Questions relatives au charbon actif
Questions relatives au procédé du charbon actif
Il n’est pas facile de répondre à cette question. En plus de la capacité d’adsorption, d’autres facteurs entrent en ligne de compte, comme par exemple la densité, la décantabilité, la distribution granulométrique, la dureté (abrasion), le prix. Les producteurs et fournisseurs de charbon actif disposent en général de beaucoup de connaissances relatives à la capacité d’adsorption de leur charbon. Une production respectueuse de l’environnement, si possible à partir de matières premières renouvelables, serait souhaitable.
Le CAP n’est pas un produit dangereux en soi. L’inhalation de poussière de CAP peut cependant provoquer des problèmes respiratoires. Lors de contacts avec les yeux ou la peau, le CAP peut provoquer de légères irritations. Si le CAP est mis en suspension dans l’air, des explosions de poussières sont possibles si une source d’ignition est présente. Des aspects de sécurité à considérer lors de l’utilisation de CAP sont décrits dans une fiche d’information.
Les quantités de charbon actif dosés sont relativement faibles. Les projets pilotes menés jusque-là ont montré qu’un dosage de 10 à 20 mg/L permet d’atteindre une élimination suffisante (> 80%). Dans l’effluent des STEP, une quantité de MES comprise entre 3 et 15 mg/L est généralement mesurée. Il est évident que, pour retenir la fraction fine du charbon actif, une filtration est nécessaire à l’aval d’un procédé de traitement au CAP. Un projet de la plateforme est actuellement en cours pour mesurer les pertes de charbon actif de différents procédés. Les résultats seront mis à disposition dans un rapport.
Jusque-là, la régénération de CAP n’est pas rentable sur le plan financier. Actuellement, le CAP est éliminé avec les boues primaires et les boues activées dans le traitement des boues. Pour l’instant des informations plus détaillées manquent.
Dans le cas du « procédé Ulm », le CAP, le coagulant et le floculant sont dosés dans cet ordre dans le réacteur de contact. A la STEP de Bachwis à Herisau, un dosage en trois points pour le coagulant a été étudié (dans la biologie, à l’entrée du réacteur de contact et juste avant les filtres). Ce procédé s’est révélé être efficace. Le floculant est mélangé à l’extrémité du réacteur de contact.
Si le CAP est dosé avant le filtre, le coagulant est dosé avec le CAP dans le réacteur de contact. Dans ce cas, aucun floculant n’est dosé.
Lors du dosage de CAP dans l’étape de traitement biologique, l’ajout de coagulant et de floculant doit être évalué au cas par cas.
A la STEP de Bülach-Furt (filtration CAG), les essais sont réalisés avec du CAG frais (cf. rapport intermédiaire). la STEP de Penthaz (CAG dans le lit fluidisé) a réalisé la 1re phase de son essai pilote avec du CAG frais et la 2e phase avec du CAG réactivé (cf. rapport intermédiaire de Penthaz). Trois CAG différents ont été testées (dont un produit réactivé) à la STEP de Glarnerland (cf. rapport final). Après chaque réactivation, seulement 10 à 20% de CAG frais est nécessaire pour restaurer la capacité d’adsorption. De cette manière, les émissions de CO2 sont nettement plus faibles qu’avec le charbon actif en poudre. Il n’est actuellement pas possible de réactiver du CAG en Suisse. Mais le charbon actif peut être réactivé dans des fours situés au Nord de l’Italie.
Questions relatives aux pertes de CA
Il n’existe pas de valeur limite pour les pertes de CA. Toutefois, le charbon actif utilisé doit être retenu autant que possible afin de protéger le milieu récepteur (art. 63 GSchG, protection adéquate des eaux). Dans le cadre d’une vaste campagne de mesures, différents procédés de traitement au charbon actif ont été étudiés pour évaluer les pertes de CA. Les résultats ont montré que, pour la plupart des techniques de traitement, les concentrations de CA dans l’effluent se situent dans la plage de la limite de détection (0,1 mg/L) et qu’une rétention de CA supérieure à 95 % est techniquement possible. Le rapport ainsi qu’une fiche d’information sont disponibles.
Dans le projet « Pertes de charbon actif des étapes de traitement des micropolluants », deux méthodes ont été comparées : l’analyse thermogravimétrique (TGA) et la méthode du gradient TOC. Les deux méthodes déterminent la proportion de charbon actif par rapport aux MES totales. La limite de détection est de 0,1 mgCAP/l. Il a été démontré que les méthodes sont comparables et adaptées à cette application. Il est donc recommandé de mesurer périodiquement la fraction de CA dans l’effluent de la STEP en utilisant l’une des deux méthodes. Le rapport et une fiche d’information sont disponibles ici. Les données actuelles ne montrent pas de corrélation claire entre la concentration de charbon actif dans l’effluent de la STEP et les paramètres standards comme les MES ou la turbidité. Cependant, si les valeurs mesurées de ces paramètres sont faibles, on peut supposer que les pertes de CA sont également faibles.
Après le dosage de CAP, celui-ci doit être séparé le plus complètement possible des eaux usées épurées. Différents procédés ont été testés à cet effet: filtration avec floculant, filtration membranaire ou sédimentation suivie d’une filtration sur sable ou d’une filtration sur tissus. Une étape de filtration finale permet d’être tout à fait certain que les MES sont inférieures à 5 mg/l en sortie. Mais il est difficile de savoir de quoi ces MES sont composées quantitativement ou quelle est la part de CAP (les autres composants sont pour l’essentiel des flocs de boues activées et de floculant).
De nouvelles méthodes d’analyse (par exemple la thermogravimétrie) permettent de déterminer la part de CAP dans les MES. Des études actuelles montrent que les procédés de séparation susmentionnés permettent de retenir plus de 99% du CAP dosé (cf. article A&G, rapport,).
Le risque d’une redissolution dans les cours d’eau des composés traces fixés au CAP est actuellement considéré comme très faible (cf. également les analyses du Centre de Compétences sur les composés traces du Bade-Wurtemberg, Meckes et al., 2014). L’exploitation sur le long terme de nombreuses installations de CAP en Allemagne n’a pas permis de constater que les pertes de CAP engendraient des impacts négatifs dans les cours d’eau. La loi exige toutefois (art. 63 LEaux «protection efficace des eaux») que l’apport de CAP dans les cours d’eau soit minimisé.
Non, une rétention efficace de CAP peut également être assurée avec d’autres procédés que les membranes. L’important est de garantir une rétention optimale du CAP.
Aucune étude n’a encore été effectuée à ce sujet. Il n’y a pas lieu de s’attendre à une redissolution à grande échelle des MP dans les cours d’eau. Des essais visant à dissoudre des micropolluants issus du CAP ont montré que c’était pratiquement impossible.
Non, la mesure des composés traces s’effectue durant la phase dissoute, aussi bien dans le débit entrant que le débit sortant.
Questions concernant la qualité du charbon actif
Différents paramètres peuvent être utilisés pour évaluer la qualité du charbon actif. Les exigences concrètes doivent être définies à l’avance et faire l’objet d’un accord contractuel avec le fournisseur.
Un paramètre clé est le taux d’épuration comparé à celui de l’échantillon sur la base duquel le charbon actif a été choisi. Le taux d’épuration est généralement déterminé à l’aide de tests par agitation en laboratoire (des instructions sur la façon de procéder sont données ici). De tels tests prennent quelques jours et ne peuvent donc être effectués qu’après que le charbon actif ait été versé dans le silo.
Il est également recommandé de déterminer la teneur en eau (selon DIN EN 12902 à 150°C), qui doit normalement être inférieure à 10%. La teneur en cendres et le résidu de calcination peuvent également être utilisés pour déterminer la proportion de charbon actif frais et réactivé, la teneur en cendres d’un charbon frais étant d’environ 5-10% et celle d’un produit réactivé inférieure à 15% (Rössler et al., 2019). Il n’existe actuellement aucune procédure générale disponible pour le charbon actif en grain : les essais en laboratoire sont plus difficiles en raison de la durée d’utilisation de plusieurs mois des filtres à CAG et de la grosseur des grains.
En principe, les informations sur la durabilité et les aspects sociaux et éthiques sont limitées et difficiles à vérifier. Une façon de prendre en compte les aspects sociaux dans un appel d’offres consiste à faire du respect des conventions fondamentales de l’Organisation internationale du travail (OIT) une condition de participation.
En choisissant un charbon actif à base d’une matière première renouvelable (par exemple le bois) ou avec une forte proportion de produit réactivé (c’est-à-dire du charbon actif déjà utilisé dans d’autres applications et régénéré), les impacts environnementaux (en particulier les émissions de gaz à effet de serre et la consommation d’énergie primaire) peuvent être fortement réduits. Les impacts environnementaux peuvent être pris en compte dans les appels d’offres, en évaluant les données sur la matière première et la proportion de produit réactivé, pour autant que ces données soient comparables. Selon les connaissances actuelles, les produits durables sont aussi bons que les autres en termes de taux d’épuration, mais ont tendance à être plus chers.
Jusqu’à présent, il n’existe pas de labels ou autre pour le charbon actif utilisé dans les stations d’épuration. Un tel label serait toutefois bien accueilli par de nombreux acteurs du domaine, y compris les fabricants. Des labels ou des certificats pour le charbon actif existent déjà dans d’autres domaines, par exemple pour le charbon de bois utilisé pour les barbecues ou le charbon de bois végétal utilisé, par exemple, comme amendement des sols.