Eawag Institut de Recherche de l’Eau du Domaine des EPF

Épuration biologique des eaux usées et traitement au charbon actif

Adriano Joss, Eawag Journee d’info, le 3 septembre 2015

Station d’épuration de Herisau : première STEP en Suisse avec CAP

CAP = charbon actif en poudre Photo : H. Messmer, août 2015

Sédimentation Traitement biologique

Filtration Traitement avec CAP

Débit STEP : 34’000 éq. hab. 2

Station d’épuration de Herisau: première STEP en Suisse avec CAP

Herisau : point de rejet, décembre 2008 Écume : industrie textile (teinturerie) Dilution (Q347) ~1:2

Photo : A. Joss 3

Herisau : point de rejet, août 2015

Photo : H. Messmer 4

Contenu de cette présentation

Traitement avec CAP

1. Traitement biologique 2. Traitement avec charbon actif en poudre (CAP) 3. Traitement avec charbon actif granulaire (CAG) 4. Combinaison du CA avec l’ozone

5

STEP aujourd’hui : sans ou avec nitrification

6

Falas et al., soumis à Water Research

80% d’élimination

Traitement biologique : les alternatives

European Research Council 7

Boues activées, Post-traitement aérobie

(3 réacteurs)

Con

figur

atio

n

.

Eau

brut

e

Synthétique

1 j ; 1 j ; 1 j

Municipale

Traitement anaérobie (6 réacteurs; 2 HRTs)

1 j ou 7 j

12 h ; 7 j ; 7 j

Post-traitement anaérobie (3 réacteurs)

Main-stream

Side-Stream

Acétate ou NH4

+ Acétate ou NH4

+

WWTP

Fe3+ SO42-

Boues activées 25, 40 et 100 j age d.b.

(3×2 réacteurs)

CH4 Acétate

Main-stream :15 h Side-stream : 12-20 j

Municipale Municipale

HR

T

Projet Athene : Comparaison de chaines de traitement biologique

European Research Council Falas et al., soumis à Water Research 8

Traitements biologiques avancés

20% résidus = 80% élimination

Falas et al., soumis à Water Research

Biodégradation = Transformation pas toujours minéralisation

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o Élimination de la STEP aujourd’hui : o Avec nitrification environ 50% de la charge des micropolluants o Sans nitrification environ 30% de la charge des micropolluants

o Optimisation du traitement biologique : o Augmentation de l’élimination seulement pour quelques substances

o Multitude de variantes testées : o Eawag (projet Athene) : 12 réacteurs, réacteurs en cascade, procédés

anaérobiques, anammox, aérobies, biofilm (en somme >15 ans d’opération de réacteur)

o EPFL (doctorat Jonas Margot) : post-traitement fongique o FHNW : traitement avec microorganismes modifiés génétiquement

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Traitements biologiques : Faible potentiel d’optimisation

Silo du CAP

Humidification et dosage du CAP

Dosage précipitant et coagulant

Boues activées

Recyclage ou évacuation du CAP en surplus

Séparation CAP

Réacteur de contact

Retour

Alternative : Dosage avec CAP direct dans la biologie

Charbon actif en poudre (CAP) : Filière de traitement

0%

20%

40%

60%

80%

100%Be

lebun

g (42

)

12 m

g/l oh

ne R

(42)

20 m

g/l oh

ne R

(42)

Beleb

ung O

ekotox

(6)

12 m

g/l oh

ne R

Oekot

ox (6)

20 m

g/l oh

ne R

Oekto

x (6)

Beleb

ung (

36)

10 m

g/l oh

ne R

(36)

10 m

g/l mit

R (36

)

15 m

g/l mit

R (36

)

15 m

g/l Bio

(36)

30 m

g/l Bio

(36)

Beleb

ung (

30)

15 m

g/l mit

R (30

)

Lausanne Eawag Kloten/OpfikonBA

12 m

gCAP

/l san

s R

20 m

gCAP

/l san

s R

BA ec

otox

12 m

gCAP

/l san

s R ec

otox BA

10 m

gCAP

/l san

s R

10 m

gCAP

/l ave

c R

15 m

gCAP

/l ave

c R

15 m

gCAP

/l dos

age d

ans B

A

30 m

gCAP

/l dos

age d

ans B

A BA

15 m

g/l av

ec R

Élim

inatio

n (%

)

20 m

gCAP

/l san

s R ec

otox

BA = boues activées R = retour du CAP vers les BA ecotox = test d’écotoxicité

Charbon actif en poudre (CAP) : Elimination

Charbon actif en poudre (CAP)

Filtration Sédimentation

Réacteur de contact

Silo

Photo : H. Messmer, aout 2015

Projet Actifilt (Ergolz I) : Filière CAP sans sédimentation

Emprise au sol comparable à l’ozone

Photo : H. Messmer, aout 2015

Filtration

Réacteur de contact

Silo

Rejet traitement biologique

Eau de lavage (en tête de la STEP)

Mesure du niveau

Couche CAG

Couche de soutien

Tuyère de filtration et contre-lavage

Charbon actif granulaire (CAG) : Filière de traitement

Charbon actif granulaire : Projet ARA à Bülach

Décantation primaire

Boues activées (nitrification)

Sédimentation

Filtration à sable : Sable remplacé par du CAG dans 2 de 6 filtres

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(Grains : 1.2 à 2.3 mm)

Charbon actif granulaire : Projet ARA à Bülach

CAG = masse filtrante, 1.5 m hauteur Rétention parmi sédimentation

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CAG-Bülach : Élimination des micropolluants

Résultat préliminaire : CAG achève une élimination partielle

Pour être compétitif avec du CAP : 20’000 à 25’000 m3

eau/m3filtre

avant une régénération du CAG

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o Ozone suivi par CAP o Sites ou le dosage d’ozone est limité par la formation de sous-

produits (p.ex. bromure en entrée) o Essai pilote à Bâle (ARA ProRheno)

o Ozone suivi par CAG o Effet complémentaire du CAG ? o Coûts/avantages favorable ? o 2ème phase du projet ARA-Bülach

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Combinaison charbon actif et ozone

o CAP : o STEP de petite taille : dosage direct o Post-traitement : retour du CAP dans la biologie, réduit le dosage o Sédimentation du CAP superflue → emprise au sol comparable à l’ozone

o CAG : o Élimination clairement supérieure au filtre à sable o CAG achève une élimination partielle

o Combinaison avec ozone : o Essai pilote en cours o Coûts/avantages à confirmer

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Traitement au charbon actif

Merci

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o STEP Herisau : Hansruedi Messmer o VSA : Pascal Wunderlin o Projet CAG

o OFEV : Michael Schärer, Saskia Zimmermann-Steffens o VSA : Pascal Wunderlin, Urs Kupper o STEP Bülach : Gianni Bombardieri, Markus Allemann o ERZ : Christian Abegglen o AWEL : Urs Holliger, Oliver Jäggi, Christian Balsiger o Wabag : Martin Baggenstos o Hunziker-Betatech : Ruedi Moser o Kt. Solothurn : Philipp Staufer

o Projet Actifilt o OFEV : Micheal Schärer o ARA Ergolz I : Gerhard Koch o Wabag : Martin Baggenstos o Fachhochschule Nordwestschweiz : Thomas Wintgens o Holinger : Michael Thomann o Dolder : Jan Zumwald