Les stations de traitement des eaux usées sont l’une des principales sources de micropolluants organiques dans les milieux aquatiques récepteurs. L’une des solutions envisagées pour limiter les rejets de micropolluants organiques est l’ajout d’une étape de traitement avancé aux stations de traitement des eaux usées, et parmi les principaux procédés figure l’adsorption sur charbon actif. Ces travaux de thèse s’intéressent à l’élimination de micropolluants organiques des eaux résiduaires urbaines par adsorption sur charbon actif.
Le premier chapitre de ce manuscrit porte sur l’évaluation des bénéfices apportés par un traitement avancé par adsorption sur charbon actif par rapport à une filière de traitement conventionnelle. L’étude a été réalisée sur l’usine de Seine-Centre (Colombes, SIAAP) suivie d’un pilote industriel d’adsorption sur charbon actif en micro-grain et lit fluidisé (CarboPlus®, Saur). Le traitement primaire n’est pas efficace pour éliminer les micropolluants organiques, tandis que le traitement biologique permet d’éliminer les molécules biodégradables. Si le gain d’élimination propre au traitement avancé n’est pas significatif pour les molécules déjà bien traitées sur l’usine, l’élimination propre au traitement avancé est importante pour les composés récalcitrants aux traitements conventionnels et permet d’atteindre des abattements globaux satisfaisants.
Le deuxième chapitre s’intéresse à l’influence des propriétés des charbons actifs et des micropolluants organiques en présence de matière organique dissoute (MOD) sur le processus d’adsorption. Un pourcentage de volume microporeux trop élevé s’avère défavorable à l’élimination de plusieurs molécules en raison d’un blocage de pores plus important engendré par l’adsorption de la MOD. Le processus d’adsorption est défavorisé en présence de MOD, et le blocage de pores est le principal effet négatif engendré par l’adsorption de la MOD à court terme plutôt que la compétition pour les sites d’adsorption. Les molécules négatives sont moins bien adsorbées que les molécules positives en raison de la présence de MOD chargée négativement. Les micropolluants organiques et la MOD sont capables d’interagir en solution par la formation de complexes MOD-micropolluant, ce qui favorise indirectement l’élimination des micropolluants mais ne permet pas de compenser les effets négatifs engendrés par la présence de MOD.
Le troisième chapitre porte sur l’étude du couplage entre l’ozonation et l’adsorption sur charbon actif en vue d’améliorer l’élimination des micropolluants organiques. L’ozonation permet d’améliorer l’adsorption des micropolluants en diminuant l’adsorbabilité de la MOD mais seulement à de fortes doses. A des doses d’ozone spécifiques moins élevées, les deux procédés sont complémentaires : l’ozonation est efficace pour éliminer les molécules peu adsorbables, tandis que les molécules réfractaires à l’ozone sont bien adsorbées. Un abattement satisfaisant (> 65% en moyenne) est obtenu pour chaque micropolluant avec une dose d’ozone spécifique de 0,22 gO3/g COD et une dose de charbon actif de 10 mg/L, mais les performances de l’étape d’ozonation sont très dépendantes de la qualité de l’effluent à traiter (présence de nitrite ou de MES).
Le dernier chapitre de ce travail est consacré au développement d’outils de suivi des performances en examinant le potentiel de l’UV254 et de la fluorescence 3D pour la prédiction des performances d’élimination des micropolluants par adsorption sur charbon actif. Des corrélations positives sont observées entre l’abattement des micropolluants organiques et de certains indices de fluorescence, et le développement de régressions linéaires multiples permet d’améliorer significativement la prédiction de l’élimination de la majorité des molécules suivies. Ces résultats démontrent que la prédiction des performances d’élimination des micropolluants organiques par adsorption sur charbon actif est possible à l’aide de la fluorescence 3D.