Use of ACTIFLO® PAC combined with Membrane UF filtration for enhanced NOM

removal from High DOC water source

Philippe SauvignetDT Veolia Eau

Content

Background • NOM issue in western France and why remove it• Actiflo PAC process descritpion and operation variables

Tests in Western France• Performances on Turbidity, DOC, Algae and THM• Impact on subsequent sand filtration• Direct combination with Membrane filtration

Full scale plant at Lucien Grand (Near la Rochelle• Impact on sand filtration• Initial impact on membrane filtration

Conclusions

AFSSA (French DWI) legislation of DOC < 2 mg/l

• Target BDOC 0.2 mg/l to minimise biofilm growth

• THM regulation < 100 µg/l

Algae blooms (Taste & odour)

A majority of non compliance

• More than 50 plants > 10 Mld

• Often bromide issue (ref O3)

GAC change every 12 – 18 mths

NOM a frequent issue in western France ?

Rennes

Toulouse

SUVA (UV/DOC) – THM formation potential

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

SUVA (L/mg.m)

TT

HM

FP

(m

g/L

)

SUVA > 4 (NOM mainly hydrophobic)• ~ 120 g THM/mg C

• Easier to remove at low pH with FeCl3 (50 to 70% DOC removal)

SUVA < 2,5 (NOM mainly hydrophilic)• ~ 30 g THM/mg C

• Difficult to coagulate & clarify (20 à 30% DOC removal)

Coagulation MaturationContact CAP

Filtration

Raw or clarified water

CoagulationMaturation

(Floculation)

Clarification 50 m/h

PAC reactor

PAC & Sand recirculationHydrocyclone

Scraper

PAC return Towards sludge treatment

Actiflo® PAC – Process schematicOptimised usage of PAC• Continuous recirculation• Easy to adapt renewal rate

Actiflo® PAC – Process advantages

Upstream PAC contactor : PAC concentration 1 to 5 g/l

Clarification rise rate up to 50 m/h (500 ref world wide)

Continuous recirculation of PAC which enable to maximise PAC usage

Minimum waste stream, used PAC (Typically 0,2% of feedflow in volume)

Fresh / New PAC addition adaptable to load and type of Organic Matter molecules ranging from 5 to 25 ppm.

ACTIFLO PAC : 2 processes in 1

Sand+

Powder Activated Carbon

Ballasted clarificationACTIFLO ®

PAC reactor

PAC PAC + hydroxydes + sand

ACTIFLO 1ACTIFLO 1ACTIFLO 2ACTIFLO 2

Vers traitement des boues

Coagulant , polymère

Coagulant , polymère, PAC

1st stage clarification

• Conventional, DAF, Actiflo, clarification

• Turbidity & NOM removal

2nd stage Actiflo PAC clarification

• NOM & turbidity polishing

• Replaces O3 + GAC filtration

Actiflo® two stages clarification combination2 stages clarification!• Enhanced NOM removal• Replaces O3 & GAC filtration• Suitable for direct MF/UF filtration

Actiflo clarification

FeCl3 coagulation

Coagulation pH : 5.5

Actiflo PAC clarification

PAC : 3 g/l

COD = 4 mg/l COD < 2 mg/lCOD = 14 mg/l

Actiflo® two stages clarification combination

UV254 removal versus concentration of PAC in pre-contact tank (PAC = PICA AFP21 : Concentration 2,9 g/l ) - Contact time : 10 minutes

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 5 10

PAC concentration in reactor g/l

UV

abs

rem

ova

l %

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Tu

rbid

ity

(NT

U)

Influence of [PAC] concentration over UV removal

Above 3 g/l no real gain!

• Working concentration 1.5 – 3 g/l

Influence of « new » PAC dose over UV removal

UV254 removal versus varying doses of fresh = new PAC (PAC = PICA AFP21 : 0 to 25 ppm ) - Contact time : 10 minutes

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25New PAC dose

UV

(%

)

UV removal %

PAC dosed to waste?

• Limited impact on NOM

Influence of PAC contact time over UV removal

UV254 removal versus contact time in reactor tank (PAC = PICA AFP21 : Concentration 3 g/l )

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 3 5 10 15 20Contact time (min)

Uva

bs

rem

ova

l %

5 to 10 minutes contact

• Optimum compromise 10 mn

Actiflo® PAC – Tests at Pornic WTW

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

Date

Tu

rbid

ité

en e

ntr

ée (

NT

U)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

Tu

rbid

ité

en s

ort

ie (

NT

U)

Turbidité en entrée - avant filtration

Turbidité en sortie - avant filtration

Essais Actiflo + CAP - Usine des GatineauxTurbidité - Turbidimètre labo des Gâtineaux

Actiflo® PAC – Tests at Pornic WTW

AFP21 PICA AFP23 PICA W35 Norit

Origin Coco Wood Mineral

Activation thermal thermal thermal

SG 0,52 0,41 0,43

Porosity Microporous Méso/microporous Microporous

Iodine index mg/g 920 980 1050

Av. size µm 24 23 15

Actiflo CAP – Various types of PAC tested

Micropores < 1 nmMésopores 1 < < 25 nm

Adsorptiondes molécules

Test plant Schematic (St Malo)

Main plant DAF (FeCl3)

ACTIFLO PAC

Main Plant RGF (sand)

Main plant Ozone + GAC

U F Membrane

Raw Water

Balancing tank

Treated water

RGF column

RGF column

Pilot plants Lay-out at Beaufort WTW

Flow and rise rate: 50 m3/h Contact time : 15 min PAC concentration : 2 to 3 g/l Coagulant: FeCl3 (41%w:w) – 0.3 mg/l Fe

Actiflo PAC – operating characteristics

Two identical filter column (sand, 1m, 0,95mm)• Filtration rate – 10 m/h; Diameter 400 mm

• Filter run time 24, 36 or 48h

RGF – operating characteristics

UF Hydranautics : Dead end Filtration UF membrane pore size : 25 nm Continuous Flow rate : 5 m3/h Flux rate : 90 lmh @ 20deg C Backwash : 30 - 40 min CEB: Cl2 1 à 2 per day / acid & Caustic 1 or 2 per week

UF Membrane – operating characteristics

DAF clarification

FeCl3 coagulation

Actiflo®carb

clarification

UF membrane

filtration

Test plant St Malo – overall view of treatment line

Evolution du COD et de la fraction SH en détection OCD/UVD

10,7

7,3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Janvier2008

Fevrier2008

Mars 2008 Avril 2008 Mai 2008 Juin 2008 Juillet 2008 Octobre2008

Décembre2008

Janvier2009

COD (mg C/L) SH+BB (mg C/L) SUVA (L/(mg*m)) COD max EB COD min EB moyenne COD EB

8.9

Tests at St Malo WTW (2008 – 2009)

NOM removal at St Malo (DAF and GAC outlet)

Evolution de la MO sur la filière Usine Janvier 2008 à Janvier 2009

1110

89 9

10

9

8 8

2,52,8 2,6 2,8

2,4 2,4 2,4 2,32,22,5

2,1 2,31,9 2,0

7,3

2,53,0

2,3

2,4

2,2

0

2

4

6

8

10

12

mg

C/L

EBrute EFlottée

ESCAG

THM sortie Filtre CAG

0

10

20

30

40

50

60

février 2008 mars 2008 avril 2008 mai 2008 juin 2008 juillet 2008 août 2008 septembre2008

Décembre2008

Février 2009

TO

TA

L T

HM

s (µ

g/l)

THM at St Malo (GAC outlet)

Actiflo PAC – Turbidity removal

Etude Actiflo CAP Variation de la Turbidité entrée - Sortie Actiflo

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

Turb

idité

(NTU

)

Compteur de Particules

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Parti

cule

s

PART.2um PART.5um

FeCl3 / AN905

PICA AFP21 : 15 - 35 µmMoyenne 2µm : 160 / ml Moyenne 5µm : 70 / ml

Sortie Actiflo CarbTurbidité moy : 0.3 Ntu Turbidité 95%ile : 0.6 Ntu

Actiflo PAC – Particle count (2 & 5 µm)

0

20 000

40 000

60 000

80 000

17/6 12/8 29/8 17/6 12/8 29/8 17/6 12/8 29/8

Eau brute entrée Actiflo CAP sortie Actiflo CAP

Chlorophycées Ulothricophycées Zygophycées Euglénophycées Chrysophycées Xanthophycées Diatomophycées

Cryptophycées Dinophycées Cyanobactéries Indéterminés

cell./mL

cell./L

Veolia Beaufort - 2008EB, Eau flottée et sortie Actiflo CAP

Actiflo PAC – Algae removal

99% removal as good as DAF!

Actiflo PAC – DOC removal

ACTIFLO PAC at Beaufort WTW DOC removal with stabilised PAC conditions (Renewal 15 mg/l; Reactor 2 g/l)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

12-m

ars-

09

16-m

ars-

09

18-m

ars-

09

24-m

ars-

09

26-m

ars-

09

28-m

ars-

09

31-m

ars-

09

2-av

r.-09

6-av

r.-09

8-av

r.-09

10-a

vr.-0

9

15-a

vr.-0

9

17-a

vr.-0

9

21-a

vr.-0

9

23-a

vr.-0

9

27-a

vr.-0

9

29-a

vr.-0

9

4-mai-0

9

6-mai-0

9

11-m

ai-09

13-m

ai-09

15-m

ai-09

20-m

ai-09

25-m

ai-09

27-m

ai-09

DO

C (

mg

/L)

0

10

20

30

40

50

60

New

PA

C (

mg

/L)

COD Entrée DOC sortie Taux de CAP Moy. mobile sur 15 pér. (Taux de CAP) Moy. mobile sur 5 pér. (Taux de CAP)

Actiflo PAC + UF – Performances summary

INLET ACTIFLO PAC OUTLET ACTIFLO PAC UF PERMEAT

Turbidity

Ntu DOC mg/L

UV 254 m-1

Turbidity Ntu

DOC mg/L

UV 254 m-1

Turbidity Ntu

DOC mg/L

UV 254 m-1

Data Nb 83 92 88 76 91 89 55 55 55 Min 0,32 1,90 3,3 0,20 1,20 1,6 0 1,20 1,6 Average 1,35 2,75 4,95 0,42 1,76 2,9 0,01 1,70 2,8 95%ile 2,76 3,20 6,05 0,62 2,10 3,9 0,08 2,00 3,8

Max 3,40 5,50 6,8 1,19 2,38 4,3 0,1 2,25 4,3

Based on 1 year of data!• Substantial consolidated data• Reliable operating conditions

10,7

10,2

8,48,7 8,6

9,9

9,0

8,4 8,2

7,3

2,2 2,32,5

2,1 2,3 2,4 2,21,9 2,0

1,6 1,7 1,8 1,81,4

1,81,6 1,7

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

Janvier 2008 Fevrier 2008 Mars 2008 Avril 2008 Mai 2008 Juin 2008 Juillet 2008 Octobre 2008 Décembre2008

Janvier 2009

EBrute ESCAG

Actiflo CAP

Actiflo PAC / CAG – DOC removal comparison

0

10

20

30

40

50

60

février 2008 mars 2008 avril 2008 mai 2008 juin 2008 juillet 2008 août 2008 septembre2008

Décembre2008

Février 2009

TO

TA

L T

HM

s (µ

g/l)

Actiflo CAP Filtre CAG

Comparaison des productions de THMs

Actiflo PAC / CAG – THM formation comparison

Perte de Charge sortie Colonnes

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

11/12/08 12/12/08 13/12/08 14/12/08

Per

te d

e C

har

ge

(m d

'eau

)

PDC Colonne Acticarb

PDC Colonne Flottateur

Cycle de 36 h avant lavage

Cycle de 36 h avant lavage

Perte de MES et pic de turbidité de l'actiflo à cause d'une mauvaise préparation du polymère

Arrêt de la colonne Acticarb

RGF column headloss build-up comparison

RGF column filtered water quality comparison

Turbidité en sortie Colonne de Filtre

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

15/01/09 15/01/09 15/01/09 16/01/09 16/01/09 16/01/09 16/01/09

Tu

rbid

ité

(NT

U)

Turbi Colonne Flottateur

Turbi Colonne Acticarb

ACTIFLOACTIFLO Carb

UFSand Filters

Inos

Press Filters

Lucien Grand WTW (66 Mld) near La Rochelle

CAP CAP + hydroxydes

+µsable

UltrafiltrationUltrafiltration

ACTIFLO 1ACTIFLO 1 ACTIFLO 2ACTIFLO 2

Eau traitée

Vers traitement des boues

Chlore

Inter-coagulation

Coagulant , polymère

Coagulant , polymère, CAP

PréfiltresPréfiltres

Filtres à sables Filtres à sables (existant)(existant)

O3

(Chlore)

Lucien Grand WTW (66 Mld) near La Rochelle

ACTIFLO 1er Etage

Turbidité: < 1 NTU

Lucien Grand WTW (66 Mld) near La Rochelle

ACTIFLO Carb 2nd EtageCOD < 2mg/l

Lucien Grand WTW (66 Mld) near La Rochelle

Existing RGF

Lucien Grand WTW (66 Mld) near La Rochelle

Usine de Lucien GrandDurée de cycle des filtres

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1/12

/08

6/12

/08

11/12

/08

16/12

/08

21/12

/08

28/12

/08

2/1/0

9

7/1/0

9

13/1/

09

18/1/

09

29/1/

09

9/2/0

9

20/2/

09

Nombre d'heures de fonctionnement

Eau sortie Pulsator

Eau sortie Actiflo Carb

Lucien Grand WTW (66 Mld) near La Rochelle

UF plant

Lucien Grand WTW (66 Mld) near La Rochelle

CEB caustic – 1er Backwash

CEB caustic – 3ième backwash

Process data – performance period 15.04.2009

COD

ppm

Turbidity

Ntu

UV254

Raw water 3,3 3,7 0,07

Pre-Ozonation outlet 3,4 3,7 0,05

Actiflo 1 outlet 2,1 0,6 0,037

Actiflo 2 outlet 1,6 0,4 0,032

UF outlet 1,5 < 0,1 0,031

Lucien Grand WTW (66 Mld) near La Rochelle

Actiflo PAC over 10 references, 3 in operation Largest plant L’Haï les roses (Paris suburb) 160 Mld Benefits from the huge clarification power & reliability

of Actiflo Combination with UF succesfull and also be used for

retrofit Capex very economical compared with other NOM

removal technologies Opex adaptable typically under 5 cent € per m3 Available near you at VWS-UK!

Conclusions – Actiflo PAC