Les charbons actifs sont des matériaux utilisés pour la purification de l’eau et disponibles sous deux formes principales : le charbon en poudre (CAP) et le charbon en grains (CAG). Dans cet article, nous allons nous intéresser à la mise en œuvre de ces charbons pour garantir une utilisation efficace et économique.
Charbon en poudre (CAP)
Le charbon en poudre se présente sous forme de particules de dimensions comprises entre 10 et 50 mm. Il est principalement utilisé en combinaison avec les traitements de clarification de l’eau. Introduit en continu avec les réactifs de floculation, il est inséré dans les flocs et ensuite extrait de l’eau avec eux (boues).
Pour une utilisation optimale du CAP, il est recommandé d’utiliser un décanteur à lit de boues tel que le Pulsator, le Superpulsator ou le Pulsatube. Ces appareils permettent d’augmenter le temps de contact entre l’eau et le charbon, ce qui approche mieux les capacités de saturation à l’équilibre. En utilisant un Pulsator au lieu d’un décanteur statique, il est possible de réaliser une économie de charbon de 15 à 40% tout en obtenant le même résultat.
De plus, l’utilisation de charbon actif en poudre dans la boucle de recirculation d’un ultrafiltre permet d’éliminer les matières organiques dissoutes, en complément de l’élimination des matières en suspension par la membrane. Ce procédé, appelé procédé Cristal, permet de récupérer le charbon utilisé dans les eaux de rétrolavage, qui peuvent ensuite être renvoyées en tête d’un décanteur à lit ou de recirculation de boues.
Avantages
- Les charbons actifs en poudre sont moins chers que les charbons en grains.
- Leur dosage peut être ajusté en fonction de la concentration des polluants.
- Leur utilisation ne nécessite qu’un investissement réduit lorsque le traitement ne comporte qu’une étape de floculation-décantation.
- Leur cinétique d’adsorption est rapide en raison de leur grande surface.
Inconvénients
- Il est impossible de régénérer le charbon actif lorsqu’il est récupéré en mélange avec des boues.
- Il est difficile d’éliminer les dernières traces d’impuretés sans ajouter un excès de charbon actif.
- Il est nécessaire de détecter les pointes de pollution pour pouvoir utiliser le charbon lors de ces occasions.
- Le charbon en poudre est principalement utilisé pour des dosages discontinus ou de faible importance. Pour des traitements plus importants, il est préférable d’utiliser des charbons en grains régénérables.
Charbon en grains (CAG)
Les charbons en grains sont utilisés sous forme de lits filtrants traversés par l’eau à traiter. Les impuretés se trouvent ainsi soumises à une extraction méthodique. La capacité utile d’un charbon, exprimée en g de polluant fixé par kg de charbon actif, est un critère essentiel pour évaluer son efficacité.
La capacité utile du charbon en grains dépend de plusieurs facteurs :
- La profondeur du lit : plus le lit est profond, plus il tolère des fronts d’adsorption allongés sans fuite excessive. En pratique, des hauteurs de couche comprises entre 0,8 et 3 m sont utilisées.
- La vitesse d’échange : il est généralement recommandé de ne pas dépasser 3 volumes d’eau par volume de charbon et par heure pour les cas de pollution élevée. Toutefois, dans le cas du traitement des eaux de consommation, des charges volumiques plus élevées peuvent être utilisées pour optimiser l’investissement.
- La matrice organique de l’eau : la capacité d’adsorption du charbon en grains diminue lorsque la matrice organique de l’eau augmente.
Un lit compact de charbon en grains remplit quatre fonctions : filtration, support bactérien, action réductrice et adsorption.
Systèmes de mise en œuvre du CAG
Trois agencements sont possibles pour la mise en œuvre du charbon en grains :
- Lits fixes simples : cette technique est couramment utilisée dans les traitements de potabilisation de l’eau. Le charbon usagé est remplacé par du charbon neuf lorsque la teneur en micropolluants de l’eau traitée atteint un seuil d’alarme.
- Lits fixes en série : cette configuration est utilisée dans le traitement des eaux résiduaires. Plusieurs colonnes de charbon en grains sont utilisées en série, avec un système d’extraction à contre-courant.
- Lits mobiles : cette configuration fonctionne également à contre-courant, mais avec un seul lit de charbon en grains. La base du lit peut être fluidisée pour faciliter l’extraction du charbon saturé.
Régénération du charbon actif
Le charbon actif est un produit coûteux, c’est pourquoi il est nécessaire de pouvoir le régénérer. Trois méthodes de régénération sont couramment utilisées :
- Régénération à la vapeur : cette méthode est limitée aux charbons qui n’ont fixé que des produits très volatils. Elle peut également être utilisée pour décolmater la surface des grains et stériliser le charbon.
- Régénération thermique : cette méthode consiste à chauffer le charbon à environ 800 °C sous atmosphère contrôlée pour provoquer la pyrolyse des matières organiques adsorbées. C’est la méthode la plus couramment utilisée, mais elle nécessite des investissements lourds et entraîne des pertes de charbon élevées.
- Régénération biologique : le biofilm bactérien fixé sur le charbon actif peut contribuer à la dégradation des matières organiques adsorbées, ce qui augmente la capacité utile d’adsorption du charbon. Cependant, cette méthode ne dispense pas de la régénération thermique.
En conclusion, la mise en œuvre des charbons actifs, qu’ils soient en poudre ou en grains, nécessite une bonne compréhension des principes de base pour garantir une utilisation efficace et économique.
