L’utilisation par l’homme de molécules de synthèse a permis depuis de nombreuses années d’améliorer ses conditions de vie, qu’il s’agisse des produits phytosanitaires, des produits d’hygiène corporelle ou de médicaments à destination humaine ou animale; la gamme de produits disponibles sur le marché et leur efficacité sont en augmentation constante. A côté de ces effets positifs, le rejet de ces substances dans le milieu environnant, sous forme native ou sous forme de métabolites pose question; en effet, les faibles concentrations relevées actuellement dans le milieu naturel causent déjà des dégâts à la flore et à la faune aquatique. On s’inquiète aujourd’hui des effets à long terme de cette pollution sur d’autres écosystèmes, sur la chaîne alimentaire, les ressources en eau potable et finalement sur l’homme. Bien qu’aucune réglementation ne soit actuellement en vigueur pour limiter ces rejets, la communauté scientifique a alerté de longue date les autorités compétentes sur les dangers de la dissémination de ces substances dans l’environnement. L’Union Européenne s’est déjà emparée de cette problématique en proposant la surveillance des niveaux de concentration de certains xénobiotiques dans les eaux, dont plusieurs médicaments. A terme, des mesures législatives contraignantes verront certainement le jour. Les deux procédés présentés lors de cette conférence ont pour objectif l’élimination poussée de ces substances dans les eaux usées avant rejet dans le milieu naturel. L’auditeur pourra y découvrir deux approches complémentaires qui feront demain partie de l’arsenal de lutte contre cette pollution diffuse. Cette rencontre-conférence s'inscrit dans le sillage de la démarche "Des campus verts, une Université durable" qui traduit les engagements de l'Université de Liège en faveur des 17 ODD.

1. Olivier Henriet, Process Engineer (CMI Balteau), Stéphanie
Lambert, Maître de Recherches FRS-FNRS, Prof. Associé
(Department of Chemical Engineering-ULiège)
Mardi 26 février 2019
Elimination des micropolluants dans les eaux
usées : deux traitements avancés pour
demain

2. |
Elimination des micropolluants
dans les eaux usées
Deux traitements avancés pour
demain
1

3. |
Sources de micropolluants
2

4. |
Micropolluants dans les eaux usées
3

5. |
Micropolluants dans les eaux usées
4

6. |
Résidus pharmaceutiques : un enjeu actuel
5
des médicaments prescrits
finissent dans nos eaux usées

7. |
Présence de médicaments dans les eaux de
surface et souterraines
6
ANSES – Laboratoire d’hydrologie de Nancy
280 échantillons analysés

8. |
Impacts connus sur les écosystèmes et la
santé humaine
Dysfonctionnement avérés des mécanismes hormonaux chez
plusieurs organismes vivants causés par les contraceptifs humains
 Chez les poissons, féminisation des males
Dispersion des bactéries pluri et multi-résistantes aux agents
antimicrobiens
 Bactéries multi-résistantes aux antibiotiques

9. |
Taux de dégradation des micropolluants
avec un procédé conventionnel
Copyright to Krunal Bhosale, University of Pune, krunal@waterengineer.co.in (http://waterengineer.co.in/activated-sludge-process/)
20%-50%
dégradation

10. |
Taux de dégradation des micropolluants
avec un procédé conventionnel
Copyright to Krunal Bhosale, University of Pune, krunal@waterengineer.co.in (http://waterengineer.co.in/activated-sludge-process/)
Traitement
additionnel
20%-50%
dégradation

11. |
Objectif : améliorer la qualité des eaux de surface et souterraines
Liste de 45 composés en 2018
Substances, Article 8ter (Juillet 2013, Mars 2017) LQ (ng/L)
17-alpha-ethinylestradiol (EE2) 0,035
17-beta-estradiol (E2) 0,4
Diclofenac 10
2,6-ditert-butyl-4-methylphénol : antioxydant E321 3160
4-méthoxycinnamate: anti-UV 6000
Macrolides (Erythromycine, Clarithromycine, Azithromycine) 90
Méthiocarbe: carbamate pesticide 10
Législation Européenne (2008/105/CE)

12. |
2,2 µg/tramadol/L d’eau brute
1,5 kg/tramadol/mois
Station d’épuration
170000 EH
676 230 m3 d’eau traitée en Juin 2017
470 T de boues secondaires
1,8 µg/L dans l’eau traitée
1,2 kg/tramadol/mois
Tramadol
Etude de cas : le tramadol (analgésique)

13. | 12
Station de traitement des micropolluants

14. |
MEDIX
13
Technologie innovante pour traiter les micropolluants
Procédé 100% biologique
Faible consommation énergétique
Intégration architecturale et environnementale
Compact et modulaire

15. |
Partenariat avec le CHC
14

16. |
CMI Environment
15

17. |
CMI Environment et le traitement d’eau
16
Captage
Eaux de process
Eau usée
Recyclage
Stations
d’épuration
Traitement des
boues
Captage
Traitement
Pompage
T R A I T E M E N T
Stations
de relevage
Bassins d’orage
P O M P A G E
Prise d’eau en
rivière
Négoce
Chemicals
Exploitation
SERVICES
Maintenance
Voies navigables
Routes
Turbinage
Rail
Aéroport

18. |
CMI Balteau : site de Sprimont
17
Terrains
13.500 m²
Bureaux
1.600 m²
Ateliers
1.350 m²

19. |
Partenaires
18

20. |
Procédé MEDIX
19
Dégrillage
Biologie
O2 - Anoxie
DéshuilagePompage
Séparation
membranaire
Biofiltration

21. |
Procédé MEDIX
20

22. |
Procédé MEDIX
21

23. |
Procédé MEDIX
22

24. |
Procédé MEDIX
23

25. |
Procédé MEDIX
24

26. |
Performance moyenne d’élimination des macro-polluants du procédé
Performances in situ
25
DCO (in)
MES (in) Nt (in)
0
100
200
300
400
500
600
Concentrationinfluent(mg/L)
Procédé Medix - entrée station
DCO (out)
MES (out) Nt (out)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Concentrationsortie(mg/L)
Procédé Medix - sortie station
DCO (%) MES (%)
Nt (%)
80
85
90
95
100
Abattement(%)
Procédé Medix - rendement
station

27. |
Performances in situ
26
-150
-100
-50
0
50
100
150
Rendementen%
Performance du procédé medix - micropolluants
PP totaux PP totaux sans AC

28. |
Performances in situ
27
0
20
40
60
80
100
120
Rendementen%
Rendement d'élimination des micropolluants procédé Medix
SRT infiniSRT long

29. |
Performances in situ
28
0
20
40
60
80
100
120
Rendementen%
Rendement d'élimination des micropolluants procédé Medix
SRT infini SRT 30 joursSRT long SRT court

30. |
Photos du démonstrateur MEDIX
29

31. |
Photos du démonstrateur MEDIX
30

32. |
Photos du démonstrateur MEDIX
31

33. |
Photos du démonstrateur MEDIX
32

34. |06/07/14 33
Projet CORNET - AOPTi
Assessment of Advanced Photocatalytic Oxidation process for
Micropollutant Elimination in Municipal and Industrial Waste Water
Treatment Plants
Coordinateur
Partenaire
wallon
Partenaire
allemand

35. |06/07/14 34
• Développer une technologie innovante afin de garantir une élimination efficace
de micropolluants et de leurs effets toxiques dans des eaux polluées, et ce par
un traitement appelé “traitement ternaire”.
• Cette étape de traitements physico-chimiques sera placée après le traitement
biologique traditionnel utilisé en stations d’épuration, et sera dès lors facilement
intégrée dans des STEPs municipales et industrielles.
• Le procédé est basé sur l’oxydation de composés organiques par ozonation et
par photocatalyse, suivi par une éventuelle étape d’adsorption sur charbons
actifs.
Durée
01.09.2017 – 31.08.2019
24 mois
AOPTi en quelques mots…

36. | 35
Procédé AOPTi à l‘intérieur d‘une station d‘épuration
 Pré-traitements et traitement primaire : dégrillage/déssablage/dégraissage - décantation
 Traitement secondaire : assimilation de la matière carbonée biodégradable
 Traitement tertiaire : Abattement N/P
 Traitement quaternaire : Désinfection – Abattement des micropolluants
AOPTi
Duisburg WWTP, source IUTA

37. | 36
Projet AOPTi…
• Combinaison de l’ozonation ET/OU de la photocatalyse sous UV (TiO2)
ET/OU de l’adsorption sur charbons actifs
Mechanical
treatment
Biological
treatment
Final
clarification
Ozonation
Photocatalytic
treatment
GAC
filtration
Une nouvelle technique utilisant des procédés d‘oxydation avancée
Dégradation complète et totale de tous les micropolluants présents
sans résidus toxiques

38. |06/07/14 37
Ozonation
Réaction directe (O3
•)
Potentiel d’oxydation : 2,07 eV
Réaction indirecte (•OH)
Potentiel d’oxydation : 2,86 eV
Avantages Désavantages
Temps de contact très courts Sous-produits parfois toxiques
Désinfection des eaux Sécurité d‘utilisation requise
Implémentation facile – Faibles espaces
requis
Manque de spécificité
O3

39. | 38
Photocatalyse - TiO2
Avantages Désavantages
Implémentation facile Utilisation d‘UV-C
Utilisation de la lumière solaire possible Sous-produits toxiques
3.2 eV Charges
recombination
Valence band
Conduction band
h+
vb
e-
cb
5-8%
UV light (λ ≤ 387 nm )
TiO2

40. | 39
Photocatalyse - TiO2
Traitement quaternaire par les UV des eaux de sortie
d’une des stations d’épuration de Beijing (Chine)
Utilisation du procédé SOL-GEL : CHIMIE DOUCE

41. | 40
Photocatalyse - TiO2

42. | 41
Photocatalyse - TiO2
M = piège à électrons
Augmentation du temps de vie des
paires e--h+
Augmentation de l’activité sous UV
M
Red
Conduction band
TiO2
e-
h+
X
UV
Valence band

43. | 42
Spray-coating
Réacteur pilote
Films de TiO2
Photocatalyse - TiO2
(A) (B)
(C) (D)
Micrographies SEM : adjuvant pour augmenter la rugosité des films

44. | 43
Pilote chez Celabor
(Agrozone avec O3 et/ou UV-C)
• Volume = 180 L
• Débit de la pompe = 500 L/h
• Générateur O3 = 8 à 60 g/h

45. |06/07/14 44
RésultatsConcentrationrésiduelle(%)

46. |06/07/14 45
Résultats
Concentrationrésiduelle(%)

47. |06/07/14 46
Toxicité des eaux
Tests de toxicité avec “Daphnia Magma” sur “Eau modèle” contenant 12
micropollutants (10 µg/L)
Avant ozone Après ozone 30’ Après ozone 30’-
photocatalyse 6h
EC50 (%) 12,5 61,5 83
TU 8 1,6 1,2
EC50 et TU (1/EC50) mesurés avant et après traitements :
- ozone 30’
- ozone 30’ + photocatalyse 6h
La composition initiale de l’eau est toxique.
Diminution de la toxicité après ozonation et
ozonation + photocatalyse.

48. | 47
Dégradation de micropolluants en sortie de
STEP municipale (5 m3/h)
• Intégration des réacteurs dans un conteneur
• conteneur [6,085 m x 2,438 m x 2,591 m]
UV plant GAC
adsorberOzon
plant
Control cabinet or
table and shelf

49. | 48
 Récteur d‘ozonation :
 Générateur d‘ozone : 40 g O3/h à partir d‘ air
 Réacteur UV-photocatalytique :
 Débit : de 1 à 5 m³/h
 Premières mesures avec eaux de STEP en avril 2019
 WTTP Duisburg après clarification
 WWTP Enscher après clarification
Quelle: www.uv-el.de
Dégradation de micropolluants en sortie de
STEP municipale (5 m3/h)

50. | 49
Conclusions et perspectives
 Deux projets MEDIX et AOPTi ne sont pas concurrents mais COMPLEMENTAIRES
- Agents de contraste : 100 % de dégradation avec AOPTi
50 % de dégradation avec MEDIX
- Metroprolol : 95 % de dégradation avec MEDIX
80 % de dégradation avec AOPTi mais après plus de 6 h
 Evaluation de la nature des micropolluants et de leur concentration, de la nature de
l’eau à traiter (pré-traitements)
 Moment charnière entre les tests à l’échelle pilote et la réalité du terrain !
Ratio à évaluer « Coût du traitement/temps de traitement »

51. |
Merci
50

52. LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :