Adsorption sur des tissus de carbone activé de micropolluants émergents à l'état de traces dans les eaux : Traitements multi-échelles et modélisation

Adsorption of emerging micropollutants onto activated carbon cloth at very low concentration in natural waters : Multi scale treatment and modelling

• Auteur / Autrice : Hélène Fallou
• Direction : Pierre Le Cloirec, Sylvain Giraudet, Nicolas Cimetière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Micropolluants

Charbon actif

Adsorption

Mots clés libres

Iast

Ebc

Hsdm

Unité pilote

Résumé

Aujourd’hui, de nombreuses études ont montré la présence de micropolluants dans les eaux. Ces composés ne sont que partiellement éliminés par les procédés conventionnels de traitement des eaux. Les procédés d’adsorption montrent un potentiel intéressant pour éliminer ces polluants. Dans un premier temps, l’étude des capacités d’adsorption sur des tissus de carbone activé de 9 micropolluants émergents a été effectuée dans des réacteurs fermés agités, afin de déterminer les cinétiques et isothermes d’adsorption dans des conditions proches des conditions environnementales (C0 = 1 μg. L-1 et en présence de matières organiques). Cette première étape a permis de montrer une compétition importante entre les matières organiques et les polluants aux faibles concentrations (réduction des capacités d’adsorption de 30 à 95 % en présence de 2 mgC. L-1 pour des concentrations en soluté de 1 μg. L-1). De plus, les matières organiques diminuent la diffusivité de surface des solutés. Ces paramètres fondamentaux, déterminés à l’échelle du laboratoire sont utilisés pour prédire les courbes de percée obtenues à l’échelle pilote. Une unité de filtration sur des tissus de carbone activé d’une capacité de 50 L. H-1 a été réalisée pour traiter des eaux dopées avec une solution de polluants (C0 = 1 μg. L-1). Cette unité pilote est mise en oeuvre pour étudier l'abattement d'une pollution chronique. Différentes conditions opératoires ont été étudiées telles que la vitesse, l’influence des matières organiques, la nature du matériau. Les capacités d’adsorption sont impactées par le passage en dynamique et le possible développement d’un biofilm à la surface des tissus.

Nowadays, several studies have shown the occurrence of emerging pollutants into aquatic compartments. These compounds are not totally removed using conventional treatments. Adsorption processes are promising to remove these undesirable polluants. The first part of our study focuses on the determination of adsorption kinetics and isotherms of 9 compounds, onto activated carbon fiber cloths (ACFC). These experiments were carried out using batch reactors under synthetic and environmental conditions (i. E. Initial concentrations of 1 μg. L-1 and in the presence of natural organic matter). Competitions of adsorption with natural organic matter were especially critical at trace concentrations (decrease between 30 and 95 % of the adsorption capacities at equilibrium concentration of 1 μg. L-1, with 2 mgC. L-1). The competition with the organic matter led to a large decrease of the surface diffusivity. Then, the second part is dedicated to the efficiency of the adsorption process using a fixed-bed of ACFC. Breakthrough curves were experimentally determined and simulated using fundamental parameters obtained from batch-scale experiments. An adsorption pilot, with a flow of 50 L. H-1, was carried out to treat polluted waters (C0 = 1μg. L-1). This pilot is used to study a chronical pollution removal. Various operating conditions were tested and their influence was evaluated: the type of water (tap water, surface water with different contents of natural organic matter), the velocity of the liquid phase through the filter, and the type of ACFC. Adsorption capacities are impacted by the dynamic conditions and the potential development of a biofilm on the surface of material.