Perturbateurs endocriniens: Présence dans les eaux usées et devenir dans les stations d’épuration.
Picot B.1, Dagnino S.1,2, Escande A.1, Fenet H. 1, Gomez E.1, Casellas C.1
1 UMR 5569 Hydrosciences Montpellier, Département Sciences de l'Environnement et Santé Publique, - Université Montpellier1, Faculté de Pharmacie, BP 14491, 34093 Montpellier cedex 5, France. E- mail : picot@univ-montp1.fr
2 INSERM U896, Signalisation Hormonale Environnement et Cancer, Institut de Recherche en Cancérologie (IRCM), Montpellier, France
Introduction
L’attention portée aux micropolluants modulant le système endocrinien (appelés perturbateurs endocriniens, PE) est grandissante ces dernières années. Ces préoccupations ont été suscitées par les anomalies observées dans la reproduction et le développement des populations animales exposées à certains polluants (féminisation des mâles chez plusieurs espèces de poissons à proximité de stations d’épuration, masculinisation de mollusques marins femelles,« imposex », due au tributylétain utilisé dans les peintures antisalissures) . Chez l’homme, aucune relation de causes à effet n’a réellement pu être mise en évidence, cependant certaines observations pourraient suggérer l’action de ces composés, comme la baisse de la qualité spermatique, des malformations au niveau des organes reproducteurs, ou encore une augmentation des cancers et des tumeurs hormono-dépendants.
Les perturbateurs endocriniens sont définis comme des agents exogènes qui, interférant avec les fonctions du système hormonal, peuvent interférer avec la synthèse, la sécrétion, le transport, la liaison, l’action ou l’élimination des hormones naturelles. Les PE peuvent être d’origine naturelle, comme les oestrogènes, phytooestrogènes et mycooestrogènes, ou encore d’origine exogène, comme les hormones de synthèse, des alkylphénols, quelques hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), certains biphenyles polychlorés (PCB), quelques pesticides organochlorés et de nombreux autres composés (phtalate, tributylétain…).
Les effluents de station d’épuration représentent la source la plus importante d’insertion de PEs dans le milieu récepteur. En effet, ces composés sont principalement d’origine domestique (hormones naturelles ou de synthèse, lessives, cosmétiques..) et industrielle. Les rejets convergent vers les stations de traitement où ils devraient être éliminés avant rejet.
Cependant, plusieurs études ont montré que divers types de PE n’étaient que très partiellement éliminés au cours des traitements classiques. Des hormones, alkylphénols et HAPs ont été retrouvés en sortie de station d’épuration et dans les eaux de surface. L’objectif de cette présentation est de caractériser les types de perturbateurs endocriniens présents dans les eaux usées domestiques et leur devenir au cours du traitement dans diverses stations d’épuration par boues activées, lits bactériens et lagunage.
Sites étudiés et méthodologie d’analyse
4 stations d’épuration d’eaux usées (STEP) situées dans le sud de la France, ont été choisies pour représenter différents types de traitement. Les caractéristiques des stations et des eaux usées brutes qu’elles reçoivent sont données tableau 1; il s’agit essentiellement d’effluents domestiques. La STEP1 est une station de traitement par lagunages. Le premier étage de traitement est une lagune anaérobie avec un temps de résidence de 3,5jours ; le deuxième étage est un ensemble de 4 lagunes facultatives à forte charge avec alimentation étagée et recirculation, le temps de séjour dans cet étage est de 28jours ; le troisième étage de traitement est constitué de 3 lagunes de maturation avec un temps de résidence de 47 jours. Les performances et caractéristiques de cette station sont décrites par Picot et al (2005). La STEP2 est constituée d’un décanteur- digesteur type fosse Imhoff suivi d’un lit bactérien puis de 3 lagunes de maturation, avec un temps de séjour de 20jours. La STEP3 comprend deux chaînes distinctes, la première est un traitement par boues activées, la seconde a comme première étape de traitement une floculation au FeCl3 suivie d’une décantation lamellaire et, comme deuxième étape, un traitement par boues activées. La STEP4 a un traitement par boues activées suivi d’un procédé par biofiltres avec un temps de séjour de 1 à 2 jours.
Les échantillons d’eaux usées prélevés en entrée et sortie de station sont des échantillons moyens 24h.
Tableau 1 Caractéristiques des eaux usées en entrée des stations d’épuration Equivalent
Habitant EH
Débit
(m3·j-1)
Charge DBO5
(kg j-1)
COD entrée (mg·L-1)
DBO5
entrée (mg·L-1)
MES entrée (mg·L-1)
Temps de séjour
(j)
STEP 1 20 000 2 718 787 690 310 381 78
STEP 2 3 000 485 107 494 220 218 22
STEP 3 90 000 15 910 4 773 656 300 303 1-2
STEP 4 470 000 390 1-2
La détection des substances perturbatrices de la fonction endocrine a été faite par des biotests in vitro utilisant la lignée MELN pour mesurer l’activité oestrogénique et la lignée HahLP pour mesurer l’activité dioxine-like. Les procédures sont décrites par Pillon et al, (2005), Gomes et al, (2007), Dagnino et al, (2009)
Résultats et discussion
Sur les STEP 1 à 3 les activités oestrogéniques et dioxine-like ont été mesurées seulement dans la phase dissoute. Pour La STEP 4 ces activités ont été mesurées à la fois dans la phase dissoute (eau filtrée) et dans la phase particulaire (MES). Les résultats sont montrés dans le tableau 2.
Tableau 2- Activité oestrogénique et dioxine-like
et rendement d’élimination dans les stations d’épuration étudiées
Sites
d'échantillonnage
E2 Eq.
ng.L-1
Estrogénicité
% élimination
Dioxine Eq.
ng.L-1
Dioxine-like
% élimination
Entrée 51.8 52.2
STEP 1 Intermédiaire 40.7 50% 34.3 34%
Sortie 1.6 96% 5.3 89%
Entrée 53.7 72.1
STEP 2 Sortie lit bactérien 26.6 51% < 0.11 > 99 % Sortie lagunes 4.0 92% 13.7 81%
Entrée 53.7 60.1
STEP 3 Sortie boue activée 21.6 59% 14.5 75%
Sortie Physico-chimique 5.2 90% 15.1 75%
+ boue activée Entrée
STEP 4 • phase dissoute 77,2 38
• phase particulaire 14,8 108
• total 92 146
Sortie
• phase dissoute 5,1 93% 11,6 69%
• phase particulaire 0,5 96% 1,3 98%
• total 5,6 94% 12,9 91%
L’activité oestrogénique mesurée dans les eaux usées varie selon les sites étudiés de 50 à 92ng/L en équivalent oestradiol ; la majeure partie de cette activité se trouve en phase dissoute. Dans les eaux traitées l’activité n’est plus que de 1 à 21 ng/L. Les substances responsables sont essentiellement les hormones naturelles et de synthèse. Ces résultats sont
comparables à ceux trouvés dans d’autres stations d’épuration en France (Cargouët et al, 2004) ou en Suède (Svenson et al, 2003).
L’activité dioxine-like en eau usée brute varie entre 50 et 150 ng/L en équivalent dioxine ; la majeure partie de cette activité se situe dans la phase particulaire. En effet les composés dioxine-like, tels les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des composés lipophiles qui se fixent préférentiellement sur les MES. En sortie de station cette activité n’est plus que de 5 à 15 ng/L. Du fait de la bonne élimination des MES en sortie de la STEP 4 (MES en sortie station, 17mg/L), l’activité dioxine-like résiduelle dans l’effluent de sortie se trouve principalement en phase dissoute. Toutes les technologies de traitement réduisent les activités oestrogénique et dioxine-like, cependant le traitement par lits bactériens est le moins efficace (rendement d’élimination 50%). L’ajout d’un traitement tertiaire par lagunage améliore considérablement cette élimination.
Bibliographie
Cargouet, M., Perdiz, D., Mouatassim-Souali, A., Tamisier-Karolak, S. and Levi, Y. (2004).
Assessment of river contamination by estrogenic compounds in Paris area (France).
Science of the Total Environment 324(1-3): 55-66.
Dagnino S., Picot B., Escande A., Balaguer P., Fenet H., 2009. Occurrence and removal of endocrine disrupters in small communities waste water treatment plants. Desalination and Wastewater Treatment in press
Pillon A, Gomez E, Gauthier P, Escande A, Boussioux AM, Duchesne MJ, Pèlegrin A, Casellas C, Nicolas JC, Balaguer P. (2004). Etude in vitro et in vivo de l’activité biologique de xéno-oestrogènes à l’aide de modèles cellulaires bioluminescents. Tech. Sci.
Méth. 4, 93-101.
Pillon A., Boussioux A.M., Escande A., Ait-Aissa S., Gomez E., Fenet H., Ruff M., Moras D., Vignon F., Duchesne M.J., Casellas C., Nicolas J.C., Balaguer P. (2005). Binding of estrogenic compounds to recombinant estrogen receptor-alpha: application to environmental analysis. Environmental Health Perspective, 113, 278-284.
Gomez E., Wang X., Dagnino S., Leclercq M., Escande A., Casellas C., Picot B., Fenet H.
(2007). Fate of endocrine disrupters in waste stabilization pond systems. Water Sci.
Technol., 55, 11, 157-163.
Picot B.,.Andrianarison T, Gosselin J.P., Brissaud F. (2005). Twenty years' monitoring of Meze stabilisation ponds: part I- Removal of organic matter and nutrients, Water Sci.
Technol., 51, 12, 23-31.
Svenson A. Allard A.S., Ek M. (2003). Removal of estrogenicity in Swedish municipal sewage treatment plants, Water Res., 37, 4433-4443.
Ternes T.A., Stumpf M., Mueller J., Haberer K., Wilken R.D., Servos M. (1999). Behavior and occurrence of estrogens in municipal sewage treatment plants -- I. Investigations in Germany, Canada and Brazil, Sci. Total Environ., 225, 81-90.
