Essais-Pilotes – Traitement des micropolluants par CAG en lit fluidisé

TRIFORM, 2017

Rapport intermédiaire de M. Horisberger (TRIFORM) et al. pour la STEP de Penthaz.

Résumé

La STEP de l’Association Intercommunale pour l’Epuration des Eaux usées de Cossonay-Penthalaz-Penthaz-Daillens-Bettens (AIEE) àPenthaz se trouve danslalistedes 16 STEP ducanton de Vaud devant se doter d’un système de traitement des micropolluantsselon la planification générale provi-soirede la DGE, en vertu de la récente révision de la loi fédérale sur la protection des eaux(LEaux) et de son ordonnance afférente (OEaux), entrées en vigueur le 01.01.2016.

La STEP de Penthaz a été agrandie et modernisée entre 2012 et 2015 sous la direction de Triform SA. La nitrification et la dénitrification partielle ont notamment été introduites – à cette époque, l’exigence du traitement des micropolluants n’était pas encore connue. En raisondes exigences relatives aux procédures pour l’obtention du financement fédéral lié au trai-tement des micropolluants, Triform SA a réaliséune étude de faisabilité puis a proposé l’organisation, le déroulement et lesuivi d’essais pilotesavec leprocédé CarboPlus®. Ce procédé, développé et breveté par la société SAUR(France)et sa filiale Stereau,est un traitement sur lit de charbon actif micrograins(CAμG, granulométrie de 200 à 900 μm),dans un réacteur à flux ascendant.

Il présente un certain nombre de caractéristiques techniques et économiques intéressantes tellesque l’absence d’une étape supplémentaire de filtration (la séparation charbon-eau se fait naturellement par gravité), la réactivation possible du charbon usagé, une relative simplicité de fonctionnement et de mainte-nance et la dispense d’une zone ATEX (pour le stockage du CAμG notamment).Les essais pilotes, en cours de réalisation depuis février 2016, ont pour but de vérifier les paramètres de dimensionnement et les performances attendues de l’installation. Un groupe de travailpluridiscipli-nairepiloté par Triform SA et composé de représentants del’AIEE, SAUR/Stereau, l’Eawag, la plate-forme Micropoll du VSA, l’Ecole Polytechnique Fédéralede Lausanne(EPFL), la Direction Générale de l’Environnement (DGE) du canton de Vaud ainsi que l’Office Fédéral de l’Environnement (OFEV) a été mis sur pied pour l’occasion afin de bénéficier de l’expérience de ses membres en termes de compétencessur le traitementet l’analysedes micropolluants.

L’installation pilote a été conçue pour traiter l’équivalent de 1 à 2% du débit moyen d’entrée de la STEP de Penthaz,à des vitesses ascensionnelles comprises entre 7 et 20 m/h. Le réacteur a les dimensions suivantes: 0.35m de diamètre et 4.12 m de hauteur. Après une phase de montée en charge progressive, la masse de charbon dans le réacteur a été maintenue constante à environ 60 kg, soit une concentration de charbon d’environ 380 g/l dans le lit au repos. Des injections de charbon ont été réalisées quotidiennement à hauteur de 15 g/m3 et des extractions ont été faites 1 à 2 fois par semaine. Dans un premier temps, un débit constant a été maintenu à 1.5 m3/h, soit une vitesse ascensionnelle d’environ 15 m/h.

Les bilans micropolluants réalisés sur l’installation pilote et calculés sur les douze substances de l’Ordonnance départementale du DETEC ont démontré les bonnes performances du procédé. Après la phase de montée en charge et de stabilisation, les rendements se situent eneffet entre 85% et 90%, pour un dosage de 15 g/m3. Les bilans effectués sur la biologie de la STEP ont révélé un ren-dement moyen de 25% et la combinaison des bilans sur l’ensemble de la chaîne de traitement (STEP et pilote) a donné des rendements d’épuration globale compris entre 86% et 93% en conditions opé-rationnelles stables. Lors de la phase de montée en chargeinitiale, les rendements étaient inférieurs à 80%, en raison de la faible quantité de charbon dans la colonne. De plus, durant cette période, une conjonction d’éléments perturbateurs (développement de bactéries filamenteuses dans la biologie, nitrification partielle, abondance de matières en suspension, …) a vraisemblablement influencé le fonctionnement du pilote durant cette période.

Lors des essais pilotes, distinction a été faite entre la masse de charbon dosée, contenant entre 12 et 21% et en moyenne 17% d’humidité,et le charbon «sec» utilisé pour le calcul du dosage. Au total, 130 kg de charbon frais ont été utilisés pour traiter 7’125 m3 à un dosage de 15 g/m3 de charbon «sec» sur une durée de 200 jours. De faibles pertes en charbon ont été observées à la préparation (élimination des fines et des grains mal «mouillés») à hauteur de 0.3% ainsi que par surverse lors de l’opération à hauteur de 0.25% (perte comparable en sortie des procédés utilisant du CAP). Pour la même période, environ95 kg (humidité d’environ 30 à 35%) de charbon usagé ont été extraits, occu-pant un volume d’environ 140 litres.

Des mesures UV ont été réalisées à 254 nm et une bonne corrélation a pu être obtenue entre les ren-dements UV entrée-sortie du pilote et ceux calculés avec les analyses micropolluants des mêmes échantillons, exception faite des eaux fortement chargées en MES. La mise en place d’une mesure UV online a permis une surveillance de l’efficacité du pilote en temps réel. Hormis une maintenance extraordinaire nécessitée lorsqu’une eau fortement chargée en matières en suspension l’a malencontreusement alimenté, le pilote CarboPlus® s’est révélé facile d’utilisation et n’a pas occasionné de surcharge de travail pour les exploitants de la STEP.Compte tenu des très bons résultats obtenus lors de l’essai n°1, le procédé CarboPlus® peut être envisagé et recommandé pour le traitement des micropolluants à la STEP de Penthaz.

Une phase d’optimisation est menée actuellement. L’influence de débits variables et des temps de pluie sont notamment en cours d’évaluation sur la base des mesures UV online et d’analyses micropolluants. Un deuxième essai avec un charbon actif en micrograins d’un autre fournisseur est également prévu avant la fin des essais en été 2017. Les résultats obtenus pour l’essai pilote n°1 sont reportés et commentés dans le présent rapport. Le rapport final sur les essaisseramis en ligne sur la plateforme du VSA consacrée aux micropolluants (www.micropoll.ch) courant 2017.

  • Année de publication:  2017

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