Reduction of micropollutants by supplementary treatment: trench system built on impervious soil, horizontal subsurface flow constructed wetlands filled with adsorbent materials (ARMISTIQ project) | Réduction des micropolluants par les traitements complémentaires : fossé construit sur sol imperméable, filtres garnis de matériaux adsorbants (ARMISTIQ – Action B)

[Departement_IRSTEA]Ecotechnologies [TR1_IRSTEA]TED [Relecteur_IRSTEA]Lagarrigue, C. ; Lacour, C.

英语. ARMISTIQ project (reduction of micropollutants by domestic sewage treatment plants) aims at improving the removal of recalcitrant priority and emerging micropolluants by wastewater treatment plants. The action B of the ARMISTIQ project evaluated two supplementary treatment processes dedicated to rural communities. We have determined the removal efficiencies of a 80 m-long trench system built on not-permeable soil (full-scale); and we also studied removal efficiencies of horizontal subsurface flow constructed wetlands filled with specific adsorbent materials (activated carbon, expanded clay or zeolite) at lab-scale and pilote-scale. They were operated at two hydraulic retention time. Five families of micropollutants, with various physicochemical properties, were studied: 16 metals, 19 pharmaceuticals, 19 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), 6 alkylphenols (AKPs) and 6 pesticides. Robust and reliable analytical protocols were applied. We measured low removal efficiencies (below 30%) towards the majority of the refractory micropollutants studied for the trench system built on impervious soil. Only a few removal efficiencies were between 30 and 70% due to adsorption on clay for some metals (cobalt, zinc, cadmium) or due to photodegradation for ibuprofen and paracetamol. Removal efficiencies of organic micropollutants were around 100% during more than 330 days for the horizontal subsurface flow constructed wetland filled with activated carbon and operated under 1.5 h hydraulic retention time (HRT). Only nonylphenol and some metals showed lower removal efficiencies (50-80%). One kilogram of activated carbon could adsorb the micropolluants contained into at least 8 m3 of treated wastewater. For the horizontal subsurface flow constructed wetlands filled with expanded clay or with zeolite and submitted to 24h-HRT, removal efficiencies of micropollutants were around 70% for half of the studied pharmaceuticals compounds and pesticides. The removal efficiency of other substances were lower than the ones measured with activated carbon; nonetheless, these materials were more efficient than conventional materials like gravels or apatite as showed previously during the AMPERES project. One kilogram of expanded clay or zeolite could adsorb micropolluants from 0.3 m3of treated wastewater, and the time-to-saturation was estimated to few months. With a 4h-HRT, the saturation occurred in about twenty days. The perspective of this work consists in the evaluation other complementary treatment processes, one consisting in successive low depth natural basins, the other one consisting in a trench with infiltration in soil.

法语. Le projet ARMISTIQ (« Amélioration de la réduction des micropolluants dans les stations de traitement des eaux usées domestiques ») a pour objectif d’évaluer et d’améliorer la connaissance et la maîtrise de technologies de traitements secondaire et complémentaire des substances prioritaires et émergentes présentes dans les eaux usées et les boues urbaines. L’action B porte sur deux procédés complémentaires susceptibles d’éliminer des micropolluants contenus dans les rejets de stations de traitement des eaux usées des communes rurales. Il s’agissait d’une part, d’étudier les rendements d’élimination de micropolluants par un fossé de 80 mètres de long construit sur sol imperméable (installation grandeur réelle), et d’autre part, d’étudier les rendements d’élimination de micropolluants par trois matériaux rapportés, adsorbants en grain (charbon actif, zéolite ou argile expansée), étudiés à l’échelle du laboratoire et à l’échelle de pilotes semi-industriels. Des protocoles d’analyses chimiques, fiables et robustes, ont été appliqués pour déterminer les concentrations de 16 métaux, 19 médicaments, 19 hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), 6 alkylphénols (AKP) et 6 pesticides, choisis en raison de leurs différentes propriétés physicochimiques et leur persistance aux traitements secondaires. Le fossé de 80 mètres de long construit sur sol imperméable a montré une efficacité très limitée vis-à-vis de la réduction des micropolluants étudiés (rendements inférieurs à 30% pour les micropolluants réfractaires au traitement secondaire). Néanmoins, des rendements d’élimination compris entre 30 et 70% ont été mesurés pour quelques substances qui s’expliquent soit par adsorption sur l’argile du sol pour quelques métaux (cobalt, zinc, cadmium) soit par photodégradation pour quelques micropolluants organiques (paracétamol, ibuprofène). Des rendements d’élimination proches de 100% pendant plus de 330 jours ont été mesurés pour le filtre à charbon actif fonctionnant avec un temps de séjour hydraulique (HRT) de 1,5 heure. Seul le nonylphénol et quelques métaux ont eu des rendements moindres (50 à 80%). Un kilogramme de charbon actif a adsorbé les micropolluants contenus dans au moins 8 m3 d’eau usée traitée. Des rendements d’élimination supérieurs à 70% pour la moitié des substances pharmaceutiques et phytosanitaires étudiées ont été mesurés pour les filtres garnis de matériaux adsorbants en grain (argile expansée ou zéolite), alternatifs au charbon actif, avec un HRT de 24 heures. Les rendements d’élimination obtenus pour les autres substances sont bien moindres qu’avec le charbon actif, mais restent supérieurs à ceux mesurés avec des filtres à graviers ou à apatite. Un kilogramme d’argile ou de zéolite a adsorbé les micropolluants contenus dans environ 0,3 m3 d’eau usée traitée, et les filtres ont saturé au bout de quelques mois. Avec un HRT plus court (4 heures), la saturation est intervenue au bout d’une vingtaine de jours seulement. Les perspectives de ce travail concernent l’évaluation d’autres procédés complémentaires, comprenant une succession de bassins de faibles profondeurs d’eau libre, ainsi que des procédés construits sur sol perméable.