivement de charbon actif et de matériaux à base d’alumine et d’oxyde de fer choisis parmi les produits commerciaux existants : Alcan AAFS50 (alumine enrichie en oxyde de fer de chez Alcan) ; Bayoxide E33P (oxy-hydroxyde de fer de chez Severn Tren Services) - ces deux matériaux sont agréés pour l’eau potable ; ArsenX (résine polystyrénique possédant des oxydes de fer de chez Purolite) - ce matériau n’est pas agréé pour l’eau potable. Sur le plan hydraulique, les résultats des tests de fluidisation montrent des possibilités d’association du charbon actif avec ces produits commerciaux dont les fortes densités font qu’ils constituent la couche inférieure du lit bicouche

Sur le plan épuratoire, les différentes formes de l’arsenic (arsenites AsIII et arseniates AsV) et du sélénium (sélénites SeIV et séléniates SeVI) ont été étudiées. En ce qui concerne l’arsenic, AsV est mieux éliminé que AsIII sur les trois matériaux testés, avec toutefois de meilleures performances pour le Bayoxide E33P. carboplus® en lit mixte peut donc être envisagé avec un traitement préalable au chlore ou au permanganate pour oxyder AsIII en ASV. L’utilisation de l’Alcan AAFS50 n’est pas exclue car ses performances sensiblement inférieures sont compensées en partie par son plus faible coût. Il suffit alors de jouer sur la quantité de matériau à mettre en oeuvre et/ou sur le temps de contact pour obtenir des résultats comparables sous réserve d’un pH d’eau à traiter non limitant (pH<7).

En ce qui concerne le sélénium, SeVI n’est adsorbable sur aucun des trois matériaux testés et SeIV est bien éliminé par le Bayoxide E33P et l’ArsenX mais très mal par l’Alcan AAFS50. carboplus® en lit mixte pourrait être envisagé à condition de régler le problème assez complexe (donc mal adapté à des ressources souterraines) de la réduction préalable de SeVI en SeIV. En ce qui concerne l’antimoine (SbIII et SbV), aucun test n’a été réalisé car il n’a pas été possible de le solubiliser, mais la littérature décrit une réactivité comparable à celle de l’arsenic dans les traitements d’adsorption

Après utilisation, les matériaux usagés doivent être envoyés en décharge. Bien que les tests de lixiviation les aient classés comme “déchet inerte” lorsque le métalloïde adsorbé est l’arsenic et “déchet non dangereux” dans le cas du sélénium, la circulaire DGS/7A n° 2006/127 du 16 mars 2006 relative aux supports de filtration recouverts d’oxydes métalliques stipule qu’ils doivent être considérés comme déchets industriels dangereux (DID) et donc être envoyés en centre de stockage spécialisé plus coûteux.

L’enquête exhaustive de l’état du marché des pesticides et de l’évolution de l’état de la contamination des ressources en eau a permis d’établir une liste de produits à suivre en priorité. Une étude pilote a été amorcée sur le site du Jaunay pour évaluer les performances du carboplus® vis-à-vis de l’élimination de ces polluants. Les résultats complets seront disponibles courant 2008.