AOC reduction by biologically active filtration Réduction du carbone organique assimilable par filtration biologiquement activée.

Abstract

Biological treatment was examined for production of biologically stable water, increase disinfectant stability, and reduced formation of disinfection by products. Monitoring of assimilable organic carbon (AOC) levels in the effluent of the Swimming River Treatment Plant (SRTP) showed that values >100 µg/L could be related to the occurrence of coliform bacteria in the distribution system. A treatment goal of <100 µg/L was established for biologically active treatment processes. Granular activated carbon (GAC) filters were found to support a larger bacterial population, and thus, provide better biological removal of AOC and total organic carton (TOC). All biologically active filters showed good performance relative to effluent turbidity levels, and headloss development. Preozonation of raw water increased AOC levels an average of 2.3 fold, and always increased filter effluent AOC levels relative to nonozonated water. Application of free chlorine to GAC filters did not inhibit biological activity. Application of chloramines to GAC filters showed a slight inhibitory affect relative to free chlorine. Effluent AOC levels averaged 82 µg/L at an EBCT of 5 min, and decreased to an average of 57 µg/L at 20 min EBCT. EBCT did affect TOC removals, with efficiencies averaging 29, 33, 42, and 51 % removal at EBCTs of 5, 10, 15 and 20 min, respectively. Trihalomethane formation potentials (THMFP) were related to TOC levels. Processes Chat decreased TOC levels also decreased THMFP. A preozonated GAC/sand filter (EBCT 10 min) achieved an annual average 54 % removal of THMFP precursors. Post disinfection of biologically treated effluents reduced HPC bacterial counts by 2-2.5log₁₀. Post chlorination or chloramination of prechlorinated GAC/sand effluents resulted in a 20 %, or a 44 % (respectively) increase in AOC levels. Post disinfection of preozonated water resulted in small (<8%) AOC increases. Despite increases in AOC levels, prechlorinated water had lower AOC levels than preozonated water, even after post disinfection.

Keywords:

• Assimilable organic carbon,
• total organic carbon,
• biological filtration,
• potable water treatment,
• granular active carbon,
• filtration,
• disinfection,
• ozone,
• chlorine,
• chloramine,
• bacterial regrowth

Résumé

L'objectif de ce projet était de fournir un guide pratique de l'application des techniques de traitement biologique aux opérations de traitement actuel des eaux. Les études furent centrées sur la production d'une eau biologiquement équilibrée, sur la stabilité (l'équilibre) des désinfectants, et sur la formation moins importante de sous-produits désinfectants. Notamment, l'étude a montré que les procéssus biologiques peuvent satisfaire les besoins de la pratique aussi bien que les exigences régulatrices de l'industrie de l'eau.

Le système de surveillance et de contrôle des niveaux du carbone organique assimilable (COA) des éffluents de la "Swimming River Treatment Plant" a montré que des données >100 µq/L pourraient expliquer d'une part, l'apparition des bactéries conformes dans le système de distribution et d'autre part la transgression potentielle des règlements récemment révisés de la "Limite Maximum de Contaminants de Coliformes" des Etats-Unis. L'optimum du traitement a été établi à <100 µg/L pour les méthodes de traitement biologiquement activé.

Des études évaluant des genres de filtres différents ont démontré que des filtres de carbone granuleux actif (CGA) peuvent supporter une population bactérielle plus grande, et ainsi, permettre une meilleure supression biologique du COA et du carbone organique total (COT). Les filtres de carbone granuleux actif peuvent rester biologiquement actifs même à une basse température d'eau (<5 °C). Des filtres à lit profond de COA étaient un peu plus étficaces que les filtres constitués de COA et de sable pour la supression du COA et du COT. Toutefois, le meilleur résultat fut attribué à l'expérience mettant en oeuvre une plus grande période de temps de résidence en lit vide (TRLV). Tous les filtres biologiquement actifs ont démontré une bonne performance liée au niveau de turbidité de l'éffluent, à la suppression des parasites et à la diminution de la vitesse de l'écoulement de l'eau. Les résultats indiquent que les filtres biologiquement actifs devraient satisfaire les règlements de turbidité du Code de Traitement des Eaux de Surface (CTES) des États-Unis avec des longueur de filtres appropriées.

Un pré-traitement à l'ozone de l'eau crue a augmenté le niveau du COA d'une moyenne de 2,3 fois et a intensifié le niveau du COA de l'éffluent par rapport à l'eau non-pré-traitée à l'ozone. Parce que le CAG peut neutraliser rapidement le chlore libre, l'emploi de chlore libre aux filtres de CAG n'a pas empêché l'activité biologique. Les résultats obtenus indiquent que beaucoup de filtres conventionnels peuvent déjà achever une bonne suppression du COA. L'utilisation des chloramines aux filtres CAG a indiqué une légère activité inhibitrice en proportion de la teneur en chlore libre. La stabilité des résidus de chloramine permet au désinfectant de pénétrer le filtre et de maintenir des traces résiduelles dans l'éffluent provenant du filtre. Les niveaux bactériels hétérotrophes (HPC) dans les filtres pré-chloraminés étaient dix fois moindres que dans les filtres pré-chlorés ou pré-ozonés. TRLV n'avait qu'un effet réduit sur l'enlèvement du COA. Les niveaux de l'éffluent du COA draient en moyenne de 82 µg/là un TRLV de cinq minutes, et avaient diminués à une moyenne de 57 µg/Là un TRLV de vingt minutes. II n'est pas sûr que l'injection d'azote ou de phosphore dans les filtres pourrait permettre la suppression du COA. Le TRLV avait un effect sur l'elimination du COT, avec des rendements respectifs en moyennes de 29, 33, 42 et 51 % d'élimination pour des TRLVs de 5, 10, 15 et 20 minutes.

La formation potentielle de méthane tri-halogéné (FPMI est liée à la teneur en COT. Les processus qui réduisent la teneur en COT font aussi décroître le FPMTH. Un filtre de GAG/sable pré-ozoné (TRIV 10 min.) permettait une suppression moyenne annuelle de 54 % des éléments précurseurs de FPMTH. Les taux de FPMTH dans le filtre éffluent avait une moyenne de 99 µg/L (107, µg/L après les 60 premiers jours). En comparaison, les taux de FPMTH dans le SRTP etaient presque le double (178 µg/L).Une désinfection postérieure des éffluents traités biologiquement a réduit la flore bactérielle hétérotrophe d'un log₁₀ de 2 à 2,5. Le chlore libre (1 mg/L) a produit de meilleurs taux d'inactivité que les chloramines (2 mg/L) pré-formées dans un intervalle de 30 minutes. Un traitement postérieur au chlore ou à la chloramine des éffluents pré-chlorés d'un filtre CAG/sable a eu pour résultat une augmentation respective des niveaux de COA de 20 %, et de 44 %.

Une désinfection postérieure de l'eau pré-ozonée a pour résultat une faible (<8 %) augmentation de COA. Malgré les augmentations de la teneur en COA, l'eau pré-chlorée a des teneurs en COA plus faible que l'eau pré-ozonée, même après une désinfection postérieure.

La conclusion du rapport est que les absorbants des filtres de CAG/sable biologiquement actifs peuvent produire des éffluents d'une teneur en COA de <100 ug/L, d'une turbidité basse, avec des FPMTH réduite durant une période de traitement acceptable. Ce processus peut être facilement appliqué aux systèmes actuels de traitement des eaux. Un traitement biologique est présenté en tant que procédé pour satisfaire les demandes rigoureuses du traitement des eaux.

Mots-clés:

• Carbone organique assimilable,
• carbone organique total,
• filtration biologique,
• traitement de l'eau potable,
• carbone actif granuleux,
• filtration,
• désinfection,
• ozone,
• chlore,
• chloramine (amine chloré),
• redéveloppement des bactéries