Réduction des micropolluants par les traitements complémentaires : procédés d'oxydation avancée, adsorption sur charbon actif. ARMISTIQ - Action A. Rapport final

Autre denomination :

Additional treatment processes for micropollutants reduction: advanced oxidation processes and adsorption on granular activated carbon

L'objectif de l'action A du projet ARMISTIQ est de hiérarchiser les procédés complémentaires applicables pour la réduction des substances réfractaires aux traitements conventionnels (primaires et secondaires) des eaux des station de traitement des eaux usées (STEU) domestiques. Les procédés choisis dans cette étude sont l'ozonation, l'adsorption sur charbon actif en grain et les procédés d'oxydation avancée (POA) impliquant l'ozone, le peroxyde d'hydrogène et les rayons UV. Les procédés d'osmose inverse et de nano-filtration n'ont pas été sélectionnés a priori à cause de leur surcoût élevé et de leur importante consommation d'énergie. Les traitements complémentaires ont été étudiés à l'échelle pilote avec une capacité de traitement d'effluent de 60 à 500 L/h. Un pilote de procédés d'oxydation avancée (POA) a été installé dans deux stations d'épuration avec deux traitements en amont différents: un bioréacteur à membranes et une boue activée à faible charge suivie d'un filtre à sable. Un pilote d'adsorption avec du charbon actif en grain a été testé pendant 6 mois en continu après traitement biologique à boues activées faible charge suivie d'un filtre à sable et d'ozonation pour la désinfection. Au total, 64 micropolluants ont été analysés dans les échantillons collectés avec plusieurs méthodes analytiques basées sur la spectrométrie de masse (GC/MS, GC/MS/MS, LC/MS/MS, ICP/MS). Les composés analysés (médicaments, herbicides, pesticides, alkylphénols, HAP et métaux) ont été choisis en fonction de leur occurrence dans les eaux traitées en sortie de stations d'épuration et de leurs propriétés physico-chimiques. Les traitements complémentaires étudiés aux conditions d'application utilisées (ozonation, POA et adsorption sur charbon actif) ont été trouvés efficaces pour l'élimination de la plupart des micropolluants quantifiés dans cette étude, excepté les métaux. L'ajout de peroxyde d'hydrogène à l'ozone a augmenté le nombre de substances bien éliminées (R>70%), mais n'a pas permis d'augmenter le rendement d'élimination des substances réactives à l'ozone (comme les bétabloquants ou la carbamazépine). Les autres POA (ozone/H2O2 et UV/H2O2) n'ont pas permis d'augmenter le nombre de substances organiques bien éliminées par rapport à l'ozone seul. Le charbon actif en grains était toujours efficace (R>70%) au bout de 6 mois de fonctionnement 24h sur 24 pour la plupart des médicaments et les pesticides des familles urées et triazines. Les 5 technologies étudiées ont été dimensionnées à pleine échelle afin d'évaluer leurs coûts d'investissement et d'exploitation en vue d'atteindre deux niveaux d'objectifs en taux d'élimination de micropolluants pour 2 tailles de STEU différentes. Selon cette étude, la mise en place de traitements complémentaires intensifs sur une STEU de 60 000 ou de 200 000 EH entraînerait un surcoût de traitement de 1,5 à 17,6 centimes d'euros par m3 traité, selon la technologie mise en place, la liste des substances choisie et l'objectif visé. Ces résultats sont dépendants du contexte et des conditions de l'étude. Concernant l'impact environnemental, pour la STEU de capacité plus élevée, le charbon actif est plus impactant que les autres procédés sur tous les impacts évalués sauf un. On peut classer les systèmes d'oxydation avancée par ordre croissant d'impact : ozone < ozone/H2O2 < ozone/UV ~ UV/H2O2. Pour la STEU de capacité moyenne, en revanche, le charbon actif n'est plus le procédé le plus impactant excepté en ce qui concerne les impacts sur l'occupation du sol (liés notamment à la fin de vie du charbon actif en décharge). Il devient comparable aux autres solutions au niveau de l'impact environnemental.

Auteurs du document :

BESNAULT S., MARTIN S., BAIG S., BUDZINSKI H., LE MENACH K., ESPERANZA M., NOYON N., GOGOT C., MIEGE C., DHERRET L., ROUSSEL-GALLE A., COQUERY M., IRSTEA

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Mots clés :

MICROPOLLUANTS, TRAITEMENTS TERTIAIRES, OZONE, CHARBON ACTIF, UV, PROCEDES D'OXYDATION AVANCEE, COUTS, ACV

Thème (issu du Text Mining) :

PROCEDES COMMUNS EPURATION ET TRAITEMENT, POLLUANTS

Date :

2014-02-01

Type de ressource :

Rapport d'étude