Etude et modélisation dynamique de l’élimination de micropolluants prioritaires et émergents au sein du procédé à boues activées

Ce travail vise à décrire les mécanismes d’élimination de micropolluants par un procédé à boues activées en aération prolongée afin de proposer un modèle descriptif permettant une optimisation de leur traitement. Les mécanismes de sorption et de biodégradation sont spécifiquement étudiés. La démarche expérimentale permettant de répondre à cet objectif repose sur le suivi des performances d’une station d’épuration (STEP) des eaux usées urbaines (2900 EH) et sur des expérimentations à l’échelle pilote. Cinq familles de substances aux propriétés physico-chimiques différentes sont étudiées : 11 métaux, 14 composés pharmaceutiques, 19 hydrocarbures aromatiques polycycliques, 5 alkylphénols et 4 pesticides. Le suivi sur une année des eaux usées brutes de la STEP montre que les concentrations en métaux, relativement stables, peuvent atteindre plusieurs centaines de µg/L, alors que les concentrations des micropolluants organiques, ont une variabilité plus importante et restent inférieures à 10 µg/L (sauf pour 2 composés pharmaceutiques). Trente deux des 53 micropolluants recherchés sont éliminés de la file eau de la STEP à plus de 70 %, uniquement par biodégradation pour 10 d’entre eux. Les rendements d’élimination sont relativement peu influencés par les conditions de fonctionnement de la STEP. Cependant, pour 7 micropolluants, les rendements d’élimination augmentent avec les concentrations dans les eaux usées brutes. Les essais à l’échelle pilote permettent de déterminer les coefficients de partition et les constantes cinétiques de biodégradation en conditions contrôlées. Nous observons la biodégradation de 12 micropolluants en réacteur fermé dopé. La biodégradation semble être réalisée par cométabolisme lors de la dégradation simultanée des substrats carboné et azoté. Des conditions aérobies, une élévation de température et une concentration en matières en suspension plus élevée favorisent l’élimination de 9 micropolluants. Un modèle dynamique, calé à partir des données obtenues aux deux échelles d’étude, est ensuite proposé. Ce modèle parvient à simuler les concentrations en micropolluants dans les eaux usées traitées et les boues en fonction des conditions de fonctionnement (température, concentration en matières en suspension, durée de présence d’oxygène). Cet outil permet de mener des simulations prédictives démontrant qu’une réduction supplémentaire des concentrations dans les eaux usées traitées est envisageable pour plusieurs composés pharmaceutiques sous des conditions préalablement définies.