Filtre à charbon actif commercial — élimination du chlore, du goût et des odeurs

Le charbon actif est un adsorbant poreux fabriqué à partir de charbon minéral, de coque de noix de coco, de bois ou de coques de fruits. Sa surface interne est très grande — généralement 500–1,500 m² par gramme — et les molécules dissoutes se fixent sur cette surface lorsque l'eau traverse le lit. Un filtre à charbon actif commercial élimine le chlore libre, la chloramine (plus lentement), les composés responsables du goût et des odeurs, la couleur, les substances humiques, certains pesticides et solvants, ainsi que l'ozone. Il n'élimine pas les sels dissous, la dureté, les nitrates, les fluorures ni les microorganismes.

La filtration sur charbon est une étape de polissage et de protection, pas un traitement complet. Elle se place après la filtration sur sable, car la turbidité colmate le charbon et raccourcit sa durée de vie, et avant les adoucisseurs, les membranes d'osmose inverse ou les appareils UV, car elle élimine les oxydants qui les endommagent. Dans les installations d'eau potable, elle améliore le goût et élimine le chlore injecté en amont ; en eau de process, elle protège les membranes, la résine échangeuse d'ions et les surfaces en acier inoxydable.

Le charbon n'est pas conçu comme un filtre à particules. La turbidité, la rouille et le fer précipité enrobent les grains et bouchent les pores : dans la plupart des conceptions, un filtre à sable ou un filtre à cartouche précède le lit. Le charbon favorise aussi la croissance bactérienne après avoir adsorbé des matières organiques, ce qui explique pourquoi le contre-lavage, la désinfection et une barrière en aval font partie d'une conception d'eau potable.

Le charbon actif granulaire (GAC) est contenu dans une enceinte sous pression que l'eau traitée traverse. C'est le choix standard pour la déchloration continue, le contrôle du goût et des odeurs et le prétraitement RO, car le lit peut être contre-lavé et le charbon remplacé indépendamment du reste de l'installation. Le charbon actif en poudre (PAC) est dosé dans l'eau sous forme de suspension, mélangé, puis éliminé par coagulation, décantation ou filtration.

Le PAC convient aux problèmes saisonniers — une prolifération d'algues, un épisode de goût temporaire — car il peut être ajouté uniquement en cas de besoin et ne nécessite aucune enceinte. Il est moins efficace au kilogramme, produit des boues et ne peut pas être régénéré sur site. Les cartouches en bloc de charbon constituent une troisième option pour les petits débits, les unités au point d'utilisation et le polissage après un lit de GAC ; elles ne sont pas adaptées aux grandes installations en raison de la fréquence de remplacement et de la perte de charge.

Les membranes d'osmose inverse en polyamide sont attaquées par le chlore libre et d'autres oxydants. Les dommages sont irréversibles : le rejet de sel baisse et l'élément doit être remplacé. La plupart des fabricants de membranes fixent un maximum de 0.1 ppm de chlore libre à l'entrée, et beaucoup exigent zéro. Un filtre à charbon en amont de l'osmose inverse élimine le chlore de l'eau du réseau ; le dosage de bisulfite de sodium est l'alternative lorsque le charbon n'est pas applicable ou que la chloramine est présente à forte concentration.

Le charbon protège aussi l'osmose inverse contre le colmatage organique. Les acides humiques, les huiles et certains tensioactifs s'adsorbent sur la surface de la membrane et augmentent la pression différentielle ; les éliminer en amont abaisse le SDI et prolonge les intervalles de nettoyage. Le charbon doit être suivi d'un filtre à cartouche de 5 µm pour retenir les particules fines de charbon. Surveillez le chlore libre ou l'ORP après le lit de charbon, et non avant, et remplacez le charbon sur percée plutôt qu'à une date fixe uniquement.

Les lits de charbon fonctionnent sur une large plage de pH mais adsorbent plus efficacement à pH proche de la neutralité ; un pH très élevé ou très bas modifie la charge de surface du charbon et la spéciation du contaminant. La température de l'eau influe sur la cinétique, et l'eau froide demande un temps de contact plus long. La turbidité doit être faible — un filtre à sable ou à cartouche en amont du charbon est la norme — car les particules enrobent le charbon et constituent une source de nourriture pour les bactéries. Les enceintes sont en acier inoxydable ou en FRP, avec une couche de support de gravier et un système de distribution qui évite les cheminements préférentiels.

Dimensionnez l'enceinte pour le débit de contre-lavage, pas seulement pour le débit de service, et laissez une revanche suffisante pour la dilatation du lit. Prévoyez des robinets de prélèvement avant et après le lit, un manomètre différentiel et un drainage dimensionné pour le contre-lavage. En prétraitement d'osmose inverse, la sortie du charbon doit être surveillée en continu pour le chlore libre ou l'ORP, avec alarme et arrêt automatique si la consigne est dépassée.