Matrices organiques

3.1.3.1

Matrice acides fulviques

Les acides fulviques de la rivière Suwannee ont été choisis afin de représenter les substances humiques naturellement présentes dans les systèmes aquatiques et qui constituent, en moyenne, de 40 à 60% du COD des eaux de surface (Martin-Mousset et al., 1997) mais ces valeurs sont très variables selon les cours d’eau et les conditions hydrologiques. Ces acides fulviques ont été obtenus auprès de l’International Humic Substances Society. Ils ont été collectés dans la rivière Suwannee à l’aval du marais d’Okefenokee (Georgie, USA) qui est la plus grande tourbière d’Amérique du nord. Cette MOD a été isolée en 2003 : après filtration et acidification à pH 1,95 (Ritchie and Perdue, 2003). La fraction humique a été extraite sur résine DAX-8 et les fractions acides humiques et fulviques ont ensuite été séparées par précipitation

des acides humiques à pH 1 (Perdue, 2013). La composition élémentaire et les caractéristiques des acides fulviques sont présentées dans le Tableau 8. Ces acides fulviques seront utilisés dans notre étude comme une référence de MOD naturelle.

Tableau 8 : Composition élémentaire et caractéristiques des acides fulviques de la rivière Suwannee (SRFA) d’après l’IHSS.

Paramètres SRFA C 53,8% H 4,24% O 40,3% N 0,65% S 0,60% P 0,01% cendres 0,68% C/H (molaire) 1,00 C/O 1,60 C/N 91,1 SUVA (m-1_.L.mgC-1_{) 4,30}

Poids moléculaire (Da) 2278

La matrice acides fulviques a été préparée à partir des acides fulviques lyophilisés de la rivière Suwannee (SRFA 2S101F) mis sous agitation dans de l’eau ultra-pure ou de l’eau synthétique (Chapitre I :3.2) afin d’avoir une concentration finale en COD de l’ordre de 10 mgC.L-1_{. Ce mélange a été préparé dans des flacons en verre ambré et agité pendant 24 heures.}

La suspension a ensuite été filtrée à 0,7 µm sur filtres en microfibres de verre (Whatmann GF/F). Le pH a été ajusté à 4 ou 8 selon les manipulations ultérieures par addition de NaOH (10-2 M) ou de HCl (10-2 M). Les acides fulviques ont ensuite été caractérisés (COD, absorbance UV-visible et fluorescence moléculaire) et stockés dans des bouteilles en verre ambré ou en polyéthylène à 4°C jusqu'à utilisation. Les caractéristiques de la matrice acides fulviques sont présentées dans le Tableau 9.

Tableau 9 : Caractéristiques des matrices acides fulviques pour l’étude des interactions de la MOD avec les particules du milieu récepteur et le charbon actif en poudre.

Nom d'échantillons Date d'échantillonnage Matrice de préparation pH ajusté COD (mgC.L- 1₎ SUVA (m-1_.L.mgC- 1₎ Matrice acides fulviques

juillet-14 eau synthétique 7,98/3,95 9,17 4,50 Setembre-14 eau ultra-pure 8,05/4,03 9,72 5,31

3.1.3.2

Matrices Seine-Aval et Seine-Centre

Les matrices Seine-Aval et Seine-Centre ont été préparées à partir des échantillons prélevés dans les rejets traités des stations d’épuration de Seine-Aval et Seine-Centre situées en aval de l’agglomération parisienne. Leur localisation est représentée en Figure 17.

Figure 17 : Localisation des STEP Seine-Aval et Seine-Centre (IAURIF)

3.1.3.2.aStation d’épuration Seine-Aval

Traitant chaque jour plus de 70% des eaux usées de l’agglomération parisienne par temps sec, cette station est la deuxième plus importante du monde en ce qui concerne la charge avec une capacité de traitement de 1 500 000 m3/jour. Le traitement des eaux usées est composé d’un prétraitement, d’une décantation primaire pour éliminer les MES, d’une épuration biologique (bassins biologiques et clarificateurs) pour éliminer le carbone organique. Ensuite après la déphosphatation réalisée par floculation et décantation, la nitrification ainsi que la dénitrification sont effectuées par biofiltration. La Figure 18 présente le schéma de fonctionnement et le point d’échantillonnage de la STEP Seine-Aval.

Figure 18 : Schéma de la filière de traitement de Seine-Aval avec le point d’échantillonnage (rond rouge)

3.1.3.2.bStation d’épuration Seine-Centre

La STEP Seine-Centre dispose d’une capacité hydraulique de 240 000 m³/j. Le traitement des eaux usées est composé d’une étape de prétraitement, d’un traitement primaire, afin d’éliminer les matières en suspension et le phosphore par décantation physico-chimique, suivi par une étape de traitement secondaire avec l’objectif de traiter par biofiltration le carbone et l’azote. La Figure 19 présente le schéma de fonctionnement et le point d’échantillonnage de la STEP Seine-Centre.

Figure 19 : Schéma de la filière de traitement de Seine-Centre avec le point d’échantillonnage (rond rouge)

3.1.3.2.cChoix de la méthode de prélèvement des échantillons de STEP

La question d’un prélèvement ponctuel par rapport à un prélèvement moyen 24 heures des rejets de STEP s’est posée. L’avantage du prélèvement moyen est d’intégrer les inévitables fluctuations temporelles des caractéristiques physico-chimiques des rejets et ainsi d’obtenir un échantillon représentatif des rejets traités de la STEP Seine-Centre. Ce type de prélèvement présente toutefois l’inconvénient de l’évolution possible de la MOD pendant les 24 heures de prélèvement. En effet, les fractions prélevées sont conservées dans le préleveur à l’obscurité et à 4°C mais elles ne sont pas filtrées. Il est donc possible que ces fractions, surtout celles prélevées les premières heures, évoluent pendant la durée du prélèvement. À l’issue du prélèvement, l’échantillon collecté est filtré et conservé à 4°C ce qui limite fortement son évolution ultérieure.

Afin de caractériser l’évolution de la MOD dans les fractions collectées pendant la durée du prélèvement, un prélèvement ponctuel a été réalisé en septembre 2013. L’échantillon non filtré a été conservé à 4°C dans une bouteille ambrée. Des aliquotes prélevés à 1, 4, 6, 24 heures après le prélèvement de l’échantillon ont été filtrés 0,7µm (GF/F Whatman) afin d’être caractérisés (COD, fractionnement du COD, SUVA). Les résultats obtenus ne montrent pas d’évolution significative de la MOD en 24 heures (Annexe 2). Nous avons donc choisi d’utiliser par la suite, lorsque c’était possible, des échantillons moyen 24h et non des échantillons ponctuels.

3.1.3.2.dÉchantillonnage et préparation des matrices Seine-Aval et Seine-Centre

Deux prélèvements ponctuels (20L) de temps sec ont été effectués en sortie de la station d’épuration Seine-Aval au niveau de la sortie des décanteurs secondaires en février et juin 2014. Il faut noter qu’il n’a pas été possible dans le cadre de ce travail d’équiper cette station d’un préleveur afin de réaliser un échantillon moyen sur une durée de 24 heures. Les caractéristiques physico-chimiques des échantillons sont présentées dans le Tableau 10.

Tableau 10 : Caractéristiques des échantillons de rejet de la STEP Seine-Aval pour l’étude des interactions de la MOD avec les particules minérales et le charbon actif en poudre

Échantillons Caractérisation des échantillons Nom d'échantillons Date d'échantillonnage Type de prélèvement pH COD

(mgC.L-1₎

SUVA

(m-1_.L.mgC- 1₎

Matrice Seine-Aval févr-14 ponctuel 7,9 12 2,2

juin-14 ponctuel 7,8 6,3 2,8

Un prélèvement de temps sec a été réalisé en sortie de la station d’épuration de Seine- Centre en juin 2014 dans un flacon de 20 L en polyéthylène. Le prélèvement a été réalisé avec l’aide d’un préleveur automatique (Bühler 4011) équipé d’un tuyau d’aspiration en téflon. L’échantillonnage par pompe à vide avec purge sous pression se fait par prélèvements de 110 ml toutes les 10 minutes pendant 24 heures. Entre chaque prélèvement, le tuyau d’aspiration est purgé. L’échantillon est conservé dans le préleveur à 4°C jusqu'à la filtration qui est réalisée immédiatement après les 24 heures d’échantillonnage. Les caractéristiques physico-chimiques de l’échantillon de Seine-Centre sont présentées dans Tableau 11.

Tableau 11 : Caractéristiques de l’échantillon de rejet de Seine-Centre pour l’étude des interactions de la MOD avec le charbon actif en poudre

Rejet de Seine-Centre Caractérisation de l'échantillon Nom d'échantillons Date d'échantillonnage Type de prélèvement pH COD

(mgC.L-1₎

SUVA

(m-1_.L.mgC-1₎

Matrice Seine-Centre juin-14 moyen 24 heures 7,8 3,2 2,7

Les échantillons sont récupérés à la Direction Développement et Prospectives du SIAAP à Colombes. Les échantillons sont filtrés au maximum six heures après le prélèvement sur filtres en microfibres de verre pré-grillés (0,7 µm GF/F-Whatman) afin de limiter l’évolution de la MOD. Les échantillons ont été conservés dans des bouteilles en verre ambré ou en polyéthylène à 4°C. Les échantillons ont ensuite été caractérisés et utilisés pour l’étude des interactions entre la MOD et les particules.