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CA 03195504 2023-03-10
WO 2022/058444
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Description
Titre de l'invention : Procédé de traitement d'une eau avec renou-
vellement de l'adsorbant à un âge intermédiaire ciblé
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] L'invention se rapporte à un procédé de traitement d'un fluide,
notamment d'une
eau, en particulier d'une eau à potabiliser, mais aussi d'un effluent urbain
ou industriel,
comprenant une étape d'adsorption. Plus spécifiquement l'invention se rapporte
à une
étape de renouvellement de l'adsorbant avec un adsorbant mélangé d'âge
intermédiaire
déterminé en fonction d'un objectif d'abattement.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0002] Pour le traitement de fluide, et en particulier pour la production
d'eau potable, ou le
traitement d'effluents, il peut être proposé un abattement des contaminants
organiques
contenus dans une eau brute ou un effluent à l'aide d'une étape d'adsorption
de cette
matière.
[0003] En effet, la charge croissante de contaminants organiques (matière
organique
naturelle et micropolluants d'origine anthropique ou naturelle) observée dans
les
ressources conduit les producteurs d'eau potable et traiteurs d'effluents à
réhabiliter
leurs filières de traitement, devenues non adaptées aux objectifs de qualité.
Cette
charge croissante de contaminant organique s'impose aussi au producteur d'eau
potable à la conception d'une nouvelle installation de traitement. Enfin les
traiteurs
d'effluents, qu'il s'agisse d'effluents d'origine industrielle ou tertiaire
avant rejet en
milieu naturel ou d'effluents à potabiliser (par exemple les eaux usées) de
manière
directe ou indirecte, peuvent aussi tirer profit de traitement prenant en
compte une plus
forte présence de contaminants organiques. La prise en compte de cette
pollution im-
portante par les contaminants organiques peut notamment passer par l'ajout,
dès la
conception ou en réhabilitation, d'une filière d'affinage, notamment à l'aide
de
charbon actif, tel qu'en particulier une filtration et/ou une adsorption par
un lit de
charbon actif en grains (CAG).
[0004] Il est par exemple connu du document FR3003477 de recourir à un
filtre à charbon
actif ou réacteur à charbon actif pour retenir les matières organiques, ou
autres
polluants naturels ou artificiels. Le document FR3003477 propose en
particulier
l'utilisation d'un lit de charbon actif en grain en flux ascendant mais sans
expansion
sensible, avec en outre une phase de lavage du filtre constitué par le lit de
charbon
actif. Le lavage est mis en oeuvre par une expansion sensible du lit. Le
document
FR3003477 propose en outre une phase de renouvellement périodique du lit de
charbon actif, pour renouveler les capacités d'adsorption du lit de charbon
actif.
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[0005] Dans ce domaine du traitement de l'eau, la prise en compte de
l'émergence de micro-
polluants organiques d'origine synthétique reste encore à améliorer.
[0006] En particulier certains de ces polluants émergents sont peu
adsorbables, que ce soient
des polluants sous forme de molécules de petite taille, de molécules polaires,
ou de
molécules hydrophiles. Il s'agit notamment des métabolites de pesticides qui
peuvent
ainsi se retrouver en aval de l'étape d'adsorption, telle qu'une étape
d'adsorption avec
du charbon actif en grains. Le niveau de ces polluants émergents à l'issue de
la filière
de traitement peut alors dépasser les seuils réglementaires si ces polluants
sont spéci-
fiquement réglementés ou en tout état de cause présenter un risque à anticiper
pour les
polluants émergents non encore réglementés.
[0007] Or les filières d'affinage avec charbon actif, même celles prévues
avec un renou-
vellement périodique, ont pu être dimensionnées en fonction de certains
polluants
classiques sans avoir été conçues pour s'adapter à ces polluants émergents peu
ad-
sorbables.
[0008] Il existe donc un besoin pour améliorer le traitement par adsorption
d'un fluide, tel
que l'eau, de prendre en compte notamment les nouveaux contaminants
difficilement
adsorbables.
Résumé de l'invention
[0009] Plus particulièrement l'invention propose un procédé de traitement
de fluide,
notamment d'une eau, telle qu'une eau de surface ou souterraine, ou encore
d'un
effluent, comprenant une étape d'adsorption de polluants contenus dans le
fluide à
traiter à l'aide d'un lit d'adsorbant, le procédé comprenant en outre une
étape de renou-
vellement pour recouvrer les capacités d'adsorption du lit d'adsorbant, le
renou-
vellement incluant :
l'extraction d'un échantillon d'adsorbant du lit d'adsorbant,
la détermination d'un âge moyen cible de l'échantillon d'adsorbant extrait, en
particulier par le rajeunissement d'au moins une partie de l'échantillon
d'adsorbant extrait, auquel âge moyen cible, l'adsorbant extrait présente un
abattement réel en polluants répondant à un objectif d'abattement préa-
lablement fixé,
le rajeunissement du lit d'adsorbant à l'âge moyen cible déterminé.
[0010] Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une
ou plusieurs des
caractéristiques suivantes :
l'étape de renouvellement peut être déclenchée de manière périodique selon
une fréquence de renouvellement déterminée à l'avance ;
l'étape de renouvellement peut être déclenchée à la suite d'une étape de
détection d'un défaut de qualité du fluide à traiter en aval de l'étape
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d'adsorption, de préférence l'étape de détection comprend la détection d'un
défaut de qualité par comparaison du niveau de polluants ou du nombre de
polluants entre l'amont de l'étape d'adsorption et l'aval de l'étape
d'adsorption ;
la détection d'un défaut de qualité est effectuée lors la mise en oeuvre du
traitement du fluide à traiter, de préférence la détection d'un défaut de
qualité
étant réalisée sur la base d'une méthode de mesure choisie parmi l'une au
moins des méthodes de mesure comprenant : la chromatographie, la spec-
trométrie de masse et la spectroscopie de fluorescence ;
l'extraction d'adsorbant est réalisée lors d'une phase d'arrêt du traitement
du
fluide à traiter, de préférence lors d'une phase de lavage de l'adsorbant,
encore plus préférentiellement lors d'une phase de lavage de l'adsorbant par
injection d'air ;
l'extraction d'adsorbant est réalisée lors la mise en oeuvre du traitement du
fluide à traiter, par prélèvement en un ou plusieurs points du lit d'adsorbant
;
lors de la détermination d'un âge moyen cible de l'échantillon d'adsorbant
extrait, l'abattement réel en polluants est déterminé avec l'aide d'un pré-
lèvement du fluide à traiter en aval de l'étape d'adsorption, de préférence le
fluide à traiter prélevé en aval de l'étape d'adsorption est dopé
préalablement
à la détermination de l'abattement réel en polluants ;
la détermination de l'âge moyen cible de l'échantillon d'adsorbant est obtenue
par mesure de l'abattement réel en polluants d'un mélange d'adsorbant d'âge
jeune avec au moins une partie de l'échantillon d'adsorbant extrait du lit
d'adsorbant, et le rajeunissement du lit d'adsorbant à l'âge moyen déterminé
est effectué par le remplacement au moins partiel du lit d'adsorbant avec de
l'adsorbant d'âge jeune jusqu'à obtenir l'âge moyen cible déterminé pour le
lit d'adsorbant ;
la détermination de l'âge moyen cible de l'échantillon d'adsorbant est obtenue
par mesures de l'abattement en polluants de sous échantillons d'adsorbant
obtenus par mélange de l'adsorbant extrait avec de l'adsorbant d'âge jeune,
dans des proportions variables, l'ensemble des sous échantillons présentant
une gamme d'âges moyens intermédiaires entre l'âge de l'adsorbant extrait et
l'âge de l'adsorbant d'âge jeune, l'âge moyen du sous-échantillon présentant
l'abattement réel en polluants répondant le mieux à l'objectif d'abattement
préalablement fixé déterminant l'âge moyen cible ;
les âges moyens intermédiaires des sous-échantillons d'adsorbant se
présentent en nombre de 2 à 10, de préférence de 3 à 5, les âges
intermédiaires
étant de préférence uniformément répartis entre l'âge de l'adsorbant extrait
et
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l'âge de l'adsorbant d'âge jeune ;
la ou les mesures d'abattements en polluants du ou des mélanges d'adsorbant
sont mises en oeuvre par des mesures d'adsorption en lit court (short bed
adsorber), les tests étant réalisés de préférence avec des lits de volume
inférieur ou égal à 100mL, plus préférentiellement inférieur ou égal à 50mL,
encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 20mL ;
lors de la détermination d'un âge moyen cible de l'échantillon d'adsorbant
extrait, l'abattement réel en polluants est déterminé pour un ensemble de
polluants choisis parmi le groupe formé par le desethylhydroxyatrazine, le
métaldéhyde, l'aminotriazole, le métazachlore, le métazachlore ESA, le méta-
lochlore, le métalochlore ESA, le déséthylatrazine, le chlortoluron,
l'atrazine,
le terbuthylazine, et, le cas échéant, ou moins un parmi le ou les polluants
identifiés comme contribuant au défaut de qualité du fluide à traiter dé-
clenchant l'étape de renouvellement ;
l'objectif d'abattement préalablement fixé est défini comme une valeur
minimale d'abattement de la concentration pour chaque polluant d'un
ensemble de polluants à tester, la valeur minimale d'abattement pour chaque
polluant étant de préférence comprise entre 50% et 90%, encore plus préféren-
tiellement entre 60% et 80% ou entre 70% et 80%, la valeur minimale
d'abattement étant optionnellement la même pour chaque polluant de
l'ensemble de polluants à tester ;
le lit d'adsorbant comprend du charbon actif en grain et l'étape d'adsorption
étant réalisé par le passage du fluide à traiter, en particulier de l'eau,
sous la
forme d'un flux ascendant à travers le lit d'adsorbant, le procédé comprenant
de préférence :
= au moins une phase de filtration/adsorption au cours de laquelle la
vitesse du fluide est suffisamment faible pour ne pas provoquer
d'expansion sensible du lit de charbon actif qui assure à la fois une
filtration et une adsorption des matières contenues dans le fluide,
= et au moins une phase d'expansion est prévue, au cours de laquelle le
fluide circule à une vitesse suffisamment forte pour provoquer une
expansion sensible du lit de charbon actif qui subit alors un lavage
par le fluide.
[0011] Il est encore proposé une installation de traitement de fluide selon
le procédé de
traitement proposé, l'installation comprenant :
un réacteur d'adsorption de polluants contenus dans le fluide à traiter, le
réacteur retenant en son sein un lit d'adsorbant, et le réacteur étant muni
d'un
orifice de retrait, au moins partiel, d'adsorbant usagé du lit d'adsorbant ;
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un mélangeur d'échantillon d'adsorbant extrait du lit d'adsorbant avec de
l'adsorbant d'âge jeune ;
une unité de mesure de l'abattement réel en polluants du mélange d'adsorbant
d'âge jeune avec de l'adsorbant extrait du lit d'adsorbant, l'unité de mesure
étant de préférence une unité de mesure en lit court (short bed adsorber), les
tests étant réalisés de préférence avec des lits de volume inférieur ou égal à
100mL, plus préférentiellement inférieur ou égal à 50mL, encore plus préfé-
rentiellement inférieur ou égal à 20mL.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0012] [fig.1] représente un mode de réalisation d'une filière de
traitement d'eau avec une
étape d'adsorption de polluant.
[0013] [fig.21 représente un schéma du procédé proposé.
[0014] [fig.31 représente les résultats de mesures obtenues par HPLC-HR &
MS sur de l'eau
à la sortie de l'étape d'adsorption.
[0015] [fig.41 représente les résultats de mesures obtenues par HPLC-HR &
MS sur de l'eau
décantée alimentant l'étape d'adsorption.
[0016] [fig.51 représente les résultats de mesures obtenues par HPLC-HR &
MS sur de l'eau
brute, amont de l'étape de décantation.
[0017] [fig.61 représente des mesures d'abattement réel de polluants pour
des sous-
échantillons de mélanges avec 3 âges moyens intermédiaires.
[0018] [fig.71 représente des mesures d'abattement réel de polluants pour
des sous-
échantillons de mélanges avec 5 âges moyens intermédiaires.
[0019] [fig.81 représente une machine de tests SBA.
[0020] [fig.91 représente un lit de charbon actif en grains fonctionnant en
flux ascendant re-
présentatif d'un procédé carbazur UP.
[0021] [fig.10] représente des tests comparatifs d'abattement entre un SBA
et un carbazur
UP à l'échelle pilote pour un charbon actif de 50 000 BVT.
[0022] [fig.11] représente des tests comparatifs d'abattement entre un SBA
et un carbazur
UP à l'échelle pilote pour un charbon actif de 80 000 BVT.
[0023] [fig.12] représente un schéma d'installation de traitement de fluide
proposé.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0024] Le procédé de traitement proposé vise à éliminer les polluants
contenus dans un
fluide à traiter. Le fluide à traiter peut être de l'eau, en particulier une
eau à potabiliser,
mais aussi un effluent urbain ou industriel (notamment les lixiviats, qui sont
les
effluents liquides de stockage de déchets), avant rejet en milieu naturel ou
encore
d'effluents à potabiliser (tel que les eaux usées qui sont des effluents
urbains) de
manière directe ou indirecte.
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[0025] Dans la suite de document le terme polluant désigne aussi bien
la matière
organique que les micropolluants. Un micropolluant peut être défini comme une
substance indésirable détectable dans l'environnement à très faible
concentration
(microgramme par litre voire nanogramme par litre). La présence de
micropolluants
dans l'eau est, au moins en partie, due à l'activité humaine (procédés
industriels,
pratiques agricoles ou résidus médicamenteux et cosmétiques). Le micropolluant
se ca-
ractérise comme pouvant, à ces très faibles concentrations, engendrer des
effets sur les
organismes vivants en raison de sa toxicité, de sa persistance et de sa
bioaccumulation,
ou en raison de nuisances organoleptiques (goût ou odeur, notamment pertinent
lorsqu'il s'agit de traiter de l'eau à potabiliser). Les micropolluants sont
très nombreux
(plus de 110 000 molécules sont recensées par la réglementation européenne) et
variés.
La variété des polluants permet de les classer selon leur origine, leur
nature, ou encore
selon leurs propriétés chimiques très différentes. Ainsi les micropolluants
peuvent
avoir une origine naturelle (tels que les composés issus de dégradation des
sols, dont la
géosmine ou le methylisobornéol ou MIB, ou les résidus bactérien), végétale
(tel que
les métabolites d'algues dont les microcystines), animale, ou humaine. Les
micro-
polluants peuvent être classés selon leur nature, tel que par exemple les
composés or-
ganiques polaires, abrégés en POC (de l'expression l'anglaise polar organic
compounds) ou les composés organométalliques, abrégés en MOC (de l'expression
l'anglaise metal organic compounds). Les micropolluants peuvent avoir des
propriétés
chimiques très différentes, tel que les détergents, les métaux, les
hydrocarbures, les
pesticides, les cosmétiques ou encore les médicaments. Le procédé de
traitement de
fluide proposé s'applique donc en particulier aux composés de types pesticides
et aux
métabolites associés. Ce procédé s'applique aussi particulièrement aux
solvants. Ce
procédé s'applique encore particulièrement aux résidus pharmaceutiques ou aux
résidus d'activité industrielle. L'ensemble de ces catégories de polluants ou
micro-
polluants sont ainsi spécifiquement concernés par le procédé proposé.
[0026] Le procédé de traitement de fluide proposé comprend une étape
d'adsorption de
polluants contenus dans le fluide à traiter.
[0027] Cette étape d'adsorption est réalisée à l'aide d'un lit d'adsorbant.
L'adsorbant (ou
média adsorbant) est par exemple un charbon actif, tel qu'en particulier un
charbon
actif en grains (CAG). Le charbon actif en grain utilisé pour le procédé
proposé
présente par exemple une granulométrie entre 400 et 1 700 pm pour au moins 85
à
90% des grains, ou de préférence une granulométrie entre 800 à 1200 pm pour au
moins la majorité (50%) des grains. Les dimensions indiquées sont celles du
diamètre
équivalent des grains pour un tamisage à sec ou pour un tamisage humide. Le
charbon
actif en grain peut présenter typiquement un indice d'iode supérieur à 950 ou
1000 mg/
g lorsqu'il est à l'état neuf. L'indice d'iode est la quantité en milligramme
d'iode
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adsorbé par gramme de charbon actif. Cet indice sert à quantifier le pouvoir
adsorbant
d'un média adsorbant donné. La mesure de l'indice d'iode peut notamment être
réalisée selon le protocole standardisée par la norme ASTM D4607 ¨ 14.
[0028] Le procédé de traitement avec une étape d'adsorption peut
correspondre au procédé
illustré en [fig.1] de traitement de l'eau. Selon le procédé alors illustré :
L'eau à traiter 12 est d'abord prélevée à l'étape 10. Cette eau 12 qualifiée
plus
largement de ressource ou d'eau brute, est par exemple prélevée dans un cours
d'eau, tel qu'illustré. Il s'agit d'un exemple typique d'eau de surface. Cette
ressource peut être aussi prélevée à l'aide d'un forage, il s'agit alors d'une
eau
dite souterraine. Elle peut également être un effluent d'origine urbaine (tel
que
les eaux usées autrement appelée eaux résiduaires urbaines) ou industrielle.
L'eau prélevée peut ensuite subir une étape de pré-traitement par
clarification
14, comprenant par exemple un décanteur ou un flottateur de sorte à obtenir
une séparation, réalisée par exemple par coagulation pour retenir les matières
particulaires ou colloïdales, éventuellement suivie d'une filtration,
notamment
une filtration à sable tel qu'illustré. La nature du pré-traitement peut
dépendre
de l'origine du fluide à traiter. Dans le cas où la ressource à traiter est
une eau
souterraine, cette étape de pré-traitement peut particulièrement être évitée,
de
même que pour les eaux de surface. Dans le cas d'un effluent, il est
avantageux de prévoir un prétraitement incluant en plus une biodégradation,
par exemple en amont de la clarification.
Puis l'eau est soumise à une étape d'adsorption 18, à l'aide par exemple d'un
réacteur 20.
Après cette étape d'adsorption 18, et une éventuelle étape de filtration (non
illustrée), l'eau traitée peut ensuite être distribuée lors d'une étape de dis-
tribution 80.
Le procédé proposé peut être schématisé conformément à la [fig.21.
[0029] L'efficacité de l'étape d'adsorption 18 est améliorée par une étape
de renouvellement
40. De fait, les adsorbants, tel que le charbon actif, voient leur capacité
d'adsorption
diminuer au fur et à mesure de leur utilisation pour adsorber des polluants.
L'étape de
renouvellement du media permet alors le recouvrement des capacités
d'adsorption du
lit d'adsorbant.
[0030] Selon le procédé proposé, cette étape de renouvellement comprend
d'abord
l'extraction 42 d'un échantillon d'adsorbant du lit d'adsorbant. Cet
échantillon, comme
le reste du lit, présente une certaine diminution de ces capacités
d'adsorption du fait de
son utilisation en tant qu'adsorbant de polluants. Cette diminution des
capacités est gé-
néralement approchée par la notion de productivité, elle-même en patcouramment
assimilée à l'âge de l'échantillon. L'âge de l'échantillon, assimilé à sa
productivité,
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peut ainsi être compté en volume de lit traité (ou bed volume treated en
anglais, plus
couramment désigné par bed volume, abrégé respectivement en BVT et BV). Le
volume de lit traité correspond au volume de fluide traité, plus
particulièrement de
l'eau, par l'adsorbant rapporté au volume de l'adsorbant. Ainsi plus la
productivité de
l'adsorbant est élevée, plus l'adsorbant a traité de fluide, et plus il est
usé, ou âgé, et
alors on peut supposer que ses capacités d'adsorption ont diminué.
[0031] Sur la base de cet échantillon extrait, et donc âgé, le
renouvellement dans le procédé
proposé comprend ensuite la détermination 44 d'un âge, rajeuni, pour lequel
l'échantillon d'adsorbant retrouve un meilleur abattement en polluants. Cet
âge,
rajeuni, est un âge moyen cible à obtenir pour que l'absorbant présente un
abattement
en polluants plus satisfaisant que l'abattement en polluants de l'échantillon
d'adsorbant
au moment de son extraction. L'âge moyen cible est alors défini comme l'âge
auquel
l'adsorbant extrait présente un abattement réel en polluants répondant à un
objectif
d'abattement préalablement fixé.
[0032] Pour déterminer cet âge moyen cible, il peut être prévu de mettre en
oeuvre un rajeu-
nissement d'au moins une partie de l'échantillon d'adsorbant extrait.
[0033] Selon un mode de réalisation préféré, ce rajeunissement prend par
exemple la forme
d'un mélange d'au moins une partie de l'échantillon d'adsorbant extrait avec
un
adsorbant d'âge jeune. Par adsorbant d'âge jeune , il faut entendre un
adsorbant
d'âge plus jeune que l'échantillon d'adsorbant extrait (sans quoi le simple
mélange
avec cet adsorbant, ne permettrait pas un rajeunissement). En particulier, cet
adsorbant
d'âge jeune peut être de l'adsorbant neuf, c'est-à-dire un adsorbant qui,
après sa
production, n'a pas encore été utilisé comme adsorbant. Cet adsorbant d'âge
jeune peut
encore être de l'adsorbant régénéré, notamment dans le cas du charbon actif.
Un
adsorbant régénéré correspond à un adsorbant qui après des cycles
d'utilisations en tant
qu'adsorbant a été traité, par exemple thermiquement ou chimiquement, pour
retrouver
des capacités d'adsorption avoisinant celle de l'adsorbant neuf. L'adsorbant
neuf ou
l'adsorbant régénéré présente un âge considéré comme nul lorsqu'exprimé en
BVT.
Ainsi la régénération entraine une remise à zéro de la productivité, assimilée
à l'âge tel
que vu précédemment. Même si la régénération permet le recouvrement des
capacités
d'adsorption, l'adsorbant régénéré peut toutefois présenter des capacités
d'adsorption
plus limitées que le même adsorbant à l'état neuf. Ces capacités d'adsorption
plus
limitées après régénération peuvent par exemple être caractérisées par
l'indice d'index
d'adsorbance d'iode, ou indice d'iode. Cet indice d'iode est la quantité en
milligramme
d'iode adsorbée par gramme d'adsorbant et sert à quantifier le pouvoir
adsorbant d'un
média adsorbant. Par exemple pour un adsorbant neuf, l'indice d'iode peut être
supérieur à 950 ou 1000 mg/g (tel que pour le charbon actif préféré). A
l'inverse pour
un adsorbant usagé, l'indice d'iode peut être à inférieur à 400 mg/g. La
régénération de
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l'adsorbant peut alors amener à recouvrer un indice d'iode de préférence
supérieur à
600 mg/g ou plus préférentiellement supérieur à 700 mg/g. La régénération peut
être
effectuée hors site, en particulier par le fournisseur de l'adsorbant,
notamment, à l'aide
d'une réactivation tel qu'un traitement thermique supérieur à 800 C, dans le
cas d'un
adsorbant sous forme de charbon actif. L'indice d'iode obtenu pour une telle
régé-
nération peut alors être supérieur à 800 mg/g ou encore supérieure à 850mg/g.
La régé-
nération peut encore être effectué sur le site de l'installation de traitement
par
traitement chimique ou traitement thermique, notamment à des températures in-
férieures à la réactivation à 800 C. Cette régénération sur site permet
avantageusement
de recouvrer une partie des capacités d'adsorption (indice d'iode entre 600 et
800 mg/
g) sans nécessairement solliciter une réactivation hors site plus
contraignante.
[0034] Ensuite du rajeunissement de l'échantillon extrait et dans le but de
déterminer l'âge
moyen cible, le procédé proposé peut comprendre la mesure de l'abattement en
polluants de l'adsorbant extrait, alors rajeuni par mélange. Cette mesure de
l'abattement en polluant peut en particulier être effectuée de manière directe
par la
comparaison des concentrations de polluants en amont et en aval d'un
traitement d'un
fluide à l'aide de l'adsorbant extrait rajeuni. L'abattement en polluants peut
aussi être
mesuré de manière indirecte, par la mesure d'un niveau de polluants à l'aide
par
exemple d'une méthode de mesure d'indice d'iode (tel que discuté précédemment)
ou
encore par chromatographie, spectrométrie de masse ou spectroscopie de
fluorescence
(tel que discuté ci-dessous, donc en particulier par HPLC, HPLC-HR ou HPLC-HR
&
MS). Ce niveau de polluants ainsi déterminé peut ensuite être corrélé à une
concentration réelle de polluants, par exemple à l'aide d'abaques
prédéterminés
notamment pour chaque polluant.
[0035] Cette mesure de l'abattement en polluants de l'échantillon du lit
d'adsorbant rajeuni
est à mettre en parallèle de l'objectif d'abattement préalablement fixé.
Lorsque cet
objectif est atteint, l'échantillon du lit d'adsorbant rajeuni présente alors
un âge moyen
qui constituera la cible du rajeunissement à obtenir pour l'ensemble du lit
d'adsorbant.
[0036] L'âge moyen cible ayant été déterminé, le procédé proposé comprend
alors le rajeu-
nissement 46 du lit d'adsorbant à l'âge moyen cible déterminé.
[0037] Le rajeunissement du lit d'adsorbant peut en particulier comprendre
le remplacement
au moins partiel du lit d'adsorbant avec de l'adsorbant d'âge jeune jusqu'à
obtenir
l'âge moyen cible déterminé pour le lit d'adsorbant. La quantité d'adsorbant
d'âge
jeune à ajouter est par exemple calculée à l'aide de la moyenne arithmétique
de la
quantité d'adsorbant usé restant dans le lit et de la quantité d'adsorbant
d'âge jeune
ajouté dans le lit. En général, pour assurer un lit d'adsorbant à volume quasi
constant,
il est prévu de diminuer la quantité d'adsorbant usé restant avant l'ajout
d'adsorbant
d'âge jeune.
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[0038] Ce rajeunissement effectué par le remplacement au moins partiel du
lit d'adsorbant
avec de l'adsorbant d'âge jeune peut notamment être mis en oeuvre pour le mode
de
réalisation préféré avec une détermination de l'âge moyen cible par mélange de
l'échantillon avec de l'adsorbant d'âge jeune. Dans ce cas, le rajeunissement
effectué
pour déterminer l'âge moyen cible est la reproduction, à échelle plus petite,
du rajeu-
nissement de tout le lit d'adsorbant. Ce cas présente alors l'avantage d'une
maitrise
plus fine du recouvrement des capacités d'adsorptions obtenu pour le lit
d'adsorbant
rajeuni.
[0039] Selon le procédé proposé, pour déterminer un âge moyen cible auquel
renouveler le
lit de charbon, l'abattement en polluants de l'adsorbant extrait rajeuni est
qualifié d'
abattement réel en polluants . L'abattement est qualifié de réel en ce qu'il
est
déterminé sur la base d'un échantillon de l'adsorbant effectivement utilisé
dans le
procédé de traitement.
[0040] Du fait de cette détermination d'un abattement réel, le procédé
proposé se différencie
particulièrement des méthodes d'évaluation théorique de l'abattement en
polluants
d'un adsorbant que peut proposer l'état de la technique.
[0041] En effet, certaines méthodes de l'état de la technique proposent des
renouvellements
de lit d'adsorbant avec un remplacement partiel et périodique du lit
d'adsorbant par de
l'adsorbant neuf, tel que le document FR3003477, précité, ou le document
FR2874913.
Pour ces procédés, il est déterminé de manière théorique, avant leur mise en
oeuvre in-
dustrielle, une valeur limite opérationnelle de volume de lit traité qui
correspond à un
âge moyen limite, au-delà duquel l'abattement théorique en polluants n'est
plus
considéré comme satisfaisant. La programmation de la périodicité du
renouvellement
assure un abattement en polluants théoriquement satisfaisant en prenant en
compte
cette valeur limite déterminée préalablement à la mise en oeuvre industrielle
du
procédé. La détermination de l'abattement théorique peut par exemple être
effectué à
l'aide d'un modèle de la diffusion de surface homogène (de l'expression
anglaise Ho-
mogeneous Surface Diffusion Model, abrégé en HSDM) en particulier lorsque
l'adsorbant est du charbon actif.
[0042] Or, pour un même volume de lit traité, deux lits d'adsorbant peuvent
présenter des
capacités différentes d'abattement en polluants, selon les variations réelles
des concen-
trations et la nature des polluants effectivement traiter par chacun de ces
lits
d'adsorbant. Par ailleurs, les capacités théoriques d'adsorption pour un
volume de lit
traité sont généralement déterminées polluant par polluant, mais sans prendre
en
compte la compétition entre les matières organiques et micropolluants pour les
sites
d'adsorption ou encore la compétition des micropolluants entre eux (également
désignée par l'expression effet cocktail ). Par exemple les micropolluants
très ad-
sorbables vont avoir tendance à saturer les sites d'adsorption avant que les
micro-
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polluants moins adsorbables n'aient été adsorbés. Ainsi, la compétition des
polluants
pour les sites d'adsorption est particulièrement présente pour les composés
ayant une
faible affinité pour l'adsorption (petites molécules polaires) telles que les
métabolites
de pesticides. Les déterminations théoriques de capacités d'adsorption en
fonction du
volume de lit traité peuvent donc avoir tendance à surestimer les capacités
d'adsorption
résiduelles d'un lit d'adsorbant réel.
[0043] Dans le cas du procédé proposé ici, l'objectif d'âge pour
l'abattement visé est obtenu
sur la base d'un échantillon extrait du lit d'adsorbant mis en oeuvre
industriellement.
Ainsi cet objectif d'âge n'est pas figé de manière théorique par des essais
antérieurs ou
des modélisations d'adsorbants d'usure équivalente (tel que mesuré en volume
de lit
traité). Au contraire, dans le procédé proposé cet échantillon prélevé est
donc repré-
sentatif de l'usure réelle du lit d'adsorbant, et notamment prend en compte
les
conséquences de compétition des polluants pour les sites d'adsorption dans les
fluides
que l'adsorbant a eu à réellement traiter. La détermination de l'âge moyen
cible à partir
de cet échantillon permet donc un rajeunissement optimisé du lit d'adsorbant
prenant
en compte l'histoire réel du lit d'adsorbant.
[0044] Le procédé de traitement de fluide proposé répond donc aux nouvelles
contraintes
constituées par les nouveaux contaminants difficilement adsorbables en
permettant la
maîtrise d'un âge constant de l'adsorbant pour s'assurer d'une efficacité
permanente
d'élimination des polluants ciblés ou non ciblés. Cela est rendu possible par
un renou-
vellement séquentiel de l'adsorbant.
[0045] Le renouvellement de l'adsorbant, notamment du CAG, peut être
effectué par ex-
traction d'une partie de l'adsorbant et son remplacement par de l'adsorbant
plus jeune.
En particulier dans le cas du CAG, l'adsorbant plus jeune peut être du CAG
neuf ou du
CAG régénéré.
[0046] Le renouvellement séquentiel de l'adsorbant permet une modification
du volume de
renouvellement et/ou de la fréquence de renouvellement qui s'adapte en
fonction de la
variation de la qualité d'eau brute. En d'autres termes le procédé proposé
permet le
pilotage du procédé de traitement avec adsorption par ajustement de la dose
d'adsorbant à renouveler, selon un suivi de l'état de saturation réel de
l'adsorbant.
[0047] Le procédé proposé permet donc un meilleur traitement d'un fluide,
tel que l'eau,
pour prendre en compte notamment les nouveaux contaminants difficilement ad-
sorbables.
[0048] Par ailleurs, encore du fait de la réalisation de l'extraction de
l'échantillon du lit
d'adsorbant, le procédé proposé permet la détermination de l'abattement réel
de
l'échantillon particulièrement avec le fluide qui est effectivement à traiter.
Ainsi, selon
un mode de réalisation préféré, lors de la détermination d'un âge moyen cible
de
l'échantillon d'adsorbant extrait, l'abattement réel en polluants est
déterminé à l'aide
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d'un prélèvement du fluide à traiter en aval de l'étape d'adsorption. Le
fluide à traiter
est également désigné sous le terme de matrice, notamment dans le domaine du
traitement des eaux usées. Le procédé proposé évalue l'âge moyen cible auquel
il faut
rajeunir le lit d'adsorbant, en déterminant cet âge moyen cible à l'aide
d'échantillons
d'adsorbant et de fluide qui correspondent donc exactement aux conditions
futures
d'utilisation du lit d'adsorbant avec l'âge moyen cible déterminé.
[0049] La détermination d'un âge moyen cible par l'extraction d'un
échantillon d'adsorbant
extrait, en ce qu'il permet aussi la prise en compte d'un prélèvement de la
matrice
réelle, permet un rajeunissement de l'adsorbant encore plus optimisé.
[0050] Cette optimisation est notamment avantageuse par rapport à un
procédé de l'état de la
technique qui détermine les capacités résiduelles d'adsorption sur la base
d'un modèle
préétabli avec une matrice prélevée uniquement au moment de la conception du
modèle qui est ensuite figé. En particulier selon le document EP 3 153 475, il
est
proposé un procédé de traitement avec un réacteur avec lit de charbon actif
qui
contrôle le renouvellement du lit selon un rendement d'abattement UV corrélé à
un
abattement des micropolluants, sur la base d'un modèle établi à l'aide d'une
matrice
prélevée avant même la mise en service du réacteur. Selon un tel procédé de
l'état de la
technique, le taux de rajeunissement du lit d'adsorbant est évalué sur la base
d'une
matrice qui ne correspond plus à la matrice réellement traitée par
l'adsorbant. Un tel
procédé peut alors ne plus être adapté à la détermination d'un abattement réel
en
polluants en cas de polluant émergents. Ce manque d'adaptation aux polluants
émergents est d'autant plus critique lorsque ces polluants émergents sont peu
ad-
sorbables tel que les métabolites de pesticides. A l'inverse, le procédé
proposé ici, en
permettant une détermination de l'âge moyen cible sur la base de la matrice
actuelle,
assure une adaptation du renouvellement de l'adsorption par rapport à ces
polluants qui
seraient alors apparu dans la matrice.
[0051] Le procédé proposé, en particulier par le renouvellement du lit
d'adsorbant piloté à
l'aide de l'extraction d'un échantillon d'adsorbant, permet donc un meilleur
traitement
d'un fluide, tel que l'eau, pour prendre en compte notamment les nouveaux
contaminants difficilement adsorbables.
[0052] Selon un mode de réalisation privilégié, l'étape de renouvellement
peut être dé-
clenchée suivant la détection d'un défaut de qualité du fluide à traiter.
Ainsi le procédé
proposé peut comprendre une étape de détection d'un défaut de qualité du
fluide à
traiter à la suite de laquelle l'étape de renouvellement est déclenchée. Cette
étape peut
être réalisée en aval de l'étape d'adsorption. Avec ce positionnement de la
détection en
aval, il est alors possible de déterminer si le lit d'adsorbant a percé . On
parle alors
de percement du lit, ou percement du filtre. En particulier dans le domaine du
traitement de l'eau, on dit qu'un filtre a percé, lorsqu'il laisse passer la
pollution ou les
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éléments que ce filtre est censé retenir. En d'autres termes, il est proposé
un renou-
vellement de l'adsorbant, tel que du charbon actif en grain, par le suivi en
sortie de
filtre d'adsorption d'un paramètre de qualité du fluide à traiter, tel que de
l'eau.
Lorsqu'une valeur limite est atteinte, un renouvellement du lit d'adsorbant
est
déclenché.
[0053] Ce déclenchement suivant un défaut de qualité permet une prise en
compte encore
améliorée de nouveaux contaminants difficilement adsorbables. En effet, la
détection
du défaut de qualité peut être mise en oeuvre à l'égard de polluants ciblés
(ou prédé-
terminés). Dans ce cas, l'étape de détection cible spécifiquement certains
polluants
prédéterminés comme étant à surveiller. Mais cette étape de détection peut
également
être mis en oeuvre à l'égard de polluants non ciblés. Le fluide à traiter, en
particulier de
l'eau, peut ainsi être soumis à des mesures permettant de déterminer la
présence
d'impureté, des polluants, sans déterminer a priori la nature des polluants.
[0054] Une telle détection non ciblée des polluants de l'eau (ou d'un
fluide à traiter) peut en
particulier être mis en oeuvre par l'une au moins des méthodes de mesure
comprenant :
la chromatographie, la spectrométrie de masse et la spectroscopie de
fluorescence
(encore désignée par l'expression fluorescence 3D). De manière
particulièrement
préférée, la méthode de mesure peut être une méthode de chromatographie en
phase
liquide à haute performance (également désigné par l'expression anglaise high-
performance liquid chromatography, abrégée en HPLC), en particulier avec une
haute
résolution (désigné par l'expression anglais high-performance liquid
chromatography
with high resolution, abrégé en HPLC-HR) et encore plus particulièrement
couplée
avec une spectrométrie de masse (correspond à l'expression anglais mass spec-
trometric, abrégé en MS). Les [fig.31, [Fig.41, [Fig.51 correspondent à des
repré-
sentations graphiques de résultats de mesures obtenues avec cette dernière
méthode de
mesure HPLC-HR & MS. A chaque point du graphique correspond une molécule ou
un type de molécule ayant réagi à la chromatographie. Chaque point correspond
ainsi à
l'empreinte d'un polluant ou d'un type de polluant. Par métonymie, le
graphique est
aussi qualifié d'empreinte. Pour chacun de ces points du graphique, ces
figures
présentent en abscisse le temps de rétention de la molécule correspondant au
point,
temps mesuré en minutes. Ces figures présentent en ordonnée le rapport de la
masse
sur la charge pour chaque molécule correspondant à un point. Cette valeur est
mesurée
en m/z, c'est-à-dire en masse par charge ionique. Enfin pour chaque point, ces
figures
représentent l'intensité de la réponse chromatographique à l'aide d'un point
noir pour
une intensité forte, d'un point gris pour une intensité moyenne et d'un point
blanc
cerclé de noir pour une intensité faible. Cette intensité de la réponse
chromato-
graphique est reliée à la concentration de l'impureté ou du polluant
représenté par ce
point.
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[0055] La [fig.31 montre en particulier le résultat des mesures effectuées
sur un fluide en
aval de l'étape de traitement par adsorption du fluide, tel qu'au point 33,
illustré en
[Fig.1]. Ce graphique permet de mettre en évidence la présence d'impuretés
dans le
fluide à traiter, en particulier des polluants dans l'eau. Cette mise en
évidence est non
ciblée : lorsqu'un point apparait sur le graphique, cela correspond à la
présence d'une
impureté, ou polluant, sans nécessairement avoir identifier la nature exacte
de ce
polluant ou sans avoir recherché à détecter ce polluant spécifiquement. Ainsi
si la [Fig.
31 à un instant t fait apparaître un point non présent à la précédente mesure,
on peut
suspecter un percement du lit d'adsorbant pour le polluant correspondant à ce
point,
polluant alors non spécifiquement visé. Or le percement par un polluant
émergent, tel
qu'un résidu de pesticide, peut particulièrement être détecté par une telle
méthode de
mesure non ciblé, alors que les méthodes de mesure ciblée sont généralement
ciblées
sur des polluants plus conventionnels.
[0056] Tel que notamment illustré par les figures [fig.31, [Fig.4],
[Fig.51, selon un mode de
réalisation préféré, la détection du défaut de qualité est effectuée par
comparaison de la
qualité du fluide à traiter entre l'amont de l'étape d'adsorption et l'aval de
l'étape
d'adsorption. En effet, les mesures des figures [Fig.3], [Fig.4], [Fig.51 ont
été effectuée
sur une même filière de traitement d'une eau de Seine prélevée:
La [Fig.4] montre le résultat des mesures effectuées après une première étape
de traitement du fluide, en l'occurrence après une étape de décantation du
fluide à traiter, tel qu'au point 34, illustré en [Fig.1].
La [Fig.51 montre le résultat des mesures effectuées au niveau du prélèvement
du fluide à traiter, tel qu'au point 35, illustré en [Fig.1].
[0057] Notamment selon la méthode retenue pour ces figures, il est possible
de comparer le
nombre de polluants entre l'amont de l'étape d'adsorption et l'aval de l'étape
d'adsorption. Si un point apparu en aval de l'adsorption, se maintient
anormalement en
amont de l'adsorption, l'adsorbant ne retient plus ce polluant. Il peut donc
être utile de
déclencher un renouvellement du lit d'adsorbant. De même si un point apparaît
en aval
de l'étape d'adsorption alors qu'il n'est pas présent en amont, alors le lit
d'adsorbant
relargue un polluant qu'il avait antérieurement adsorbé. Là aussi, il apparait
utile de
déclencher un renouvellement du lit d'adsorbant. En alternative ou en
complément,
notamment grâce à la spectrométrie de masse, ou à l'aide d'autres méthodes de
mesures, il est également envisageable de comparer le niveau de polluants
entre
l'amont de l'étape d'adsorption et l'aval de l'étape d'adsorption. Les
[fig.31, [Fig.41,
[Fig.51 mettent en particulier en évidence la moyenne ou forte concentration
de
l'impureté selon l'intensité du point représenté. Sur la base de ces
informations de
concentration de polluants, ou de niveau de polluants, et notamment si un
point passe
d'une intensité faible, ou moyenne, à forte, il peut alors être utile de
déclencher un re-
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nouvellement du lit d'adsorbant. Selon ce mode de réalisation préféré avec com-
paraison de la qualité du fluide à traiter entre l'amont et l'aval de l'étape
d'adsorption,
la méthode de mesures peut être mise en oeuvre alternativement en amont puis
en aval
à l'aide d'un unique capteur d'analyse alors partagé aux mesures en ces deux
points.
[0058] De manière préférée, la détection d'un défaut de qualité du fluide à
traiter, que ce soit
en amont ou en aval d'adsorption, peut être mise en oeuvre en ligne du procédé
de
traitement. Le suivi peut alors être assuré par des analyseurs en ligne basés
notamment
sur des méthodes de fluorescence ou de chromatographie, ciblée ou non ciblée
(empreinte), tel que vue précédemment. Cette mise en oeuvre en ligne permet la
détection d'un défaut de qualité lors la mise en oeuvre du traitement du
fluide à traiter,
optimisant le volume de fluide traité. Cette étape de détection en ligne peut
être mise
en oeuvre de manière continue ou quasi-continue avec une période entre les
détections,
par exemple inférieure au temps de passage d'un volume de lit dans le lit
d'adsorbant.
Par ailleurs, cette étape de détection peut également être mise en oeuvre à la
demande
de l'exploitant. Dans tous les cas, Il n'est alors pas nécessaire
d'interrompre la
production du fluide traité pour déterminer si un défaut de qualité apparait,
et si une
étape de renouvellement du lit doit être déclenchée.
[0059] De manière alternative ou complémentaire, l'étape de renouvellement
peut être dé-
clenchée de manière périodique selon une fréquence de renouvellement
déterminée à
l'avance. La période de renouvellement peut alors être définie pour limiter
les risques
de percement du lit d'adsorbant et le rajeunissement du lit d'adsorbant selon
le procédé
proposé. L'objectif d'abattement préalablement fixé selon le procédé proposé,
peut
alors être fixé comme étant l'abattement nominal en polluants pour lequel il
est
déterminé que l'abattement en polluant résiduel après la période de
renouvellement est
suffisant pour atteindre les standards de qualité imposée par l'exploitant.
[0060] De manière préférée, l'objectif d'abattement préalablement fixé est
défini comme
une valeur minimale d'abattement de la concentration pour chaque polluant d'un
ensemble de polluants à tester. Cet abattement est usuellement donné pour un
polluant
comme la fraction en pourcentage de la quantité de polluant retenue sur la
quantité de
polluant entrant. Il s'agit ainsi d'une valeur relative. Cette valeur relative
permet
néanmoins de satisfaire au seuil réglementaire de concentration en polluant
sortant du
traitement pour des concentrations en polluant entrant prévisible. Pour chacun
des
polluants, cette valeur minimale d'abattement pour chaque polluant peut être
comprise
entre 50% et 90%, ou plus préférentiellement entre 60% et 80%, ou encore entre
70%
et 80%. La valeur minimale d'abattement peut être fixée de manière différente
selon
les polluants ou peut être la même pour un ensemble de polluants à tester.
Notamment
selon ce mode de réalisation, et plus généralement selon le procédé proposé,
l'abattement réel en polluants peut être déterminé de manière distincte pour
chaque
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polluant d'un ensemble de polluants à tester.
[0061] L'ensemble de polluants pour lesquels l'abattement réel en polluants
est déterminé
peut être choisi en particulier dans le groupe formé par le
desethylhydroxyatrazine, le
métaldéhyde, l'aminotriazole, le métazachlore, le métalochlore, le
déséthylatrazine, le
chlortoluron, l'atrazine, le terbuthylazine. Lorsqu'il est prévu une étape de
détection de
polluants ciblés, en particulier à l'aval du lit d'adsorbant, il est
particulièrement
avantageux que le ou les polluants identifiés comme constituant un défaut de
qualité
soient intégrés dans l'ensemble des polluants pour lesquels l'abattement réel
en
polluants est déterminé.
[0062] Tel que vu précédemment, il est préféré que, pour déterminer
l'abattement réel de
l'échantillon d'adsorbant extrait rajeuni, il soit procédé à l'aide d'un
prélèvement du
fluide à traiter, en particulier en aval de l'étape d'adsorption. De manière
encore plus
préféré, le fluide, une fois prélevé, est dopé en polluants préalablement à la
déter-
mination de l'abattement réel en polluants. Ce dopage permet de raccourcir le
temps de
détermination de l'abattement réel. Le dopage est par exemple réalisé par
l'augmentation de la concentration du ou des polluants considérés dans le
fluide
prélevé. Typiquement le desethylhydroxyatrazine, le métaldéhyde,
l'aminotriazole, le
métazachlore ou le métalochlore peuvent chacun être dopé par l'augmentation de
leur
concentration entre 1 à 10 g/1, de préférence de 1 à 2 g/1, de manière
encore plus
préférée à 1 g/1 à 21..tg/l. De même le déséthylatrazine, le chlortoluron,
l'atrazine, le
terbuthylazine peuvent chacun être dopé par l'augmentation de leur
concentration de 1
à 10 g/1, de préférence de 9 à 101..tg/1.
[0063] Tel que vu précédemment, avec ou sans l'aide d'un prélèvement de
fluide à traiter et
avec ou sans dopage de ce fluide prélevé, la détermination de l'âge moyen
cible de
l'échantillon d'adsorbant est de préférence effectué par mesure de
l'abattement réel en
polluants d'un mélange d'adsorbant. Ce mélange d'adsorbant correspond à un
mélange
d'adsorbant d'âge jeune, tel que notamment de l'adsorbant neuf ou régénéré,
avec au
moins une partie de l'échantillon d'adsorbant extrait du lit d'adsorbant.
[0064] Selon un mode de réalisation encore plus préféré, l'abattement réel
est mesuré sur
plusieurs sous-échantillons obtenus à partir de l'échantillon d'adsorbant
extrait. Ces
sous-échantillons sont obtenus par mélanges de l'adsorbant extrait avec de
l'adsorbant
d'âge jeune. Les mélanges pour obtenir les sous-échantillons sont effectués
dans des
proportions variables de sorte à obtenir un ensemble de sous-échantillons
présentant
une gamme d'âges moyens. Cette gamme d'âges moyens permet d'avoir des âges in-
termédiaires distribués entre l'âge de l'adsorbant extrait et l'âge de
l'adsorbant d'âge
jeune. Une gamme d'âges moyens intermédiaires permet de réaliser autant de
mesures
d'abattement réel, assurant d'approcher au mieux l'âge optimal auquel rajeunir
l'adsorbant extrait pour qu'il présente un abattement réel répondant au mieux
à
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l'objectif d'abattement préalablement fixé. Parmi ces sous-échantillons, celui
dont
l'abattement réel en polluants répond au mieux à l'objectif d'abattement
préalablement
fixé, détermine alors l'âge moyen cible du procédé proposé. En particulier
l'âge moyen
cible peut être pris comme étant égal à l'âge du mélange constituant ce sous
échantillon. Alternativement l'âge moyen cible peut être pris comme la
moyenne, ou
encore l'extrapolation, de l'âge du mélange de ce sous-échantillon avec l'âge
du sous
échantillon juste plus âgé dans la gamme d'âge intermédiaire. A la suite de la
déter-
mination de l'âge moyen cible, le rajeunissement du lit d'adsorbant est
effectué jusqu'à
obtenir l'âge moyen cible.
[0065] Le nombre d'âge intermédiaire pour l'ensemble de sous-échantillons
peut être en
nombre de 2 à 10 ou de préférence de 3 à 5. Un nombre raisonnable de sous-
échantillons permet d'assurer une estimation d'un âge moyen cible suffisamment
proche de l'âge optimal. En prenant en compte le nombre de sous-échantillons,
il est
préféré que les âges intermédiaires soient uniformément répartis entre l'âge
de
l'adsorbant extrait et l'âge de l'adsorbant d'âge jeune. Cette répartition
uniforme
augmente la probabilité de tomber sur un âge moyen cible qui soit proche de
l'âge
optimal de rajeunissement de l'adsorbant extrait.
[0066] Les figures [fig.61 et [Fig.71 représentent des mesures d'abattement
réel en polluants
pour des sous-échantillons de mélanges avec respectivement 3 et 5 âges moyens
inter-
médiaires. [Fig.61 a été obtenue pour des mesures d'abattement réel sur la
base d'un
échantillon d'adsorbant, en l'occurrence du charbon actif en grains,
présentant un âge
en volume de lit traité (BVT) de 45 000 et traitant une eau de Seine prélevée
proche du
Mont Valérien avec dopage des polluants à 10i.tg/l. [Fig.71 a été obtenue pour
des
mesures d'abattement réel sur la base d'un échantillon d'adsorbant, en
l'occurrence du
charbon actif en grains, présentant un âge en volume de lit traité de 140 000
et traitant
une eau de Seine proche de Morsang sur Seine avec dopage des polluants à
10i.tg/l. Les
mesures d'abattement ont toutes été effectuées à l'aide d'un prélèvement de
l'eau en
aval de l'étape d'adsorption. Ces figures montrent en abscisse les âges moyens
re-
constitués des sous-échantillons exprimé en BVT. Ces figures montrent en
première
ordonnée la fraction respective d'adsorbant de l'échantillon extrait et
d'adsorbant neuf.
Ces figures montrent en deuxième ordonnée l'abattement réel mesuré pour les
sous-
échantillons en fonction du polluant testé.
[0067] En particulier, les dernières colonnes de ces figures représentent
l'abattement réel par
polluants du lit d'adsorbant représenté par l'échantillon extrait, avant tout
rajeu-
nissement. En l'occurrence pour [fig.61, pour l'échantillon extrait à 45 000
BVT, les
abattements en polluants du plus mauvais au meilleur sont observés, dans
l'ordre, pour
le métaldéhyde (avec un trait en pointillés), le métazachlore (avec un trait
discontinu
mixte), le métalochlore au même point que le desethylhydroxyatrazine (tous les
deux
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avec un trait continu fin, mais avant le point commun, le
desethylhydroxyatrazine avait
un niveau d'abattement supérieur au métalochlore) et enfin l'aminotriazole
(avec un
trait continu gras). Et pour [Fig.71, pour l'échantillon extrait à 140 000
BVT, les
abattements en polluants du plus mauvais au meilleur sont observés, dans
l'ordre, pour
le métaldéhyde (avec un trait en pointillés), l'aminotriazole (avec un trait
continu fin),
le métazachlore (avec un trait discontinu mixte), et enfin le
desethylhydroxyatrazine
avec la même courbe que le métalochlore (avec un trait continu gras).
[0068] D'abord, ces deux figures montrent bien que, selon l'histoire réel
du lit d'adsorbant
(ici du charbon actif en grains), le percement n'intervient pas toujours au
même
moment et dans le même ordre pour un ensemble de polluants donnés. En
particulier
en [fig.61, l'aminotriazole, n'a pas entrainé le percement du lit, alors qu'en
[Fig.71 le
percement du lit par l'aminotriazole dépasse celui du métazochlore. Cette
observation
confirme qu'il est avantageux que les mesures d'abattement réel soient
effectuées à
l'aide d'un prélèvement du fluide à traiter en aval de l'étape d'adsorption
tel que vu
précédemment.
[0069] Ensuite ces figures montrent l'intérêt de procéder à la
reconstitution (ou la si-
mulation) d'âges moyens rajeunis pour l'adsorbant extrait. Dans ces figures
l'adsorbant a été rajeuni par un mélange avec des proportions variables
d'adsorbant
d'âge neuf. La gamme d'âge médian reconstitué permet de déterminer au mieux
pour
quel âge reconstitué, l'abattement pour l'ensemble des polluants testés peut
être
considéré comme satisfaisant à un objectif d'abattement prédéterminé. En
l'occurrence
si l'on recherche un abattement de 90% de tous ces polluants, le lit
d'adsorbant à 45
000 BVT peut être rajeuni à 15 000 BVT par le remplacement de près de 70% de
l'adsorbant du lit par de l'adsorbant neuf (Ifig.61). Pour ce même objectif
d'abattement
le lit d'adsorbant à 140 000 BVT peut être rajeuni à 100 000 BVT par le
remplacement
de près de 30% de l'adsorbant du lit par de l'adsorbant neuf (IFig. 7]).
[0070] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les
mesures d'abattements
en polluants du ou des mélanges d'adsorbant sont mises en oeuvre par des tests
d'adsorption en lit court. L'adsorption en lit court correspond à l'expression
en anglais
Short Bed Adsorber, abrégé en SBA.
[0071] [fig.81 illustre une machine 60 de tests SBA avec 8 cartouches 62 de
filtrations
remplis d'adsorbant de l'échantillon extrait et mélangé, dans des proportions
variables,
avec de l'adsorbant d'âge jeune.
[0072] Dans le procédé proposé, ces tests SBA présentent l'avantage de
permettre des tests
utilisant peu d'adsorbant à extraire et proposant des résultats avec des temps
de contact
relativement court, tel que de l'ordre de 6 minutes, correspondant au temps de
contact
dans le lit adsorbant dont est extrait l'échantillon d'adsorbant. Les temps de
contact
pour les tests SBA ou pour le lit d'adsorbant dont est extrait l'échantillon,
peuvent
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varier de 4 à 10 minutes ou encore de 5 à 20 minutes, jusqu'à 30 minutes selon
les
conditions d'exploitation. Ces temps de contact sont compatibles avec des lits
de SBA
de volume inférieur ou égal à 100mL, inférieur ou égal à 50mL, ou même
inférieur ou
égal à 20mL. Avec ou sans la mise en oeuvre de tests SBA, la quantité
d'adsorbant
dans l'échantillon extrait, peut être inférieure à 2L, de préférence
inférieure à 1L ou
encore inférieure à 200mL ou 100mL.
[0073] Avec ou sans la mise en oeuvre de sous-échantillons, et en
particulier de sous-
échantillons pour SBA, selon un mode de réalisation du procédé proposé,
l'extraction
d'adsorbant est réalisée lors d'une phase d'arrêt du traitement du fluide à
traiter. Il est
alors préféré que pour la mise en oeuvre cette extraction, la phase d'arrêt
correspond à
une phase d'arrêt répondant à d'autres fins que la seule extraction d'un
échantillon
d'adsorbant, tel qu'une phase de lavage de l'adsorbant, et notamment une phase
de
lavage de l'adsorbant par injection d'air. Alternativement l'extraction
d'adsorbant est
réalisée lors la mise en oeuvre du traitement du fluide à traiter. Le
prélèvement est alors
effectué en un ou plusieurs points du lit d'adsorbant pour obtenir un
échantillon
d'adsorbant représentatif de l'usure de tout le lit d'adsorbant.
[0074] Selon un mode de réalisation préféré, le procédé proposé est mis en
oeuvre dans le
cadre d'un procédé de traitement par charbon actif par flux ascendant (ci-
après
Carbazur UP), tel que divulgué dans le document FR 3003477, précédemment cité,
et
auquel il est renvoyé. En particulier le procédé de traitement proposé peut
être un
procédé de traitement par passage d'un flux ascendant de fluide à travers un
lit de
charbon actif, sous forme de grains, le procédé comprenant :
au moins une phase de filtration/adsorption au cours de laquelle la vitesse du
fluide est suffisamment faible pour ne pas provoquer d'expansion sensible du
lit de charbon actif qui assure à la fois une filtration et une adsorption des
matières contenues dans le fluide ;
et au moins une phase d'expansion est prévue, au cours de laquelle le fluide
circule à une vitesse suffisamment forte pour provoquer une expansion
sensible du lit de charbon actif qui subit alors un lavage par le fluide.
[0075] Un tel mode de réalisation est en particulier illustré en [fig.91
représentant un lit de
charbon actif en grains fonctionnant en flux ascendant. La [Fig. 91 présente
en par-
ticulier le réacteur 20, comprenant le lit de charbon actif en grain 22. Le
lit 22
fonctionne en flux ascendant de l'eau à traiter 28. Le réacteur 20 peut
comprendre une
entrée 24 et une sortie 26 de charbon actif pour le renouvellement du lit de
charbon. Le
réacteur 20 peut comprendre une entrée d'air 34 pour permettre un lavage du
lit à l'air
et non uniquement par le fluide. Le réacteur 20 peut être attenant à un filtre
70. Ce
filtre 70 peut être composé d'un lit de charbon actif 72 en flux descendant,
tel
qu'illustré. L'eau après avoir été filtrée par le filtre 72 est évacuée par la
sortie 33.
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[0076] La représentativité de la détermination d'un abattement réel en
polluants par les tests
SBA a été évaluée pour le cas d'un procédé Carbazur UP, précité. Les figures
[fig.10]
et [Fig.11] montrent les tests comparatifs entre des mesures d'abattement de
polluants
par adsorbant faite en SBA et des mesures d'abattement de polluants sur des
Carbazur
UP à l'échelle pilote. Ces Carbazur UP à l'échelle pilote correspondent aux
modèles de
laboratoire conçus pour être représentatifs du fonctionnement d'une même
filière à
l'échelle industrielle. Les figures [Fig.10] et [Fig.11] représentent en
abscisse
différents polluants testés et en ordonnée le taux d'abattement de ces
polluants. Pour
chaque polluant testé, la barre de gauche représente l'abattement mesuré sur
le pilote et
la barre de droit représente l'abattement mesure en test SBA.
[0077] [fig.10] compare le test SBA et le Carbazur UP pour charbon actif en
grain d'âge
50 000 BVT avec de l'eau de Seine, et un temps de contact de 6 minutes (le
temps de
contact est le temps de contact en lit vide, de l'expression anglaise empty
bed contact
time, abrégé en EBCT). Les polluants testés sont de gauche à droite, le
desthyl-
hydroxy-atrazine, l'aminotriazole, le métazachlore et le métalochlore.
[0078] [fig.11] compare le test SBA et le Carbazur UP pour un charbon actif
en grain d'âge
80 000 BVT avec de l'eau de Seine, et un temps de contact de 10 minutes EBCT.
Les
polluants testés sont de gauche à droite, le desthyl-hydroxy-atrazine,
l'aminotriazole, le
métazachlore, le métalochlore, le métazachlore ESA et le métalochlore ESA (ESA
étant l'abréviation de Ethan Sulfonic Acid, soit acide ethanesulfonique en
français).
[0079] Tel qu'illustré par [fig.10] et [Fig.11], les niveaux d'abattement
mesurés selon les
deux méthodes sont très largement comparables. Ainsi, le test SBA, tel que mis
en
oeuvre dans l'innovation, est une méthode de caractérisation du niveau de
saturation de
composés spécifiques représentative d'un pilote. Or un pilote est conçu et
dimensionné
avec le respect des facteurs pertinents de l'unité industrielle (hauteur de
lit, temps de
contact...). Le test SBA, représentatif du pilote, et donc aussi représentatif
de l'unité
industrielle.
[0080] Il est également proposé une installation de traitement de fluide
pour la mise en
oeuvre du procédé ci-dessus proposé pour l'ensemble des variantes comprenant
une
mesure de l'abattement réel en polluants du mélange d'adsorbant d'âge jeune
avec de
l'adsorbant extrait du lit d'adsorbant. En effet, l'installation proposé
comprend une
unité de mesure. L'installation proposé comprend en outre un réacteur
d'adsorption.
Ce réacteur contient un lit d'adsorbant qu'il retient en son sein. Ce réacteur
permet
l'adsorption de polluants contenus dans le fluide à traiter.
[0081] Un tel réacteur est notamment illustré en [fig.91, vu précédemment
ou encore en [Fig.
121 détaillée ci-dessous.
[0082] Tel qu'illustré en IFig. 121, l'installation 90 proposé inclut le
réacteur 20, qui
comprend un orifice de retrait 26, au moins partiel, d'adsorbant usagé du lit
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d'adsorbant 22. Tel qu'illustré, le lit d'adsorbant 22 peut fonctionner avec
un flux
ascendant de fluide à traiter 28. Dans le cadre de l'installation proposé,
l'échantillon
d'adsorbant est ensuite amené à un mélangeur 92. L'installation proposé peut
ainsi
comprendre un tel mélangeur 92. Ce mélangeur assure le mélange de
l'échantillon
d'adsorbant usagé avec de l'adsorbant d'âge jeune, provenant par exemple d'une
réserve 94 d'adsorbant d'âge jeune. L'installation proposée peut comprendre
une telle
réserve 94. Le mélangeur 92 peut permettre l'obtention d'un unique échantillon
d'âge
intermédiaire ou d'un ensemble des sous échantillons présentant une gamme
d'âges
moyens intermédiaires entre l'âge de l'adsorbant extrait et l'âge de
l'adsorbant d'âge
jeune. Dans le cadre de l'installation proposé, le mélange obtenu, qu'il forme
un
échantillon unique ou des sous échantillons est ensuite amené à une unité de
mesure
96. Cette unité 96 mesure l'abattement réel en polluants du mélange
d'adsorbant d'âge
jeune avec de l'adsorbant extrait du lit d'adsorbant.
[0083] Tel que décrit précédemment, cette unité de mesure 96 est de
préférence une unité de
mesure en lit court (short bed adsorber, SBA), les tests étant réalisés de
préférence
avec des lits de volume inférieur ou égal à 100mL, plus préférentiellement
inférieur ou
égal à 50mL, encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 20mL.
[0084] Tel que décrit précédemment, l'unité de mesure 96 permet de
préférence la déter-
mination d'un âge moyen cible de l'échantillon d'adsorbant extrait, pour un
ensemble
de polluants choisis parmi le groupe formé par le desethylhydroxyatrazine, le
mé-
taldéhyde, l'aminotriazole, le métazachlore, le métazachlore ESA, le
métalochlore, le
métalochlore ESA, le déséthylatrazine, le chlortoluron, l'atrazine, le
terbuthylazine. Le
cas échéant le groupe de polluant comprend aussi le ou les polluants
identifiés comme
contribuant au défaut de qualité du fluide à traiter déclenchant l'étape de
renou-
vellement.
[0085] Enfin selon un mode de réalisation particulièrement préféré, l'unité
de mesure 96
reçoit également le fluide traité par le réacteur 20, de sorte à ce que les
mesures soient
effectuées dans les conditions les plus proches possibles des conditions
futures du lit
d'adsorbant.
[0086] Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples
et aux modes de
réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses
variantes.
[0087] En particulier, selon une variante, la méthode de mesure pour la
détection d'un défaut
de qualité de l'eau est une analyse par Fluorescence 3D permettant de suivre
en ligne
la qualité de l'eau en entrée et sortie d'adsorbant. Cette méthode est
particulièrement
adaptée aux effluents chargés en polluants ou à des ressources représentant
des blooms
algaux. Ainsi cette méthode est avantageuse pour les effluents industriels ou
les
lixiviats constitués par les effluents liquides de stockage de déchets.
[0088] Selon une autre variante, l'adsorbant n'est pas limité au charbon
actif en grains mais
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peut également être de la résine, de l'argile, de la zéolite pour capter
métaux ou autre
micropolluants spécifiques. Ces autres adsorbants seront de préférence de
taille milli-
métrique.
[0089] L'adsorbant peut encore être un charbon actif en micro-grains, c'est-
à-dire présentant
une granulométrie plus fine que le charbon en grains. Par exemple l'adsorbant
peut un
charbon actif en micro-grains de granulométrie entre 300pm et 800pm pour au
moins
85 à 90% des grains, ou de préférence une granulométrie entre 400 à 600 pm
pour au
moins la majorité (50%) des grains. Les dimensions indiquées sont celles du
diamètre
équivalent des grains pour un tamisage à sec ou pour un tamisage humide.
[0090] Selon une variante supplémentaire, le procédé proposé est mis en
oeuvre avec une
étape d'adsorption directement sur eau brute et donc notamment dans
décantation ou
flottation préalable.
[0091] Par ailleurs, le procédé proposé peut s'adapter à une large gamme de
vitesse de
fluide. La vitesse de fluide est par exemple choisie entre 2m/h et 20m/h, de
préférence
entre 5m/h et 20m/h, de manière encore plus préférée entre 10m/h et 20m/h ou
entre
5m/h et 15m/h. La vitesse de fluide peut notamment être choisie en fonction de
la tem-
pérature de l'eau.
