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Filtre
au charbon.
 | Il y a plusieurs années, l'utilisation
du charbon activé pour la filtration de l'eau tenait plus de l'art que de la science.
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| Maintenant la science comprend de plus en
plus comment le charbon travaille et ce qu'il élimine de l'eau.
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| Le charbon activé peut éliminer
plusieurs Composés Organiques Volatils comme le benzène, le TCE, le toluène, ...
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| Le charbon activé n'élimine pas
certains contaminants comme les microbes, le sodium (Na), les nitrates, le fluor (F), la
dureté de l'eau ...
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| Le charbon activé est fait de petits
amas d'atomes de carbone empilés les uns sur les autres. La source de carbone est d'une
variété de matériaux, comme les écailles d'arachides ou de noix de coco, du bois ou du
charbon. La source de carbone est lentement chauffée pour la déshydrater. La source est
chauffée encore plus en absence d'air (oxygène) et produit un matériau cristallisé et
de haute teneur en carbone (Fig. A).
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| Le carbone est "activé" en
passant du gaz oxydant à travers le matériel à de très hautes températures. Ce
procédé d'activation produit les pores (Fig. B) d'où provient la propriété d'une
haute adsorption.
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| Le charbon activé est un matériau très
poreux, il a une surface équivalente de 60 à 150 acres à la livre (1 acre = 4046,77
m2).
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| Le charbon activé élimine des composés
volatils par adsorption en les attrapant à sa surface poreuse.
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| L'adsorption est l'attraction de
molécules à la surface du charbon (Fig. C) par le fait que les
forces d'attraction physique au charbon (forces électriques de niveau moléculaire) sont
plus fortes que les forces qui gardent ces molécules en suspension dans une solution.
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| Le procédé d'adsorption dépend des
facteurs suivants :
1) Propriétés
physiques du charbon activé comme la grosseur des pores, la distribution des pores,
la surface équivalente ...
2) Nature chimique de
la source de charbon, quantité d'oxygène (O) et d'hydrogène (H) associé
au charbon
3) Composition
chimique et concentration du contaminant
4) La température et
le pH (acidité) de l'eau
5) Le temps
d'exposition de l'eau au charbon (débit)
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| Au départ, ce sont des filtres au
charbon activé qui sont installés dans 2 et finalement 33 résidences ou le taux de TCE
des puits était à ou plus élevé que 5 ppb ou 5 µg/l. Cette valeur
correspond à la norme Américaine de la US EPA, United States Environmental
Protection Agency.
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| Après un certain
temps, la capacité d’adsorption du charbon activé est diminuée car il restera de
moins en moins de surface au charbon pour adsorber du TCE. Et même, après un temps
suffisant, la capacité du charbon est épuisée. Le niveau de TCE après le filtre
commencera à augmenter. Il
est temps de changer le charbon activé.
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| Mais quand cela
arrive-t-il ? On ne peut le savoir avec certitude car la capacité d’adsorption
dépend de plusieurs facteurs. Ainsi, dû à des facteurs temps et coûts de
vérification, une façon de remédier à cela serait d’installer 2 filtres en série. De cette façon, si le niveau de TCE à la sortie
du premier filtre se met à augmenter, le deuxième filtre, lui, adsorbera le TCE qui
réussit à passer. Il ne reste qu’à changer le premier
filtre (le charbon) avec une rotation de position avec le filtre
restant.
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| Des 33
résidences ou le taux de TCE des puits était à ou plus élevé que 5 ppb ou
5 µg/l, il y eu 1, puis 3, puis 6 et maintenant 12 (13) résidences dans lesquelles
2 filtres en série furent installés (05/2001).
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| Dans l'eau, il y a autre chose que du
TCE. Il y a aussi des particules et matières en suspension, du sable, etc. Dû au débit
et à la pression, en passant à coté et entre les particules de charbon activé, il y a
de ces particules et matières en suspension qui longent, touchent, frappent, et se
collent aux parois du charbon. Ceci à pour effet de boucher des pores du charbon et
élimine ainsi une quantité de surface qui devrait adsorber du TCE. La durée du filtre
en est ainsi diminuée.
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| Une façon de remédier partiellement à
ce phénomène, est de faire circuler de l'eau en sens inverse au débit normal. L'eau
circulant ainsi délogera une certaine quantité des matières en suspension qui bouchait
des pores et libère ainsi de la surface additionnelle pour adsorber du TCE. Cette
fonction de circulation inverse de l'eau s'appelle "cycle de rétro-circulation"
ou "cycle de régénération" ou "backwash".
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| Après
un certain nombre de cycles de rétro-circulation, il devient plus difficile
d’éliminer certaines particules et matières bien accrochées au charbon. Ceci
diminue la surface du charbon en contact avec l’eau et par ce fait, l’adsorption
du TCE.
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| Pendant
le cycle de rétro-circulation, l’eau du puits (de la source d’eau) est amenée
et poussée sous pression à travers le charbon mais en sens inverse au cycle normal de
circulation. Des particules qui étaient retenues sur le charbon se détachent et sont
rejetées avec l’eau. Cette eau évacuée est donc souillée et possiblement impropre
à la consommation. Si cette eau est rejetée, elle contaminera donc avec des matières
qui étaient en suspension dans l’eau.
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| Le cycle
de rétro-circulation n'a pas pour but et ne déloge pas le TCE des surfaces du charbon
activé. Ce cycle ne déloge que des matières et particules en suspension qui se
sont agglomérées sur le charbon. Pour ce qui est du TCE, les forces électriques qui
produisent la capture par adsorption sont plus fortes que les forces mécaniques produites
par le flot inverse d'eau du cycle du "backwash". Alors, le TCE demeure à la
surface du charbon.
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| L’eau
qui alimente le cycle de rétro-circulation provient du puits et est de ce fait, non
traitée pour l’adsorption du TCE. Par contre cette eau vient en contact avec le
charbon activé, donc une partie du TCE dans l’eau sera possiblement adsorbée à la
surface du charbon. Par contre, comme cité précédemment, un des facteur qui influence
l’adsorption par le charbon, est le temps d’exposition de l’eau contaminée
avec le charbon (débit). Ainsi, l’eau rejetée est possiblement toujours contaminée
au TCE et souillée de particules et matières en suspension. Si cette eau est rejetée,
elle contaminera donc avec des matières qui étaient en suspension dans l’eau ainsi
qu’avec du TCE ou autres contaminants organiques de cette classe.
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| Les
filtres au charbon activé font le travail et font bien le travail pour lequel on les
emploie, mais il faut être vigilant dans le temps.
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Fig. A
Fig. B
Fig. C