Dans le paragraphe C.3., nous avons présenté une synthèse des valeurs moyennes, et des variabilités associées, pour les rendements d’élimination RW et RT pour chacun des micropolluants. Nous proposons ici de compléter cette analyse en indiquant les mécanismes d’élimination possibles des micropolluants au sein du procédé à boues activées en aération prolongée. L’objectif est de connaître, pour chaque micropolluant, la contribution du mécanisme de sorption et celle du mécanisme de biodégradation. Cette approche est originale
C. Résultats – Echelle de la station d’épuration
compte tenu du peu d’informations de ce type disponibles dans la littérature (Verlicchi et al., 2012).
La Figure C-7 représente les flux de micropolluants dans les eaux usées traitées (noté Fmp,ET) et dans les boues extraites (Fmp,B), exprimés tous deux par rapport au flux de micropolluants entrant, i.e. dans les eaux usées brutes (noté Fmp,EB). Les valeurs affichées sont des moyennes calculées sur les 8 campagnes. La différence Fmp,EB – (Fmp,ET + Fmp,B) est attribuée à la biodégradation.
6.1. Cas des micropolluants bien éliminés des eaux usées et retrouvés dans les boues (RW>70% et RT<30%)
La Figure C-7a regroupe les micropolluants pour lesquels plus de 60% du flux d’entrée est transféré vers les boues. Pour ces micropolluants, la sorption et le piégeage des MES des eaux usées brutes sur les flocs de boues constituent les mécanismes prépondérants d’élimination.
Cela concerne les métaux (sauf B) et les HAP comportant au moins quatre cycles aromatiques (sauf Fluo et 2,1-BNT). Ces molécules sont celles qui ont le plus d’affinité avec la biomasse.
Leurs KdBA mesurés sont supérieurs à 10 L/gMES (Tableau C-3). Pour ces micropolluants, moins de 20 % du flux d’entrée persiste dans les eaux usées traitées. Le transfert vers les boues des métaux dans notre étude est plus élevé que dans l’étude de Karvelas et al. (2003).
Dans cette étude, la répartition boues (%)/eaux usées traitées (%) des métaux est la suivante : Cu (70/30), Cr (45/55), Ni (40/60), Pb (45/55), Fe (35/65), Cd (40/60), Zn (50/50).
Parmi les micropolluants en majorité transférés vers les boues, la biodégradation intervient également à hauteur de 10 à 20 % du flux d’entrée pour Fluo, BaA et Chrys+Triph. Pour les HAP, Manoli et Samara (1999) ont observé des résultats similaires : la majorité du flux d’entrée était retrouvé dans les boues (> 50 % sauf pour N, Acé, Fluoren) et la biodégradation contribuait à l’élimination à hauteur de 30 % pour Phe, An, Pyr et Chrys.
6.2. Les micropolluants partiellement éliminés des eaux usées (RT entre 30 et 70%)
Nous avons regroupé sur la Figure C-7b les micropolluants dont RT est compris entre 30 et 70%. Pour SMX, MET, BIS, BZP, Fluorène, 4-NP, 4-t-OP, NP1EO, l’élimination est en
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majorité due à la biodégradation (contribution de la sorption < 15 %). Le KdBA de ces micropolluants est inférieur à 10 L/gMES (à l’exception du NP1EO : 31 L/gMES). Les résultats de Carballa et al. (2007) ont montré que le flux de SMX en entrée était retrouvé à 50
% dans les eaux usées traitées et que la sorption sur la boue était faible.
Ensuite, la sorption et la biodégradation ont des contributions significatives dans l’élimination de PROP, Acé, AMITR, FLX, Acy, An, NP2EO, Phe, 2,1-BNT.
Concernant les AKP, Clara et al. (2007) ont montré que la contribution de la sorption est de 5% et celle de la biodégradation de 70 à 90 % pour 4-NP, NP1EO, NP2EO et 4-t-OP. Ces résultats sont donc en accord avec nos observations.
6.3. Cas des micropolluants peu éliminés des eaux usées (RW < 30%)
Les micropolluants dont plus de 70 % du flux d’entrée est retrouvé dans les eaux usées traitées sont NP1EC, B, DCF (Figure C-7c). Tout d’abord, pour ces 4 micropolluants, les KdBA calculés sont inférieurs à 1 L/gMES ce qui explique qu’ils soient retrouvés de manière marginale dans les boues (FB < 15 % du FEB). Pour B qui est un métal, nos calculs concluent à une part biodégradée de 25 %. Le B n’étant pas biodégradable, nous pouvons imputer ce résultats à l’incertitude sur les bilans matières pour les métaux que nous avons évoquée précédemment (Cf. C.3.2.). DCF semble être en partie biodégradé. Concernant DCF, Jelic et al. (2011) ont étudié 3 STEP à boues activées concluant à une contribution de la sorption faible dans les trois cas (< 5%) et à une contribution de la biodégradation de l’ordre de 10 à 50%. Joss et al. (2005) ont conclu aux mêmes résultats pour DCF. Pour le NP1EC, nous avons déjà évoqué que sa concentration augmente au cours de son passage au travers de la STEP dans les eaux usées comme cela a été observé dans la littérature (Ahel et al., 1987).
6.4. Les micropolluants majoritairement biodégradés (RW et RT > 70 %)
PARA, ACE, IBP, ATE et DBT sont majoritairement biodégradés (> 70 % du flux d’entrée) au sein du procédé à boues activées (Figure C-7d). Pour PARA, ACE, IBP, ATE, la biodégradation est proche de 100 %, la part sorbée sur les boues est négligeable (< 3 % de
C. Résultats – Echelle de la station d’épuration
Fmp,EB). Ces micropolluants font partie des micropolluants les plus présents dans la phase dissoute (KdBA < 1 L/gMES). Cette observation est en accord avec la revue de Verlicchi et al.
(2012) qui conclut que la sorption joue un rôle mineur dans l’élimination de nombreux composés pharmaceutiques à cause de leur caractère hydrophiles pour log Kow < 2,5. Ce critère coïncide avec nos observations. Pour IBP, Carballa et al. (2007) et Joos et al. (2005) ont trouvé que le flux d’entrée était dégradé à plus de 80 %.
La sorption représente 10 % de l’élimination pour DBT. DBT (deux cycles) est parmi les HAP de plus faible poids moléculaire avec un faible potentiel de sorption par rapport aux autres HAP (KdBA de 7,6 L/gMES). Il est possible que l’élimination que l’on assimile ici à la biodégradation soit de la volatilisation. Les données dont nous disposons ne permettent pas de répondre à cette question et aucune donnée sur le DBT n’a été trouvée dans la littérature.
L’étude de Manoli et Samara (1999) a conclu à une contribution inférieure à 5 % de la volatilisation du N qui est un HAP avec un cycle aromatique.
C. Résultats – Echelle de la station d’épuration
Répartition des flux (en fraction du Fmp,EB)
Fmp,ET Fmp,B Fmp,EB - (Fmp,ET-Fmp,B)
(b)
Répartition des flux (en fraction du Fmp,EB)
(c) (d)
Répartition des flux (en fraction du Fmp,EB)
Répartition des flux (en fraction du Fmp,EB)
Figure C-7 : Devenir du flux de micropolluants entrant (eaux usées brutes Fmp,EB) au sein du procédé à boues activées, entre l’émission par les eaux usées traitées (Fmp,ET), le transfert vers les boues (Fmp,B) et la proportion estimée biodégradée
C. Résultats – Echelle de la station d’épuration
La connaissance de la répartition moyenne du flux entrant dans la STEP entre les eaux usées traitées et les boues a permis de déterminer la contribution des processus de sorption et de biodégradation expliquant le devenir des micropolluants en STEP boues activées en aération prolongée. Nous avons établi 4 groupes de micropolluants dont le comportement semble similaire dans le procédé :
- RW > 70 % et RT < 30% : les métaux (sauf B) et les HAP comportant au moins 4 cycles aromatiques (sauf Fluo et 2,1-BNT) sont transférés dans les boues à plus de 60 % ; - RT compris entre 30 et 70 % : 17 micropolluants sont partiellement éliminés des eaux
usées. Pour SMX, MET, BIS, BZP, Fluorène, 4-NP, 4-t-OP, NP1EO, l’élimination est essentiellement due à la biodégradation. En revanche, la sorption et la biodégradation participent à l’élimination de PROP, Acé, AMITR, FLX, Acy, An, NP2EO, Phe, 2,1-BNT ;
- RW < 30 % : plus de 70 % du flux d’entrée de NP1EC, B, DCF est retrouvé dans les eaux usées traitées ;
- RW et RT > 70 % : les micropolluants bien éliminés des eaux usées par biodégradation sont PARA, ACE, IBP, ATE et DBT.