Constantes cinétiques de biodégradation

Les constantes cinétiques de biodégradation dans la phase dissoute et particulaire correspondant au modèle (Cf. B.2.2.) sont déterminées à partir des pentes d’évolution des

Nous avons choisi de déterminer les valeurs de constantes à partir des pentes d’évolution des concentrations et non pas par intégration de l’équation de biodégradation du premier ordre. Ce choix provient du nombre limité de points expérimentaux dont nous disposons dans chaque phase I, II et III de nos essais. Avec 2 ou 3 mesures de concentrations, le calcul de la constante avec la pente d’évolution des concentrations est une approche plus simple et suffisante pour obtenir des valeurs fiables. Nous avons comparé les valeurs obtenues pour les k_S,i avec les 2 méthodes. Il s’avère que les constantes sont similaires pour la majorité des valeurs calculées. Seules les constantes des micropolluants très biodégradables présentent quelques différences (valeur sous-estimée d’environ 50 % avec la méthode des pentes d’évolution des concentrations).

Nous avons déterminé des valeurs de constantes cinétiques seulement lorsque la variation de concentration au cours d’une phase était supérieure à 10 % pour Smp et 30 % pour Xmp. En effet, nous ne pouvons pas différencier les micropolluants pour lesquels la concentration ne varie pas significativement vis-à-vis de l’incertitude des micropolluants pour lesquels la concentration ne varie pas du tout. Par contre, ce critère nous permet d’afficher des constantes fiables.

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Chapitre C : Performance d’élimination de

micropolluants par le procédé à boues activées en

aération prolongée (station d’épuration taille réelle)

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C. Résultats – Echelle de la station d’épuration

1. Introduction

La première partie des résultats générés au cours de ce travail de thèse concerne l’étude du procédé à boues activées en aération prolongée sur une STEP grandeur réelle. L’objectif est de caractériser les performances d’élimination de micropolluants au cours du temps et en fonction des conditions de fonctionnement d’une STEP. Pour cela, 8 campagnes de mesures ont été menées sur la STEP de Dommartin pendant une année, au rythme de deux campagnes par trimestre (Cf. B.3.). Cette étude intègre un bilan complet du procédé à boues activées (files eau et boues) ce qui permet de déterminer, pour chaque micropolluant, le mécanisme moteur de l’élimination (sorption et/ou biodégradation). Dans la littérature, seule la file eau est étudiée le plus souvent (Miège et al., 2009), notamment en raison des difficultés d’analyses des micropolluants organiques dans les boues. Ainsi, seules quelques études ont déterminé le rendement global du procédé comme par exemple les études de Carballa et al.

(2007) sur les composés pharmaceutiques et de Estrada-Ariaga et Mijaylova (2011) sur les hormones.

La réalisation de 8 campagnes de mesures a permis d’une part, de caractériser l’évolution temporelle (variabilité) des concentrations en micropolluants dans des échantillons moyens 24 heures d’eaux usées brutes. De plus, nous avons aussi mené des campagnes pour évaluer la variation des concentrations en micropolluants au cours d’une journée, en analysant les concentrations d’échantillons moyens 6 heures consécutifs. 4 campagnes de ce type ont été menées mais seulement 2 sont exploitées (campagne ACA1-P1 : échantillons n’ont pas représentés 24 heures consécutives, campagne ACA1-P3 : évolution des débits au cours de la journée pas représentative d’une évolution habituelle). Ces données sont nécessaires pour répondre à l’objectif de construction d’un modèle dynamique.

D’autre part, ce suivi a permis d’appréhender l’évolution des performances d’élimination en fonction des variations des concentrations dans les eaux usées brutes et des conditions de fonctionnement. Cette démarche se distingue de celles adoptées dans la plupart des études. En effet, habituellement, les performances d’élimination du procédé sont déterminées à partir d’une seule campagne de mesures. L’influence des conditions de fonctionnement n’est étudiée qu’au travers de la comparaison des performances de plusieurs STEP aux configurations différentes. Dans notre étude, l’étude de l’influence des conditions de

C. Résultats – Echelle de la station d’épuration

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fonctionnement a porté sur la température et la concentration en MES dans le bassin d’aération. Les autres conditions telles que le pH et le HRT n’ont que peu varié. Concernant le SRT, sa valeur a été estimée entre 48 et 69 jours (Annexe III) mais l’incertitude associée au calcul de ce paramètre n’a pas permis de l’inclure dans l’étude sur l’influence des conditions de fonctionnement. Enfin, l’influence de la durée de présence d’oxygène dans le bassin n’a pas pu être étudiée car elle n’a pas pu être dissociée des variations de concentration en MES et de température.

Dans la première partie de ce chapitre, nous présentons les résultats relatifs à l’étude des performances d’élimination des micropolluants par le procédé à boues activées en aération prolongée sous forme d’un article scientifique. Cet article présente l’analyse des niveaux et de la variabilité des concentrations et des rendements d’élimination. Dans une deuxième partie du chapitre, nous proposons une comparaison des rendements mesurés pour la STEP de Dommartin avec ceux mesurés lors du projet AMPERES (moyenne et écart type pour 6 STEP à boues activées) pour lesquels la méthodologie était similaire. Dans une troisième partie, nous étudions la partition dissous/particulaire des micropolluants dans les eaux usées brutes et dans le bassin d’aération. Nous évaluons la possibilité de prévoir les rendements à partir de la connaissance de ces deux partitions. Enfin, nous établissons un bilan du devenir des micropolluants au sein du procédé à boues activées pour déterminer le(s) processus d’élimination impliqué(s).

Dans l’Annexe VII, nous avons synthétisé sous forme graphique les données de concentrations (eaux usées brutes, eaux usées traitées, boues) et les rendements RW et RT mesurés lors des 8 campagnes pour l’ensemble des 53 micropolluants étudiés.

2. Devenir de micropolluants dans le procédé à boues activées : variabilité