Technical, economic and environmental evaluation of advanced tertiary treatments for micropollutants removal (oxidation and adsorption)

International audienceTwo pilots for tertiary treatment, an advanced oxidation processes (AOP - O3/UV/H2O2) pilot and a granular activated carbon pilot, were tested in three different wastewater treatment plants after a secondary treatment. A total of 64 micropollutants including drugs, pesticides, alkylphenols, PAHs and metals were analysed in the samples at the inlet and the outlet of the pilots. The tertiary treatments studied (ozone, AOP and activated carbon) were efficient for the removal of most of the compounds analysed in this study, except metals. The addition of hydrogen peroxide to ozone increased the number of substances well removed but it did not improve the removal of substances that readily react with ozone (such as betablockers or carbamazepine). The other AOP (ozone/H2O2 and UV/H2O2) did not improve the number of substances well removed in comparison with ozone alone. The granular activated carbon was still efficient (R>70%) after 6 months working 24/7 for most of the drugs and the urea and triazine pesticides. The 5 technologies studied were sized at full scale in order to calculate their cost for two sizes of WWTP. The implementation of a tertiary treatment on a 60 000 to 200 000 PE WWTP would increase the wastewater treatment cost by 1,5 to 17,6 euros cents per cubic meter treated according to the technology and the removal objective. Concerning the environmental impact, for the big WWTP, the activated carbon is more impacting than the other processes for most of the impacts calculated. The order of POA by increasing environmental impact is ozone < ozone/H2O2 < ozone/UV ~ UV/H2O2. For the medium size WWTP however, the activated carbon is comparable to the other solutions regarding environmental impact

An in situ intercomparison exercise on passive samplers for the monitoring of metals, polycyclic aromatic hydrocarbons and pesticides in surface water

An intercomparison exercise on passive samplers (PSs) was organized in summer 2010 for the measurement of selected metals, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and pesticides in surface waters. Various PSs were used and compared at 2 rivers sites and one marine lagoon. A total of 24 laboratories participated. We present selected significant outputs from this exercise, including discussion on quality assurance and quality control for PSs, the interlaboratory variability of field blanks, time weighted average water concentrations and its uncertainties, the representativity of DGT samples, the ability of PSs to lower limits of detection, PAH fingerprints in various PSs compared with spot samples, and the relevance of the permeability reference compounds (PRC) approach for POCIS with pesticides. These in situ intercomparison exercises should enable to progress on the harmonization of practices for the use of passive sampling, especially for priority chemical monitoring and regulatory programs in compliance with the Water Framework Directive (WFD) and Marine Strategy Framework Directive (MSFD)

8ème colloque national de l'IHSS. Les actes. Rôle et fonction des matières organiques dans l'environnement

[Departement_IRSTEA]MA [TR1_IRSTEA]QSA / EXPERNational audienceL'Unité de recherche "Qualité des Eaux et Prévention des Pollutions" du Cemagref a organisé à Lyon le VIIIe colloque national de l'IHSS sur les "ROLE ET FONCTION DES MATIÈRES ORGA-NIQUES DANS L'ENVIRONNEMENT", les 27 et 28 novembre 2007. Ce colloque a permis de réunir les membres du groupe français de l'IHSS, les spécialistes et chercheurs en sciences de l'Environnement, et aussi les jeunes chercheurs qui étudient la matière organique sous tous ses aspects : caractérisation, origine, devenir et rôle aussi bien dans les systèmes aquatiques que terrestres

Micropolluants organiques dans les hydrosystèmes urbains

Les micropolluants organiques sont des molécules synthétisées par l’homme, que l’on retrouve fortuitement dans l’Environnement (l’eau, le sol et l’air), dans lequel ils ont une action polluante à des concentrations infimes (< µg.L 1), c’est-à-dire une action toxique ou écotoxique pour tout ou partie des organismes ou de l'écosystème. On peut citer comme exemples : les pesticides à usage phytosanitaire ; les molécules à usage tensioactif (e.g. perfluorés, alkyphénols, …) ; les molécules à usage retardateur de flammes (e.g. polychlorobiphényles (PCB), …) ; les molécules pharmaceutiques et hormones à usage thérapeutique ; les filtres UV et agents humectant à usage cosmétique ; les colorants à usage agroalimentaire ; les conservateur (e.g. parabènes), etc. Un hydrosystème est un système composé de l'eau et des milieux aquatiques associés dans un secteur géographique délimité, notamment un bassin versant. Un hydrosystème en zone urbaine (i.e. à forte densité humaine) est impacté par des pollutions anthropiques spécifiques, en particulier des pollutions domestiques et industrielles drainées par les réseaux d’assainissement jusqu’aux stations d’épuration des eaux usées urbaines (STEU). Ces stations d’épuration sont une source ponctuelle de pollution pour les hydrosystèmes en aval. En effet, les eaux traitées qu’elles rejettent dans les milieux aquatiques récepteurs contiennent encore des traces de micropolluants organiques. Le thème de recherche couvert dans cette HDR est celui de l’exposition aux micropolluants organiques des hydrosystèmes en zone continentale et urbaine. Il concerne également l’étude de l’occurrence et du devenir des micropolluants organiques dans les stations d’épuration des eaux usées urbaines. Il s’agit notamment : - de concevoir des outils innovants pour caractériser la pollution par les micropolluants organiques des eaux usées et des milieux aquatiques, i.e. : •de développer des protocoles analytiques pour l’identification et la quantification de micropolluants organiques dans les matrices complexes environnementales telles que les eaux de surface, les eaux usées, les sédiments, les matières en suspension, les boues de station d’épuration, les organismes biologiques (invertébrés, poissons, …). •d’évaluer les performances et le domaine d’application des échantillonneurs intégratifs passifs (EIP). En particulier, il s’agit d’évaluer les performances de ces outils pour la détermination des concentrations moyennées sur la durée d’exposition de micropolluants organiques dans les eaux. Les outils mis en ½uvre sont, par exemple, les Semi-Permeable Membrane Device pour les micropolluants hydrophobes (SPMD) et des Polar Organic Chemical Integrative Sampler, (POCIS) pour les micropolluants hydrophiles. •de contribuer au développement de stratégies innovantes et pluridisciplinaires pour une caractérisation intégrée de la qualité des milieux aquatiques et des eaux usées (i.e. combinaison d’analyses chimiques ciblées avec des analyses biologiques in vitro ou in vivo, screening chimique pour l’identification de nouvelles molécules et produits de dégradation). - d’étudier la présence et le devenir des micropolluants organiques prioritaires et émergents dans les STEU et les milieux aquatiques, i.e. : •de quantifier les concentrations et les flux des micropolluants ciblés ; •de quantifier leur partition entre phases dissoute et particulaire ; •d’étudier leur dégradation et d’identifier les produits de cette dégradation ; •de concevoir ou tester des méthodes pour prédire le devenir des micropolluants ciblés en fonction de leurs propriétés physico-chimiques (typologie des micropolluants) ; •d’identifier les processus d’élimination des micropolluants dans les STEU et d’évaluer l’efficacité de différents procédés d’épuration des eaux et des boues en fonction des micropolluants ; •d’identifier des micropolluants traceurs de pollutions urbaines dans les milieux aquatiques ; •d’identifier et de quantifier les micropolluants bioaccumulés, et d’évaluer la pertinence de différentes matrices (eaux, sédiments, biotes, échantillonneurs intégratifs passifs) pour l’évaluation de la qualité chimique des eaux selon la Directive Cadre sur l’Eau. Les champs disciplinaires concernés par cette HDR sont la chimie analytique et la chimie environnementale, à l’interface du génie des procédés, de la biologie, de l’écotoxicologie et de l’hydraulique. Cette recherche interdisciplinaire en sciences environnementales est finalisée et appliquée ; elle répond à une pression ou demande sociale actuelle qui s’inscrit principalement dans le contexte de la Directive Cadre sur l’Eau (DCE). Les pistes de recherche mises en perspective concernent i) l’étude de l’occurrence et du devenir d’une sélection de micropolluants traceurs de rejets de stations d’épuration des eaux usées domestiques (48 au total dont 34 pharmaceutiques, 9 pesticides urbains et 5 métabolites) et de 19 micropolluants perturbateurs endocriniens de type hormone (estrogènes, androgènes, progestagènes et stilbènes) ; ii) l’étude des produits de dégradation de ces micropolluants urbains par une stratégie dite "suspected-target screening" utilisant des technologies de chromatographie en phase liquide ultra-haute performance couplée à la spectrométrie de masse haute résolution à temps de vol ; iii) le développement d’un nouvel EIP de type DGT (diffusive gradient in thin films) pour les micropolluants organiques hydrophiles et/ou ionisés ; iv) l’évaluation in situ et à large échelle du potentiel d’une surveillance des eaux utilisant des EIP ; et vi) la mise en ½uvre de stratégies combinées d’analyses chimiques et biologiques pour une caractérisation plus intégrée des pollutions

Contamination des poissons et des sédiments du Rhône par les polychlorobiphényles. Synthèse des données recueillies en 2005-2006

[Departement_IRSTEA]MA [TR1_IRSTEA]QSA / EXPERFollowing the finding of high concentrations of polychlorobiphenyl (PCB) compounds in fishes in the vicinity of Lyon in 2005, a survey involving several sampling campaigns was done step by step until the end of 2006. Investigations focussed on several fish species, and superficial sediment; a few core sediment samples were also collected. Fish are contaminated until the downstream limit of the studied area (Vaugris dam, South of Lyon), with a frequent exceedance of the regulatory limit (8 pg.g-1, regulation EC 199/2006). Some species, namely barbel and bream, are more affected than others, such as pike or pikeperch. Surface sediments are extensively contaminated, but much less than deeper layers, by an order of x5. One source is clearly identified, and involves an authorised waste treatment plant. PCB fluxes released by this source can most probably not explain alone the current situation. Sediments are also contaminated in a tributary (Bourbre river), entailing sources in this watershed. Furthermore, the characteristics of fish contamination suggest a diffuse contamination originating from sediments in the river bed itself, or in suspended matter pulled out of the river bed during floods. The current state of available data does not allow to clearly identify trends in fish contamination, but an increase in certain species cannot be ruled out. It seems therefore necessary to complete the existing dataset, not only by looking for more sediment and fish contamination data, but also by examining fish food sources. It would also be very useful to model the system (flow, particle transport ) in order to confirm the current hypotheses on contamination pathways, and possibly envisage ways to manage and reduce the contamination.A la suite de la mise en évidence de polychlorobiphényles (PCB) dans des poissons pêchés aux abords de Lyon en 2005, plusieurs campagnes successives de prélèvements et d'analyses ont été menées jusqu'à fin 2006 sur plusieurs espèces de poissons d'une part, sur sédiments superficiels et quelques carottes d'autre part. Ces analyses montrent une contamination des poissons jusqu'à la limite aval de la zone étudiée (barrage de Vaugris au sud de Lyon), avec un dépassement fréquent de la limite de 8 pg.g-1 (règlement CE 199/2006). Certaines espèces, comme la brème et le barbeau, sont plus affectées que d'autres, comme le sandre et le brochet. Les sédiments superficiels, témoignent d'une contamination étendue, mais en nette diminution par comparaison avec les couches plus profondes et plus anciennes, de l'ordre de 5 fois plus contaminées en PCB indicateurs. Une source clairement identifiée provient d'un établissement industriel sous contrôle. En toute hypothèse, les flux actuellement émis par cette source n'expliquent cependant pas à eux seuls la situation présente ; les sédiments de la Bourbre sont également contaminés, de manière indépendante de ceux du Rhône, impliquant des sources dans ce bassin versant. Les caractéristiques de la contamination des poissons suggèrent d'autre part une contamination diffuse, trouvant son origine dans les sédiments stockés dans le fleuve, ou dans les matières en suspension re-mobilisées par les crues. L'état actuel des données ne permet pas de distinguer clairement quelle serait la tendance suivie par la contamination des poissons, mais une hausse au moins chez certaines espèces ne peut être exclue. Il paraît nécessaire de compléter les données existantes, non seulement en ce qui concerne les niveaux de PCB dans les compartiments étudiés jusqu'ici (poissons sédiments), mais également dans la nourriture des poissons ; il conviendrait également de modéliser le fonctionnement du système (écoulement d'eau, transport de sédiment) afin de confirmer les hypothèses actuelles sur les processus de contamination, et pouvoir envisager des voies de réduction de la contamination

Optimisation, validation et comparaison de techniques d'extraction pour la détermination d'hydrocarbures aromatiques polycycliques dans des boues de station d'épuration par HPLC-DAD-Fluo

[Departement_IRSTEA]GMA [TR1_IRSTEA]12 - MILEAU / EXPERInternational audienceThere is a need for a better characterization of sludges from wastewater treatment plants which are destined to be spread on agricultural lands. Inorganic pollutants are regularly controlled but organic pollutants have received few attention up to now. On this paper, we have been interested on the analysis of the 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) listed in the US Environmental Protection Agency (US EPA) priority list and more particularly of the six PAHs listed in the european community list (fluoranthene, benzo[b and k]fluoranthene, benzo[a]pyrene, benzo[ghi]perylene, indeno[1,2,3-cd]pyrene). The analysis step consists on liquid chromatography with both fluorescence and UV detections as described in the EPA Method 8310. As for the extraction step, several techniques such as supercritical fluid extraction, pressurized liquid extraction, focused microwave extraction in open vessels, Soxhlet and ultrasonic extractions are compared after optimization of the experimental conditions (solvent nature and quantity, temperature, pressure, duration....) and validation with certified sludges. When optimized, these five extraction techniques are as much efficient with similar relative standard deviation. Whatever the extraction techniques used, the whole analysis protocol permits to quantify PAHs in the range of 0.09 to 0.9 mg/kg of dried sludges

Evaluation des sources de contaminants organiques dans les matières en suspension du bassin du Rhône

Ce rapport s’intègre dans les travaux de l’Observatoire des Sédiments du Rhône, et a pour objet l’étude des sources d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et de polychlorobiphényles indicateurs (PCBi) dans les matières en suspension (MES) prélevées dans les cours d’eau du bassin du Rhône. Deux stations de prélèvements de MES situées sur le Rhône (à Arles et Jons) et quatre stations situées sur certains affluents (Arve, Bourbre, Gier, Saône) ont été étudiées. Les différentes stratégies mises en oeuvre (ratios de diagnostic, évolution des profils de distribution, classification ascendante hiérarchique couplée à une analyse factorielle discriminante) ont permis de montrer que les principales sources d’émission de HAP sur ces stations sont en lien avec le trafic routier et le chauffage résidentiel. Sur le bassin de la Bourbre, les MES se caractérisent par la présence plus importante de HAP lourds d’origine pyrolytique. A Arles l’activité d’un incinérateur d’ordures ménagères proche de la station de mesure pourrait être à l’origine de l’enrichissement des MES en fluoranthène. L’étude des relations entre la somme des HAP et des PCBi suggère que ces contaminants proviendraient de sources distinctes. Des recherches approfondies sont donc nécessaires pour identifier l’origine des PCBi sur le bassin du Rhône

Optimisation, validation et comparaison de techniques d'extraction pour la détermination d'hydrocarbures aromatiques polycycliques dans des boues de station d'épuration par HPLC-DAD-Fluo

[Departement_IRSTEA]GMA [TR1_IRSTEA]12 - MILEAU / EXPERInternational audienceThere is a need for a better characterization of sludges from wastewater treatment plants which are destined to be spread on agricultural lands. Inorganic pollutants are regularly controlled but organic pollutants have received few attention up to now. On this paper, we have been interested on the analysis of the 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) listed in the US Environmental Protection Agency (US EPA) priority list and more particularly of the six PAHs listed in the european community list (fluoranthene, benzo[b and k]fluoranthene, benzo[a]pyrene, benzo[ghi]perylene, indeno[1,2,3-cd]pyrene). The analysis step consists on liquid chromatography with both fluorescence and UV detections as described in the EPA Method 8310. As for the extraction step, several techniques such as supercritical fluid extraction, pressurized liquid extraction, focused microwave extraction in open vessels, Soxhlet and ultrasonic extractions are compared after optimization of the experimental conditions (solvent nature and quantity, temperature, pressure, duration....) and validation with certified sludges. When optimized, these five extraction techniques are as much efficient with similar relative standard deviation. Whatever the extraction techniques used, the whole analysis protocol permits to quantify PAHs in the range of 0.09 to 0.9 mg/kg of dried sludges

Control of fertilization by self-incompatibility mechanisms

International audienc