CAG: aspects liés à l’exploitation

Taux d’épuration

Filtration sur CAG

Dans le cas de la filtration sur CAG, des essais pilotes et des premières applications à l’échelle industrielle montrent que le procédé est approprié pour éliminer les micropolluants des eaux usées communales et respecte avec fiabilité le taux d’épuration de 80%. Pour une exploitation efficiente de la filtration sur CAG, deux aspects doivent être pris en compte: un temps de contact (EBCT) suffisant de l’ordre de 20 à 30 minutes et une concentration de COD la plus faible possible dans les eaux usées en entrée. Toutefois, l’évaluation de la rentabilité est encore incertaine du fait du manque de données. Elle dépend plus particulièrement de la fréquence à laquelle le CAG doit être réactivé. En cas de pluie, le taux d’épuration a tendance à baisser, car le temps de contact avec le CAG et la concentration de substances dans la phase aqueuse diminuent. Des concepts et des modes d’exploitation éprouvés dans la pratique sont encore nécessaires.

CAG en lit fluidisé

Dans le cas du CAG en lit fluidisé, des essais pilotes et des premières applications à l’échelle industrielle montrent que le procédé convient à l’élimination des micropolluants dans les eaux usées communales et respecte avec fiabilité le taux d’épuration de 80%. Le taux d’épuration exigé peut également être respecté par temps de pluie. Les premières expériences montrent que la dose de charbon actif requise est similaire à celle de la filtration sur CAG. Contrairement à la filtration sur CAG, le système à lit fluidisé permet toutefois un ajout de charbon actif périodiquement accru lors des pics de concentration ou des épisodes de pluie prolongés. Cela permet d’éviter une chute du rendement d’élimination.

Exploitation et surveillance

Filtration sur CAG

Impressions de l’installation (à gauche) et de l’enlèvement (à droite) du CAG à la station d’épuration des eaux usées d’Obere Lutter :

Installation du CAG
Enlèvement du CAG

Lorsque les filtres à CAG sont exploités en parallèle, il convient de veiller à ce que les différentes cellules filtrantes soient mises en service de manière échelonnée. Il est ainsi possible de renouveler le CAG de manière progressive.  Cela permet de prolonger la durée de vie des différents filtres à CAG. En effet, l’ensemble des effluents se compose des effluents des différentes cellules filtrantes sur CAG: la condition de déversement pour l’effluent global peut donc être respectée, même si la cellule la plus ancienne n’atteint plus le taux d’épuration de 80% exigé. Avec ce mode opératoire, il convient de veiller, lors de l’activation et de la désactivation des cellules filtrantes, à ce que toutes les cellules soient exploitées de la même manière à long terme et ainsi chargées uniformément. La mesure du CAS est une technique prometteuse pour la surveillance en ligne. Nous ne savons pas encore si cette mesure sera plus efficace que les analyses de MP périodiques pour déterminer le moment auquel le CAG doit être régénéré.

CAG en lit fluidisé

Avec le CAG en lit fluidisé, une surveillance en ligne du taux d’épuration par le biais de la mesure du CAS a fait ses preuves. De cette manière, des événements à court terme tels que l’ajout périodique de charbon frais ou une modification du débit en cas de pluie ont pu être observés de manière fiable. Par ailleurs, une surveillance des concentrations de MES à l’entrée et à la sortie du filtre à CAG est nécessaire. Une charge plus élevée de matières solides dans le filtre peut surcharger le lit de CAG et conduire à des pertes de CAG en sortie. Dans l’exploitation à l’échelle industrielle, une sonde de mesure du niveau permet une surveillance automatisée de la hauteur du lit de CAG et un déclenchement d’alarme, lorsque le lit de charbon actif dépasse une hauteur critique.

Consommation de ressources et impacts sur l’environnement

En cas de procédés au CAG, les ressources suivantes sont requises:

La consommation de CAG dépend de la composition et de la matrice des eaux usées (matières solides, COD), ainsi que du CAG utilisé. La consommation d’énergie primaire et l’empreinte CO2 sont étroitement liées à la consommation de charbon actif, car la fabrication de CAG nécessite beaucoup d’énergie. Le produit de départ utilisé pour fabriquer le charbon (matière première renouvelable ou pas), la part de produit réactivé et le mix d’électricité pour l’activation du charbon jouent un grand rôle. Dans la mesure où le CAG est régénéré, l’empreinte CO2 est meilleure qu’avec le CAP qui ne peut pas être réactivé. La consommation de charbon actif domine toutefois la consommation d’énergie primaire et l’empreinte CO2 du procédé.

L’électricité est nécessaire pour l’installation de rétrolavage (soufflantes et pompes), ainsi que pour la recirculation. Pour le rétrolavage des filtres, la consommation d’électricité est comprise pour entre 0.005 à 0.01 kWh/m3 d’eaux usées traitées, selon la taille de l’installation, la qualité des eaux usées à l’entrée de la STEP, la structure du filtre et le régime de lavage. Par ailleurs, le besoin en électricité pour une éventuelle pompe intermédiaire doit être pris en compte: avec des hauteurs de refoulement de 3 à 4 mètres, une consommation de courant d’environ 0.015 à 0.02 kWh/m3 est nécessaire.

L’espace nécessaire à la filtration peut être évalué à l’aide du temps de contact minimal ou de la vitesse de filtration maximale avec une hauteur de lit filtrant fixe. En tenant compte de la chambre pour les pompes et des installations auxiliaires, le besoin d’espace total est donc, selon la taille de l’installation, de 25 à 50% plus élevée que celle de la surface de filtration.

Protéger les cours d’eau en respectant le climat

Dans le cas des procédés au charbon actif, c’est la fabrication du charbon actif qui a le plus grand impact sur l’environnement. L’aspect qui influence le plus l’impact environnemental réside donc dans le choix d’un CAG issu de matières premières renouvelables ou comportant une part élevée de produits réactivés. Une exploitation optimisée de l’installation permet par ailleurs d’exploiter le plus efficacement possible la capacité d’adsorption du charbon actif. La règle suivante s’applique: plus les volumes de lit pouvant être traités sont importants, plus le bilan énergétique sera positif. La diminution des frais de matériau pour l’infrastructure a une moindre importance.

Modélisation de l’empreinte CO2 des filtrations sur CAG en utilisant les hypothèses du rapport « Protéger les cours d’eau en respectant le climat », ainsi que diverses mesures de réduction de l’effet de serre.

Vous trouverez ici des conseils supplémentaires sur le renforcement de l’efficience énergétique dans les installations visant à éliminer les micropolluants

Coûts

Les coûts dépendent fortement de la taille du filtre, car un temps de contact suffisant est nécessaire pour une élimination efficace des composés traces. Mais dans certains cas, les conditions locales (réserves foncières, hydraulique, fondations, infrastructure existante, etc.) jouent également un rôle important.

Filtration sur CAG

Les coûts d’exploitation d’un filtre à CAG reposent principalement sur la durée de vie du charbon, les coûts d’électricité pour le lavage et les éventuelles stations de relevage. Mais le filtre à CAG est généralement plus onéreux qu’un filtre à sable (car les filtres sont plus grands et le matériel filtrant plus cher). Les premières données disponibles nous amènent à penser que la rentabilité est similaire à celle de procédés au CAP.

CAG en lit fluidisé

Sur la base des données actuelles, on peut supposer que les coûts sont comparables à celle d’autres procédés.