Performance of Aged PAC Suspensions in a Hybrid Membrane Process for Drinking Water Production

Hybrid membrane processes (HMPs) couple membrane filtration with powdered activated carbon (PAC). In HMPs, low-pressure membranes ensure an efficient particle removal, including protozoan parasites such as Cryptosporidium, while the PAC contactor is devoted to the removal of dissolved compounds. Such processes are emerging as a promising alternative to conventional treatment chains, which no longer allow the drinking water facilities to comply with increasingly stringent regulations on the treated water quality. To decrease the operating costs associated with virgin PAC consumption, it was suggested to let the PAC age in the PAC contactor of the process. Until now, the potential of using aged PAC in HMPs has been demonstrated for ammonia and DOC removal, but the potential to remove micropollutants remains unknown. It is suggested that the biological activity in aged PAC contactors contributes significantly to the removal of the dissolved compounds. Yet, neither the extent of the biomass on the aged PAC, nor the residual adsorption capacity, was quantified. No study focused on discriminating the mechanisms responsible for the treatment when using aged PAC suspensions. Most of the data published on HMPs using aged PAC were gathered at pilot scale under warm water conditions, yet the efficiency of the process is most likely sensitive to temperature changes. There is currently little information available on the efficiency of HMPs under cold water conditions. This lack of information hinders the optimization of the HMP, leading to sub-optimal usage of aged PAC.

Résumé

Les procédés membranaires hybrides (PMHs) allient l'usage de la filtration membranaire basse pression permettant l'enlèvement efficace des particules, y celui compris de parasites comme Cryptosporidium, à l'usage du charbon actif en poudre (CAP) pour le traitement de la contamination dissoute. Les PMHs sont une alternative prometteuse à la chaine de traitement conventionnelle, qui ne permet plus actuellement aux usines de production d'eau potable de rencontrer les normes de plus en plus sévères sur les composés dissous. Afin de diminuer les coûts opérationnels du procédé, il a été proposé de laisser vieillir le CAP dans le PMH et donc de minimiser le dosage de CAP frais. Jusqu'à présent, des études à l'échelle pilote ont mis en évidence le potentiel du PMH pour l'enlèvement de l'azote ammoniacal et du carbone organique dissous (COD) lorsqu'opéré avec de hauts temps de rétention de CAP (CAP âgé). Par contre, son potentiel à enlever les micropolluants, actuellement au centre des préoccupations des usines de traitement, reste inconnu. Il a été suggéré que l'activité bactérienne contribue de façon majeure à l'enlèvement des composés dissous lorsque l'âge du CAP est élevé (>7 jours). L'adsorption des composés dissous ne peut néanmoins être complètement écartée. Toutefois, les rôles respectifs de ces deux mécanismes pour l'enlèvement des composés dissous par le CAP âgé n'ont jamais été différenciés. Finalement, alors que l'adsorption et l'activité biologique sont deux mécanismes sensibles à la température, le potentiel du PMH en eau froide est peu connu. En conséquence, la disponibilité limitée d'information nuit à la pleine compréhension du procédé, conduisant à une opération non-optimisée du contacteur à CAP âgé dans le PMH.