Le charbon actif dans le traitement des lixiviats de décharges – une technologie clé pour une eau propre

Les lixiviats de décharge se forment lorsque les eaux pluviales ou de surface s'infiltrent à travers les déchets stockés et absorbent les substances organiques et inorganiques dissoutes. Selon l'âge et la composition de la décharge, ces eaux peuvent contenir des concentrations élevées en Ammonium, métaux lourds, hydrocarbures chlorés, substances humiques et de composés organiques difficilement dégradables.

Comme les lixiviats non traités présentent des risques non négligeables pour les eaux souterraines et les eaux de surface, les exploitants de décharges sont légalement tenus de les traiter à leurs frais. L'adsorption sur charbon actif, qui fixe de manière fiable même les substances difficilement dégradables, est considérée comme un procédé particulièrement efficace pour éliminer les polluants persistants.

Cadre juridique en Allemagne et dans l'UE

Le traitement des lixiviats de décharges est soumis à des exigences légales strictes afin de minimiser les apports de polluants dans les écosystèmes terrestres et aquatiques et d'assurer la protection durable de l'homme et de l'environnement. Les principales bases juridiques en Allemagne sont les suivantes :

• Règlement sur les eaux usées (AbwV), annexe 51 « lixiviats de décharges: Réglemente les valeurs limites de rejet obligatoires pour des paramètres tels que la demande chimique en Oxygène (DCO), l'Azote total, l'Azote ammoniacal, les métaux lourds (par exemple le Cadmium, le Mercure) et les composés organiques halogénés adsorbables (AOX).

  Exemples de valeurs indicatives (variant selon les Länder) :

  • DCO : < 75 mg/l

  • Azote total : < 20 mg/l

  • Azote ammoniacal : < 5 mg/l

  • AOX : < 0,2 mg/l

• Loi sur la gestion de l'eau (WHG)
  Exige que tout rejet dans les eaux soit conçu de manière à ne pas nuire au bien-être général (§§ 57 et suivants WHG).

• Directive-cadre européenne sur l'eau (2000/60/CE)
  Oblige les États membres à atteindre un « bon état chimique et écologique » de toutes les eaux. Les exploitants sont donc tenus de traiter les lixiviats de décharges de manière à ne pas détériorer l'état des eaux.

• Règlement sur les décharges (DepV)
  Stipule que les lixiviats doivent être collectés et « traités de manière à ce que leur évacuation ou leur rejet n'entraîne pas de modifications néfastes du sol ou des eaux souterraines ».

Ces exigences montrent clairement que les exploitants de décharges doivent atteindre de manière fiable des concentrations résiduelles très faibles de polluants, même lorsque les quantités de lixiviats varient fortement.

Propriétés et principe de fonctionnement du charbon actif

Le charbon actif, dans notre gamme de produits Hydraffin, est un matériau carboné présentant une surface spécifique extrêmement importante (jusqu'à 1 000 m²/g) et une structure hautement poreuse composée de micro-, méso- et macropores. Cette structure permet l'adsorption physique d'une multitude de molécules organiques ainsi que de certains composés inorganiques.

• Micropores (< 2 nm) : particulièrement efficaces pour les petites molécules organiques difficilement dégradables.

• Mésopores (2-50 nm) : importants pour les molécules plus grosses telles que les substances humiques.

• Macropores (>50 nm) : servent de canaux de transport et facilitent la diffusion.

La capacité d'adsorption dépend de facteurs tels que la température, le pH, la concurrence d'autres substances et le profil poreux spécifique du charbon utilisé.

Raisons de son utilisation dans le traitement des lixiviats de décharges

Le charbon actif sert à éliminer les polluants difficilement dégradables ainsi que les colorants et les substances odorantes, et garantit le respect des valeurs limites légales.

• Élimination des composés organiques difficilement dégradables
  Les étapes de traitement biologique réduisent principalement les substances facilement biodégradables. Les composés aromatiques complexes, les composés organochlorés ou les traces de pesticides restent souvent présents – le charbon actif agit ici comme une étape de « finition ».

• Réduction de la DCO et du COT
  L'adsorption sur le charbon actif permet de réduire considérablement la demande chimique en oxygène (DCO) et le carbone organique total (COT), ce qui permet de respecter de manière fiable les valeurs limites réglementaires.

• Élimination des colorants et des substances odorantes
  Les substances humiques et autres substances colorantes sont adsorbées, ce qui rend les eaux usées plus claires et moins odorantes.

Variantes du procédé : charbon actif en poudre ou en grain

Dans le traitement des lixiviats de décharges, on utilise principalement du charbon actif en grains (CAG), car il génère moins de boues et est plus facile à manipuler en fonctionnement continu. Le charbon actif en poudre (CAP) peut être utilisé comme alternative, en particulier lorsqu'un dosage flexible est nécessaire.

• Charbon actif en poudre (CAP)

  • Fonctionnement : le CAP est dosé sous forme de fine poudre de charbon directement dans le flux d'eaux usées, puis séparé par sédimentation ou filtration.

  • Avantage : dosage flexible, adaptation possible aux charges variables.

  • Inconvénient : production de boues supplémentaires et coûts d'exploitation plus élevés en raison du traitement et de l'élimination.

• Charbon actif en grains (CAG)

  • Fonctionnement : le CAG est utilisé sous forme de grains solides dans des filtres à lit fixe ou des adsorbeurs.

  • Avantage : permet un fonctionnement continu pendant des semaines, voire des mois, avant que le charbon ne doive être régénéré ou remplacé ; réduction des boues, manipulation plus simple.

  • Pratique : en raison de ces avantages, le CAG est la norme dans le traitement des lixiviats de décharges.

Intégration de l'adsorption au charbon actif dans le processus global

Les lixiviats de décharges sont généralement traités en plusieurs étapes :

• Pré-clarification et filtration mécanique pour éliminer les matières solides.

• Traitement biologique (par exemple, boues activées, SBR, biologie membranaire) pour réduire les matières organiques facilement dégradables et les composés azotés.

• Adsorption sur charbon actif comme étape de finition pour éliminer le COD résiduel, les micropolluants et la coloration.

Cette combinaison permet d'optimiser les coûts d'exploitation et de protéger le charbon actif contre une saturation rapide.

Fonctionnement et remplacement des filtres à charbon actif en grain

L'exploitation du charbon actif en grain nécessite une surveillance continue et des mesures de remplacement ou de réactivation au bon moment afin de garantir une performance constante.

• Chargement et courbes de percée : la surveillance des performances s'effectue par des mesures (en ligne) du CSB/TOC. Si les concentrations en rejet augmentent (percée), une réactivation ou un remplacement du charbon est nécessaire.

• Réactivation : le charbon actif en grain peut être traité thermiquement et réutilisé plusieurs fois, ce qui améliore la rentabilité.

• Facteurs de coût : en fonction de la qualité de l'eau brute, du débit, du type de charbon actif et des intervalles de réactivation.

Lire aussi : Charbon actif : réutilisation ou élimination ?

Exemples pratiques et perspectives

En Allemagne et en France, les adsorbeurs CAG sont couramment utilisés dans les décharges. De nombreux exploitants les combinent avec l'osmose inverse lorsque des valeurs de rejet particulièrement basses sont requises. De nouveaux développements, tels que l'imprégnation du charbon ou les procédés combinés ozone/charbon actif, augmentent la capacité d'adsorption et peuvent réduire encore davantage les besoins en charbon actif vierge.

Conclusion : le charbon actif dans le traitement des lixiviats de décharges

Les dispositions légales de l'ordonnance sur les eaux usées, de la loi allemande sur la protection des eaux (WHG), du règlement allemand sur les décharges (DepV) et de la directive-cadre européenne sur l'eau fixent des normes strictes pour le rejet des lixiviats de décharges.

L'adsorption sur charbon actif est une technologie éprouvée, techniquement mature et économiquement viable qui permet de répondre de manière fiable à ces exigences. Elle élimine même les polluants organiques difficilement dégradables et réduit la DCO, les AOX et les micropolluants aux valeurs limites requises.

Le charbon actif reste ainsi un pilier central du traitement moderne lixiviats de décharges, au service de la protection des eaux et de la sécurité juridique pour les exploitants.

Donau Carbon propose des solutions adaptées à cet effet : les filtres à charbon actif de la série LT et les charbons actifs de haute qualité de la série Hydraffin WR aident les exploitants à mettre en œuvre ces exigences de manière fiable et durable.