Assessment of advanced oxidation processes for the removal of emerging organic micropollutants at the outlet of small and medium-sized wastewater treatment plants
Évaluation de procédés d’oxydation avancée pour le traitement des micropolluants organiques émergents en sortie de petites et moyennes stations de traitement des eaux usées
Résumé
Climate change and the increasing use of water resources are leading to the deterioration in freshwater quality and to global water stress augmentation. The ubiquitous presence of trace organic micropollutants in aquatic environments around the world is now well documented and wastewater treatment plants (WWTPs) are considered as one of the main sources of these contaminants. Improving treatment processes would prevent micropollutant discharge into the natural environment and would allow greater reuse of treated wastewater in agriculture or industry. Some tertiary treatments are being introduced in large WWTPs, particularly in Switzerland. However, they are not financially and technically affordable for small and medium-sized WWTPs which represent 95% of the treatment plants in France. The aim of this thesis is to study treatment processes adapted to these WWTPs, based on photo-activated advanced oxidation processes (AOPs). These consist in the irradiation of H2O2 or S2O82- to generate highly oxidising species capable of degrading the targeted micropollutants. Initial work was carried out under controlled conditions on solutions doped with model micropollutants (estrogens and nonsteroidal anti-inflammatory drugs) on a laboratory scale (100 mL) and an intermediate scale (20 L) and allowed the assessment of UVA, UVB and UVC radiations for the photolysis of H2O2 or S2O82- with the aim of cost-efficiency optimisation. The influence of the effluent parameters on the performance of the UVC/H2O2 and UVC/S2O82- processes was also studied. Finally, passive and active sampling campaigns upstream and downstream from a UVC/H2O2 pilot installed at the outlet of a 1,100 population equivalent WWTP (about 6 m3.h-1) showed removal performance variations induced by the characteristics of the effluent. Nevertheless, the autonomy, low cost and efficiency of this process have been demonstrated both at the chemical and ecotoxicological levels.
L’intensification de l’utilisation des ressources en eau et le dérèglement climatique induisent une détérioration de la qualité des eaux douces et un stress hydrique global en constante augmentation. L’omniprésence de micropolluants organiques à l’état de traces dans les milieux aquatiques du monde entier est aujourd’hui avérée. Les stations de traitement des eaux usées (STEU) sont considérées comme l’une des principales sources de contamination. Améliorer les procédés d’épuration limiterait l’impact des rejets dans le milieu naturel et permettrait une plus large réutilisation des eaux traitées en agriculture ou dans l’industrie. Des traitements complémentaires commencent à équiper des STEU de grande taille, notamment en Suisse. Cependant, ils ne sont pas abordables financièrement et techniquement pour les petites et moyennes STEU qui constituent près de 95 % du parc français. L’objectif de cette thèse est d’étudier des solutions de traitement adaptées à ces STEU, basées sur les procédés d’oxydation avancée (POA) photo-activés. Ceux-ci consistent en l’irradiation de H2O2 ou S2O82- pour la génération d’espèces au fort pouvoir oxydant capables de dégrader les micropolluants cibles. Des premiers travaux effectués en conditions contrôlées sur des solutions dopées en micropolluants modèles (estrogènes et anti-inflammatoires) à l’échelle du laboratoire (100 mL) et intermédiaire (20 L) ont permis d’évaluer les capacités des UVA, des UVB et des UVC dans un objectif d’optimisation coût/efficacité du traitement. L’influence des paramètres caractérisant l’effluent sur les performances des procédés UVC/H2O2 et UVC/S2O82- a également été étudiée. Enfin, des campagnes d’échantillonnages passifs et actifs en amont et aval d’un pilote UVC/H2O2 installé en sortie d’une STEU de 1100 équivalent-habitants (environ 6 m3/h) ont montré des variations de performances induites par les caractéristiques de l’effluent. Néanmoins, l’autonomie, le faible coût et l’efficacité de ce procédé ont été démontrés tant au niveau chimique qu’écotoxicologique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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