Micropolluants : une stratégie pour limiter les rejets

Les micropolluants (métaux, résidus de plastiques, détergents, médicaments, …) passent au travers de nos stations de traitement des eaux usées et se déversent dans nos cours d’eau. Comment faire pour optimiser leur traitement et limiter ces émissions polluantes ? Après 4 ans d’évaluations et de tests pilotes à l’échelle semi-industrielle, le projet de recherche ARMISTIQ dévoile des pistes d’optimisation des équipements. Aperçu.

Métaux, pesticides, résidus médicamenteux, cosmétiques, … 21 % des rivières et 40 % des nappes souterraines sont en mauvais état chimique, selon les paramètres définis par la Directive-cadre européenne sur l’eau (DCE). Principale source de contamination : les eaux usées domestiques, tout droit sorties des stations d’épuration et rejetées dans les cours d’eau. En effet, les stations de traitement des eaux usées (STEU) conventionnelles ne sont pas conçues pour traiter les micropolluants. Or, la réduction des concentrations de micropolluants dans les masses d'eau est une priorité à l’échelle européenne.

Dans son plan d’action, la DCE inclut une réduction voire une suppression d’une liste cible de micropolluants afin de garantir le retour au bon état écologique des masses d’eau d’ici 2015. En France, ces objectifs ont donné lieu à un plan national d’action micropolluants, adopté en 2010 : un suivi des micropolluants en sortie de STEU a été lancé l’année suivante.

Dans quelle mesure peut-on alors mieux traiter les micropolluants en stations d’épuration des eaux usées, et ainsi limiter les émissions polluantes ? Après un premier projet de recherche [1] centré sur l’évaluation des performances d’élimination des stations d’épuration, le projet ARMISTIQ [2] s’est intéressé à l’optimisation des équipements de traitement des eaux résiduaires vis-à-vis des micropolluants. Objectif : développer des connaissances et proposer outils et méthodes aux acteurs et gestionnaires. 4 ans plus tard, où en est-on ?

Publication

La synthèse du projet ARMISTIQ publiée dans la collection "Comprendre pour agir" de l'Onema.

Réduction des rejets et des coûts

Le projet a montré qu’il est possible de réduire les émissions en micropolluants des stations de traitement des eaux usées (STEU) :

  • soit en optimisant les procédés existants,
  • soit en ajoutant un procédé de traitement complémentaire.

Pour cela, il a fallu acquérir des connaissances opérationnelles et mettre en place des évaluations techniques, économiques et environnementales des procédés.

Le procédé de traitement des eaux usées le plus répandu en France est le procédé par boues activées en aération prolongée (traitement secondaire). Une étude approfondie a été réalisée sur ce procédé afin de déterminer les mécanismes d'élimination des micropolluants et d’identifier les pistes d’amélioration possibles sans traitement complémentaire, en associant expérimentations et modélisation. La vitesse de biodégradation et de sorption [3] par les boues liquides a par exemple été mesurée selon différentes conditions de fonctionnement. Pour avoir une connaissance fine de ces filières, les chercheurs ont également développé un modèle numérique capable de simuler le fonctionnement d'une station. L'intérêt, ici, est de prévoir les performances de traitement pour différentes conditions d'utilisation et ainsi d'identifier les conditions optimales de fonctionnement.

Quelles sont alors les possibilités d’optimisation ? En augmentant, par exemple, la concentration des boues ou encore la durée d’aération dans les bassins. Des gains limités, mais non négligeables ont ainsi été observés, en termes de rendement et de diminution des concentrations au rejet (de 10 à 30 %).

Une fois cette étape passée, certains micropolluants résistent encore ! Des traitements complémentaires (traitement tertiaire) peuvent alors être mis en place :

  • l’ozonation : l’ozone est un puissant oxydant permettant la dégradation de substances chimiques présentes dans les mélanges gazeux et liquides. Un agent de dépollution efficace, connu et exploité depuis plusieurs années.
  • l’adsorption sur du charbon actif en grain : sa structure poreuse permet l’adsorption d’une large gamme de micropolluants.
  • des procédés d’oxydation avancée : peroxyde d'hydrogène et ultra-violet en association avec l'ozone pour intensifier l'oxydation.

Des études ont été réalisées à l’échelle pilote semi-industrielle. L’ozonation et le charbon actif en grain ont donné de très bons résultats : plus des 2/3 des micropolluants organiques étudiés ont été éliminés avec un rendement supérieur à 70 %.

Les chercheurs ont également réalisé des évaluations économiques des équipements de traitement : contraintes techniques d’exploitation, mais aussi coûts de fonctionnement et d’investissement. Ainsi, l’ozone utilisé seul semble la solution la moins coûteuse, quelle que soit la taille de la station. Mais, attention, des augmentations du prix de l’eau peuvent suivre…

ECHIBIOTEB, à suivre...

Ces travaux fournissent des pistes d’actions pour les acteurs et gestionnaires des stations de traitement, mais anticipent également les évolutions de la réglementation (intégration de nouveaux micropolluants dans la liste des substances prioritaires de la DCE) et la nécessité d’intensifier la réduction (à la source de préférence) des rejets de micropolluants.

Les recherches se poursuivent aujourd’hui avec le projet ECHIBIOTEB [4] qui se penche plus particulièrement sur la toxicité des rejets. Les équipes travaillent au développement de technologies innovantes d’échantillonnage et de mesures chimiques pour le suivi des procédés avancés de traitement des eaux usées urbaines et des boues.

En savoir plus sur le projet de recherche ARMISTIQ et consulter le rapport final.

En savoir plus

[1] Le projet AMPERES (2006-2009) s'est attaché à l'étude des micropolluants dans les eaux usées urbaines et les boues en période de temps sec. Le projet a conduit à l’évaluation des performances d’élimination des filières d’épuration conventionnelles pour les eaux et les boues, ainsi que de certaines filières avancées pour le traitement de l’eau. Au total, 21 stations d’épuration et 8 filières de traitement ont été étudiées. En savoir plus.

[2] Projet ARMISTIQ (2010-2014) : Amélioration de la réduction des micropolluants dans les stations de traitement des eaux usées domestiques. Irstea porteur du projet. Partenaires : Université de Bordeaux, Suez-Environnement. Financement : Onema. Comité de suivi : Onema, Agences de l’eau et Ministère de l’Environnement, du développement durable et de l’énergie. En savoir plus.

[3] Processus par lequel une substance est adsorbée ou absorbée sur ou dans une autre substance.

[4] Projet ANR 2011-2014, coordonné par Irstea. En savoir plus.