Role of Colored Organic Matter in the Photochemical Fate and Removal of Contaminants of Emerging Concern - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Role of Colored Organic Matter in the Photochemical Fate and Removal of Contaminants of Emerging Concern

Rôle de la matière organique colorée dans la transformation photochimique et l'élimination des contaminants émergents

Résumé

This thesis focuses on the study of the effect of Natural Organic Matter (NOM) in the photochemical fate and removal of micropollutants of anthropogenic origin often referred to as Contaminants of Emerging Concern (CECs). In the attempt of giving new insights on the mutual effects of NOM and CECs under different conditions, the research work of this thesis was divided in two different parts: the first one investigating the photochemical processes occurring in natural surface waters in the presence of NOM and CECs, and the second one, focusing on the fate of NOM, as well as on the effect on NOM on CECs degradation, in Advanced Oxidation Processes. Water samples were collected from the aquifer of Allier River located south of Clermont-Ferrand (France) and NOM was characterized according to its spectral and photosensitizing properties as a function of both temporal and spatial distribution of the collected samples. Relationships between chemical and physical characteristics on the one hand, and photochemical properties on the other hand were identified and such data were used to extract information on the hydrological functioning of the aquatic system under study. The possible modifications occurring to dissolved NOM in the presence of water contaminants were investigated studying the photodegradation of the neonicotinoid insecticide imidacloprid (IMD) that is reported in the literature to release the nitro group upon UVA irradiation. The aqueous photolysis of IMD alone and in presence of aromatic probes, selected to mimic some moieties of NOM, was investigated in detail. Nitration and nitrosation of the probes was evidenced showing mutual interactions between NOM and IMD.Regarding the transformation of NOM in water treatment processes instead, we studied the photo-transformation of the Suwannee River NOM from International Humic Substances Society (IHSS) under UV-C irradiation to investigate how pre-irradiation can modify its photodegrading properties. In parallel, a detailed analytical study was undertaken to characterize Suwannee River NOM photo-transformation products. In collaboration with the industrial partner Iris s.r.l., the role of NOM in non-thermal plasma processes for water treatment applications was investigated. The transformation of NOM during such processes as well as the effect of NOM on the degradation of different classes of pollutants during non-thermal plasma treatment were studied and the optimal operational conditions were searched using an experimental design. Attention was dedicated to the degradation of recalcitrant perfluoroalkyl compounds (PFAS) both in ultrapure and groundwater matrices.
Cette thèse a pour objet l’étude de l’effet de la Matière Organique Naturelle (NOM) sur la phototransformation et l’élimination des polluants émergents d’origine anthropique (CECs). Afin de fournir de nouvelles données sur les effets réciproques entre NOM et CECs sous différentes conditions en présence de la lumière, cette thèse a été divisée en deux parties: la première, focalisée sur les réactions photochimiques ayant lieu dans les eaux de surface contenant de la NOM et des CECs , et la deuxième, axée sur le devenir de la NOM dans les procédés d’oxydation avancés (AOPs), ainsi que son effet sur la dégradation des CECs.Des échantillons d’eaux ont été prélevés dans l’aquifère de la Rivière Allier située au sud de Clermont-Ferrand (France) afin de caractériser les propriétés spectrales et photosensibilisatrices de la NOM en fonction du lieu et de la période de prélèvement. Des corrélations entre ces propriétés ont été identifiées et les données obtenues ont apporté des informations relatives au fonctionnement hydrologique du site. Par ailleurs, nous avons montré que la NOM dissoute peut subir des modifications chimiques lorsqu’elle est irradiée en présence de contaminants de l’eau comme l’insecticide imidacloprid (IMD) qui libère NO2 sous irradiation. En effet, la nitration et la nitrosation de composés modèles possédant certaines fonctionnalités chimiques semblables à celles présentes dans la NOM ont été observées. Des interactions mutuelles entre NOM et CECs sous irradiation sont donc possibles.L’étude du devenir de la NOM dans les procédés d’oxydation avancée nous a conduit à étudier la photodégradation sous lumière UVC de la NOM de la Rivière Suwannee (Société Internationale des Substances Humiques-IHSS) avec pour objectif d’évaluer comment une pré-irradiation de la NOM modifie ses propriétés photosensibilisatrices. Parallèlement, une étude analytique détaillée a été menée afin d’identifier les produits de dégradation de cette NOM. En collaboration avec le partenaire industriel Iris s.r.l., le rôle de la NOM dans les procédés de traitement des eaux basés sur la technologie du plasma non-thermique a été évalué. La transformation de la NOM ainsi que l’effet de la NOM sur la dégradation de différentes familles de polluants a été examinée et les conditions opérationnelles optimales de traitement ont été recherchée à l’aide d’un plan d’expérience. Une attention particulière a été portée à la dégradation des composés substances perfluoroalkylées (PFAS) reconnus comme très récalcitrants dans différentes matrices.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03595044 , version 1 (03-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03595044 , version 1

Citer

Davide Palma. Role of Colored Organic Matter in the Photochemical Fate and Removal of Contaminants of Emerging Concern. Analytical chemistry. Université Clermont Auvergne, 2021. English. ⟨NNT : 2021UCFAC033⟩. ⟨tel-03595044⟩
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