Le rôle du charbon actif dans la réduction des sous-produits de désinfection dans l’eau potable

Sous-produits de désinfection et matière organique naturelle

La matière organique naturelle est présente dans toutes les sources d’eau douce et provient de la dégradation de matières organiques, telles que les algues et la végétation. Lors de l’étape de désinfection du traitement de l’eau potable, cette matière organique peut réagir avec le chlore, l’ozone, le dioxyde de chlore ou d’autres désinfectants, pour former des sous-produits de désinfection (SPD) indésirables et toxiques. Ceux-ci peuvent inclure des composés organiques tels que les trihalométhanes (THM) ou des composés inorganiques tels que l’ion bromate.

Les trihalométhanes sont essentiellement un sous-produit du processus de traitement de l’eau, mais ils présentent des risques potentiels pour la santé et sont donc inclus dans la réglementation sur le contrôle de l’eau.

La directive Eau potable révisée (UE) 2020 (2020/2184) protège la qualité de l’eau potable et fait partie du cadre réglementaire relatif à l’approvisionnement en eau et à l’assainissement dans l’Union européenne.

Réduire le niveau de matière organique naturelle, ou des « précurseurs » tels que les acides humiques, est un moyen efficace de diminuer la formation de trihalométhanes dans l’eau finale. Une teneur plus faible en carbone organique total dans l’eau avant l’étape finale de chloration signifie qu’il y aura moins de matière organique pour réagir avec le chlore et donc une formation plus faible de THM.

Normalement, la majeure partie de la matière organique naturelle est éliminée lors des étapes précédant la chloration, mais ce n’est pas toujours le cas. Par conséquent, un média filtrant tel que le charbon actif en granulés peut être utilisé pour réduire davantage la matière organique.

Les applications sur les eaux souterraines présentent généralement une teneur en carbone organique total plus faible que les eaux de surface et, par conséquent, des concentrations en SPD généralement plus faibles.

Élimination des trihalométhanes (THM)

Les trihalométhanes se forment lorsque la matière organique naturelle, telle que les acides humiques — appelés précurseurs — réagit avec le chlore utilisé pour traiter l’eau. Les composés bromés se forment lorsque le bromure naturellement présent dans l’eau réagit avec le chlore. Ils sont considérés comme des polluants environnementaux et, par conséquent, les niveaux de THM dans les réseaux publics d’eau potable sont strictement contrôlés.

Les THM sont des produits chimiques organiques dans lesquels trois des quatre atomes d’hydrogène du méthane (CH₄) sont remplacés par des atomes d’halogènes. Les trihalométhanes dont tous les atomes d’halogènes sont identiques sont appelés haloformes.

Les THM et les halocarbures présentent une adsorption sur le charbon actif allant de faible à forte. Plus la substitution en chlore dans une molécule est élevée, plus elle est fortement adsorbée sur le charbon, car les composés carbone-chlore ou carbone-brome sont mieux adsorbés que les composés carbone-hydrogène.

Élimination des chloramines

La chloration de l’eau potable peut également entraîner la formation de sous-produits de chloramines dans l’eau. Ces composés existent dans l’eau sous trois formes : monochloramine (NH₂Cl, à pH>7), dichloramine (NHCl₂, à pH 4.4-7) ou trichloramine (NCl₃, à pH <4.4).

En raison de la plage de pH, la monochloramine est la plus courante. Les chloramines, en particulier la trichloramine, sont principalement responsables de l’essentiel de l’« odeur de chlore » des piscines et sont irritantes.

Par le passé, ce composé était assez difficile à éliminer à l’aide de charbon actif. Cependant, le charbon CENTAUR® de Chemviron possède des propriétés catalytiques ainsi que des propriétés d’adsorption, ce qui rend CENTAUR® particulièrement efficace pour l’élimination de la monochloramine. Par conséquent, l’élimination de tous les types de chloramines est réalisable et économiquement avantageuse.

Lorsque le procédé de traitement de l’eau a des difficultés à respecter les niveaux de SPD, la chloramine peut être utilisée à la place du chlore lors de l’étape de désinfection. Toutefois, bien que la chloramine réduise la formation de THM et d’AAH, elle formera d’autres SPD tels que les halonitriles et les halonitrométhanes.

Acides haloacétiques (AAH)

Ce sont les composés halogénés les plus courants après les THM et ils sont considérés comme plus toxiques que les THM, mais sont généralement présents à des concentrations plus faibles. Cependant, leur forte solubilité les rend moins facilement adsorbables sur le charbon actif.

Quels sous-produits de désinfection peuvent être éliminés à l’aide de charbon actif ?

Le charbon actif, sous forme granulaire ou poudre, est l’une des meilleures technologies disponibles pour éliminer un large éventail de contaminants organiques de l’eau potable.

Le charbon actif en granulés est également largement utilisé comme moyen supplémentaire pour capter la matière organique dissoute qui pourrait échapper au traitement lors de l’étape de coagulation. Il s’agit généralement d’un filtre primaire ou de préfiltration utilisant des types de charbon actif à lit grossier afin d’éviter l’augmentation des pertes de charge. Pour ce type d’installations, des filtres rapides à gravité existants peuvent être adaptés pour recevoir du charbon actif. Toutefois, bien que le temps de contact à lit vide puisse être court, la capacité peut néanmoins être suffisante pour réduire la charge organique.

L’adsorption des contaminants sur le charbon est principalement régie par la cinétique de diffusion. Ce n’est pas un processus instantané et nécessite donc un temps de contact suffisant et le bon charbon actif pour atteindre l’objectif de traitement visé.

Certaines de ces substances, y compris les sous-produits de désinfection, qui peuvent être efficacement éliminées grâce à la technologie au charbon actif, sont indiquées dans le tableau ci-dessous :

Pour des informations sur l’élimination des pesticides, des POP et des composés organiques chlorés, veuillez consulter notre article.

Pour des informations sur l’élimination du goût et des odeurs, veuillez consulter notre article.

Pour des informations sur l’élimination des PFAS et des pesticides, veuillez consulter notre article.

Comment Chemviron peut-il vous aider ?

Le charbon le plus efficace à utiliser peut dépendre de la nature du contaminant organique, du niveau de ses concentrations et des étapes globales de traitement mises en œuvre.

Comme chaque source d’eau est différente, il est parfois pertinent de réaliser un essai en laboratoire sur un échantillon d’eau représentatif afin d’évaluer l’efficacité de l’utilisation du charbon actif.

Évaluation des performances pour garantir la sélection de la solution la plus efficace

Les essais d’isotherme visant à évaluer l’élimination des composés organiques à l’aide de charbon actif peuvent être utilisés pour déterminer le COT probable en sortie et donc l’efficacité probable du CAG. Les essais à l’échelle du banc ou les essais pilotes sur site sont toujours considérés comme bien plus efficaces pour indiquer la consommation probable de charbon. Chemviron peut apporter un soutien et des conseils grâce à nos unités pilotes, qui incluent notre gamme de petits filtres mobiles au charbon.

L’essai accéléré sur colonne (ACT), développé par notre société, est une technique améliorée qui combine la rapidité d’un essai d’isotherme avec la précision d’une colonne pilote. L’ACT est une procédure à l’échelle du banc qui simule un système à l’échelle industrielle afin de fournir des données d’essai de percée pour l’élimination des impuretés organiques dans l’eau, mais en un temps beaucoup plus court.

En outre, Chemviron dispose d’une vaste bibliothèque de références de données de performance afin d’aider à proposer une solution technique appropriée.

Charbons actifs haute performance

Chemviron propose une large gamme de charbons actifs en poudre et en granulés pour ces applications. Les charbons actifs en granulés FILTRASORB® sont largement utilisés dans le monde entier depuis de nombreuses années pour éliminer les sous-produits de désinfection et les composés de type trihalométhanes.

Les charbons FILTRASORB® sont les charbons actifs en granulés les plus utilisés pour le traitement de l’eau potable. Cela s’explique principalement par leur excellente capacité d’adsorption, leur durée de performance éprouvée et leur grande durabilité sur plusieurs cycles de réactivation. Les charbons actifs FILTRASORB® sont produits à partir de qualités sélectionnées de charbon bitumineux, selon un procédé en deux étapes qui réagglomère le produit avant l’activation à la vapeur.

Grâce à notre grande expérience dans ce domaine, Chemviron peut travailler avec vous pour vous conseiller sur les charbons adaptés à votre application spécifique et sur la manière d’en assurer une utilisation efficace. Cela inclut une assistance pratique sur site, par exemple pour le lavage à contre-courant, nécessaire pour garantir un écoulement uniforme à travers le lit.

Recyclage du charbon usé et filtres mobiles au charbon pour la durabilité et les économies de coûts

Le charbon actif en granulés installé dans les usines de traitement d’eau peut être recyclé par réactivation thermique. Le charbon réactivé peut ensuite être renvoyé à l’usine de traitement d’eau dont il provient et remis en service pendant plusieurs années supplémentaires. La réactivation thermique consiste à traiter le charbon usé dans un four à haute température, où les composés organiques indésirables présents sur le charbon sont détruits par voie thermique. Le recyclage du charbon actif par réactivation thermique est une technologie durable et respectueuse de l’environnement, qui répond à tous nos objectifs de minimisation des déchets et de réduction des émissions de CO₂.

Si l’application concerne une eau souterraine, un traitement temporaire ou un traitement de pointe, pourquoi ne pas envisager l’utilisation de filtres mobiles au charbon disponibles à la location ? Il s’agit de filtres au charbon actif pouvant être utilisés sur site à la fois comme unité de purification de l’eau, puis transportés vers et depuis le site sans nécessiter d’échange de charbon sur site.

Chemviron propose une gamme d’unités de différentes tailles et capacités, notamment des filtres mobiles au charbon de plus petite taille pouvant être utilisés comme unités pilotes. Lorsqu’un filtre mobile au charbon est utilisé, le charbon usé peut être facilement renvoyé, dans le filtre mobile au charbon, vers notre centre de réactivation pour traitement.

Si vous avez besoin d’un support technique pour évaluer le traitement proposé, d’aide pour le choix du charbon actif, notre service de réactivation, l’utilisation de notre service de filtres mobiles au charbon ou simplement de conseils complémentaires, veuillez nous contacter – contactez notre équipe technique.