Oxydation biologique et chimique à l’ozone des micropolluants émergents en station d’épuration - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Environnement, Risques & Santé Année : 2018

Biological and chemical-ozone oxidation of emerging micropollutants in wastewater treatment plants

Oxydation biologique et chimique à l’ozone des micropolluants émergents en station d’épuration

Résumé

Pharmaceuticals are found in significant quantities in municipal wastewater, probably because of their incomplete biotransformation by human or animal metabolization. They are not completely eliminated through conventional wastewater treatment and are subsequently released into the aquatic environment. More advanced treatment is required for the effective reduction of the quantity of pharmaceuticals entering the environment. Among the available technical treatments, tertiary ozonation has proved an economically feasible and highly effectivewayof removing awide range of contaminants. Like other oxidative treatments, ozonation leads to major changes in the water composition. Consequently, it is important to evaluate the toxic potential of the treated effluent through relevant ecotoxicological end points. This pilot study took place at the Bellecombe WWTP (France). A mixture of municipal and hospital wastewater was treated by conventional activated sludge (CAS) followed by tertiary ozonation at three transferred ozone doses ranging from 0.45 to 2.30 mg O3/mg DOC with a hydraulic contact time of 5 minutes. To characterize the removal efficiencies of both CAS and CAS with tertiary ozonation, 12 pharmaceuticals were tested. Endocrine disruption tests were conducted to assess the toxic potential of the effluents. The overall elimination yields achieved by CAS were 48% with a high standard deviation (above 18%). The addition of tertiary ozonation greatly improved the global removal to 92% (+/- 4%) for an average transferred ozone dose of 0.45 mg O3/mg DOC. Increasing the ozone dose to 1.30 mg O3/mg DOC significantly enhanced the removal of the pharmaceuticals, with kO3 below 105 M-1.s-1. In addition, estrogenic, androgenic, and glucocorticoid endocrine disruption were all reduced in the ozonation stage. Ozonation proved to be highly effective in removing pharmaceuticals at low ozone doses, while simultaneously reducing the potential of endocrine disruption activities compared with biological treatment by conventional activated sludge.
L’effet induit par la présence des micropolluants dans l’eau sur l’environnement et les organismes est devenu une préoccupation grandissante intégrée au cycle de l’eau. Les résidus de médicaments sont particulièrement concernés compte tenu de leur usage élargi et de la fréquence de quantification élevée dans les eaux résiduaires que cela génère. Différentes voies sont identifiées pour réduire les émissions des flux rejetés vers les milieux naturels et l’une d’entre elles peut s’appuyer sur le traitement en station d’épuration urbaine (STEU), grâce à leur place stratégique en tant que point de collecte et de restitution des eaux traitées. Des traitements complémentaires ont été caractérisés et sont nécessaires pour stabiliser et accroître les performances des systèmes biologiques actuels. L’ozonation a démontré des performances élevées de traitement sur un large nombre de composés émergents tout en étant économiquement viable. Comme tout traitement d’oxydation, y compris biologique, elle provoque des changements structurels qui peuvent donner lieu à des composés de transformation ou des sous-produits d’oxydation. Il est ainsi nécessaire d’évaluer les possibles effets générés par les effluents traités en termes de toxicité. Dans le cadre de l’observatoire SIPIBEL, les performances de traitement de 12 composés émergents par traitement biologique conventionnel à boues activées (BA) et par ozonation tertiaire ont été étudiées. L’étude a été réalisée à l’échelle pilote à partir des effluents mixtes urbains et hospitaliers de la STEU de Bellecombe en Haute-Savoie, France. Le traitement par BA est opéré pour traiter la pollution carbonée et l’azote par nitrification totale. L’ozonation tertiaire a été réalisée en utilisant trois doses spécifiques d’ozone transféré exprimées par rapport à la concentration en COD de l’eau traitée secondaire (0,45, 1,30 et 2,30 mg O3/mg COD) et un temps de contact hydraulique de cinq minutes. Le potentiel de perturbation endocrinienne des effluents sur les activités estrogéniques, glucocorticoïdiques et androgéniques a été évalué avec une batterie de tests cellulaires in vitro dédiés. Les abattements quantifiés sur le traitement par BA pour dix micropolluants quantifiés (carbamazépine, sulfaméthoxazole, acide salicylique, ibuprofène, paracétamol, diclofénac, kétoprofène, éconazole, aténolol, propranol) confirment la variabilité importante et les performances réduites de ce système avec un rendement moyen de 48 % (±18 %). L’abattement du système à BA suivi de l’ozonation tertiaire atteint 92 % (±4 %) d’abattement sur les mêmes molécules dès l’utilisation de la faible dose d’ozone transféré. L’augmentation de la dose spécifique transférée à 1,30 mg O3/mg COD a un effet d’amélioration sur les résidus de médicaments dont l’affinité à l’ozone est inférieure à 105 M-1.s-1. Pour l’activité androgénique suivie, les concentrations mesurées ont été en dessous de la limite de quantification pour les eaux traitées biologiquement et par ozonation. L’ozonation tertiaire à 1,5 mg O3/mg COD a donné lieu à des valeurs non détectées pour les deux activités de perturbation de type glucocorticoïde et estrogénique. Le traitement biologique complété par l’ozonation tertiaire s’est confirmé performant pour le traitement des résidus de médicaments et pour la réduction du potentiel de perturbation endocrinien des effluents (activités estrogéniques, glucocorticoïdiques et androgéniques).
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Citer

Adriana Gonzalez-Ospina, Bruno Domenjoud, Emmanuelle Vulliet, Sylvie Bony, Sylvie Baig. Oxydation biologique et chimique à l’ozone des micropolluants émergents en station d’épuration. Environnement, Risques & Santé, 2018, 17 (2), pp.75-83. ⟨10.1684/ers.2017.1097⟩. ⟨hal-01803518⟩
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