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Lutte contre les micropolluants : l’ozonation fait ses preuves en station d’épuration

Production d’ozone. L'arc électrique transforme les molécules d'oxygène qu'il rencontre en ozone. ©J-M Choubert/ Irstea

18/10/2017

Afin d’améliorer la qualité des eaux rejetées en sortie des stations d’épuration, des traitements complémentaires sont aujourd’hui testés pour réduire la pollution résistante et notamment les micropolluants. Dans le cadre du projet Micropolis-Procédés, Irstea et ses partenaires - SUEZ et l’agence de l’eau Rhône Méditerranée Corse - réalisent la première expertise du traitement des micropolluants par ozonation dans des conditions réelles de fonctionnement d’une station d’épuration. Résultats.

Aujourd’hui, en France, la réglementation ne fixe pas de seuil de concentrations concernant les micropolluants (résidus de médicaments, de pesticides, hormones…) présents dans les rejets des stations d’épuration. Cependant, la directive cadre européenne sur l’eau impose de réduire les émissions dans les cours d’eau de certains micropolluants classés comme prioritaires. Etre capable de détruire les micropolluants, si ce n’est de les réduire à la source, est donc un enjeu de premier plan.
 
C’est là tout l’intérêt des travaux menés par Irstea et ses partenaires, dans le cadre du projet Micropolis-Procédés, sur l’ozonation. Cette technique, aussi appelée oxydation par l’ozone, repose sur le fort pouvoir oxydant de l’ozone et permet de détruire de nombreuses substances chimiques indésirables dans l’eau.
Réaction d'ozonation
 
" Notre but était de déterminer les performances de dégradation des micropolluants d’un réacteur d’ozonation implanté sur une station d’épuration en fonctionnement, en l’occurrence la station de Sophia-Antipolis. Au-delà, le projet visait à fournir des informations objectives d’ordre technique, énergétique et environnemental aux collectivités, pour les éclairer dans le choix des procédés les plus adaptés aux traitements de leurs eaux usées ", explique Jean-Marc Choubert, responsable du projet à Irstea. Un projet inédit, puisqu’à ce jour, aucune technique de traitement des micropolluants n’avait été évaluée en France en conditions réelles, soit dans une large gamme de conditions de fonctionnement.

FICHE D’IDENTITÉ DU PROJET

  • Nom : Micropolis-Procédés (2013-2016)
  • Objet : Evaluation in situ des performances d’élimination des micropolluants par ozonation.
  • Partenaires : Irstea, SUEZ, Agence de l’eau Rhône Méditerranée Corse (financeur)
  • Responsable scientifique : Jean-Marc Choubert, Irstea Lyon-Villeurbanne
  • Budget : 300 k€ (coût total)
  • Lieu : station d’épuration de Sophia-Antipolis (06), 30 000 équivalent-habitants, seule station en France équipée d’une installation d’ozonation pour traiter les micropolluants prioritaires.

Une efficacité prouvée et optimisée 

Á partir d’une dizaine de campagnes d’échantillonnages sur les eaux traitées par le réacteur d’ozonation et grâce à la mise en œuvre de techniques analytiques de pointe, les scientifiques ont ainsi étudié, sur une période de 3 ans, le processus d’ozonation et ses effets sur 76 micropolluants (organiques et métalliques) réfractaires au traitement biologique des stations d’épuration. Parmi les résultats marquants :
  • la confirmation de la dégradation de tous les micropolluants organiques analysés (rendements de 70 à 90 %), avec des doses variables d’ozone selon les micropolluants ;
  • le classement des micropolluants étudiés en trois catégories selon leur capacité à être oxydés - rapidement, moyennement ou lentement - par l’ozone, ce qui conditionne la dose d’ozone à utiliser ;
  • la détermination de la dose d’ozone juste nécessaire pour chaque classe (rapidement, moyennement ou lentement « ozonable ») de micropolluants à traiter.
Ainsi, il devient possible de moduler précisément la dose d’ozone en fonction des molécules ciblées et de la qualité de l’eau à traiter.

Impact global de l’ozonation en station d’épuration : des conclusions contrastées

Dans une démarche d’évaluation globale de la technique à l’échelle de la station d’épuration, les aspects environnementaux et énergétiques ont été analysés.
Rejet des eaux traitées à la sortie de la station d’épuration de Sophia-Antipolis. © J.-M. Choubert / Irstea
Du point de vue environnemental, l’ajout du traitement par ozonation a un effet contrasté : réduction des micropolluants mais hausse de la consommation électrique. Les résultats de l’étude renforcent aussi la nécessité d’étudier l’écotoxicité (effets perturbateurs endocriniens par exemple) des micropolluants et des produits issus de leur dégradation, pour compléter l’analyse du cycle de vie (ACV). C’est l’enjeu du projet Micropolis-Indicateurs actuellement en cours, auquel Irstea est également associé. 
Du point de vue énergétique, l’ozonation représente 20 à 25 % de la consommation électrique de la station d’épuration de Sophia-Antipolis. " Si elle est non négligeable, cette dépense supplémentaire se traduit par une augmentation de 10 à 18 centimes d’euros (hors taxes) par m3 d’eau traitée, soit une dizaine d’euros* (TTC) par an pour le consommateur ", précise Jean-Marc Choubert. Le prix à payer pour une eau débarrassée de ses ultimes polluants…
 
Ce projet mené sur le cas précis de la station d’épuration de Sophia-Antipolis a permis d’établir les premières données scientifiques de référence mais aussi d’élaborer des recommandations et des solutions d’optimisation immédiatement applicables pour la station. Au-delà, ces résultats sont désormais à la disposition des collectivités et des professionnels en charge de l’épuration qui souhaitent bénéficier de ce retour d’expérience inédit sur la mise en œuvre du traitement d’ozonation en station d’épuration. 
*Estimation réalisée à partir d’une consommation annuelle d’environ 50 m3 par habitant.