Optimisation de la filtration CAG pour le traitement des eaux usées urbaines

La filtration par charbon actif en grains (CAG) présente un fort potentiel pour le traitement avancé des eaux usées et la réutilisation des eaux. En combinant les avantages de l’adsorption des micropolluants avec ceux de la filtration des contaminants particulaires (métaux lourds oxydés, microplastiques, pathogènes), cette technologie offre une approche de traitement particulièrement complète. Un nouveau réacteur a été optimisé pour les eaux usées permettant son implémentation directement après le traitement biologique, en maintenant de hautes performances de filtration et d’adsorption. Pour le choix du CAG, huit produits commerciaux ont été testés en laboratoire sur des eaux usées réelles. À l’échelle pilote, des séquences de décolmatage sans perte en eau ont été validées pour maîtriser le colmatage et atteindre des performances proches de celles d’un filtre à sable par rapport à la fréquence des lavages et les pertes en eau. Les séquences de décolmatage ont permis de multiplier la capacité de rétention en matières en suspension (MES) du filtre par un facteur de 4 à 5, avec des cycles de filtration de 20 à 120 heures entre les lavages. Les abattements en micropolluants ont été maintenus et sont comparables aux 16 études à l’échelle pilote disponibles dans la littérature. Une dose spécifique allant de 1,5 à 2,5 g de CAG/g COD (carbone organique dissous) à un temps de contact de 20 min a été déterminée comme nécessaire pour atteindre 80 % d’abattement en fonction des composés choisis. Ces résultats confirment ceux obtenus avec du charbon actif sous forme de poudre ou de CAG à faible granulométrie en lit fluidisé, et valident ainsi l’usage du CAG sous forme de lit en eau usée. De très hauts abattements en MES ont été mesurés en filtration descendante, et l’élimination de l’ammonium, de la DBO5 (demande biochimique en oxygène) et du NTK (azote total Kjeldahl) témoignent d’une activité biologique dans le réacteur. Des abattements significatifs en acide perfluorooctanoïque (PFOA) et acide perfluorooctanesulfonique (PFOS) et métaux ont également été observés. La filtration et la biosorption expliquent probablement ces hautes performances pour les métaux. Enfin, les indicateurs de contamination fécale et d’antibiorésistance ont été éliminés à hauteur d’1 log en moyenne.

Granular activated carbon (GAC) filtration shows strong potential for advanced wastewater treatment and water reuse. By combining the adsorption of micropollutants with the filtration of particulate contaminants (oxidized heavy metals, microplastics, pathogens), this technology offers a highly comprehensive treatment approach. A new reactor was optimized for wastewater applications, allowing for direct implementation downstream of a biological treatment and maintaining high performance in filtration and adsorption. Concerning the choice of GAC, eight commercial products were tested at laboratory scale using real wastewater matrices. At pilot scale, backwashing sequences without water loss were validated to control clogging and achieve performance levels comparable to sand filters in terms of the duration of filtration cycles and water losses. These sequences increased the suspended solids (TSS) retention capacity by a factor of 4 to 5, with filtration cycles ranging from 20 to 120 hours between backwashes. Micropollutant removal remained stable and consistent with results from 16 pilot-scale studies reported in the literature. A specific dose ranging from 1.5 to 2.5 gGAC/gCOD with a contact time of 20 minutes was established to achieve 80% micropollutant removal, depending on the target compounds. These findings align with results obtained using powdered activated carbon or fine-grain GAC in fluidized beds, thereby validating the use of GAC in fixed-bed configurations for wastewater treatment. Very high TSS removal rates were observed in downflow filtration mode, and the removal of ammonium, BOD5, and TKN indicated biological activity within the reactor. Significant reductions in PFOA, PFOS, and metals were also observed. These high removal efficiencies for metals are likely due to a combination of filtration and biosorption. Finally, fecal contamination and antibiotic resistance indicators were reduced by an average of 1 log.