Influence de la matière organique dissoute d’origine urbaine sur la spéciation des micropolluants : de la station d’épuration au milieu récepteur

Influence of urban Dissolved organic matter speciation micropollutants : from wastewater treatment plant to receiving water

• Auteur / Autrice : Caroline Soares Pereira
• Direction : Gilles Varrault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Univers et Environnement
• Date : Soutenance le 26/01/2016
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains - Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains / LEESU
• Jury : Président / Présidente : Marie-Claire Gazeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Varrault, Pierre Benoit, Adèle Bressy, Béatrice Bechet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Edith Parlanti, Sophie Ayrault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière organique dissoute

Micropolluants

Biodisponibilité

Hydrologie urbaine

Mots clés libres

Cours d'eau

Matière organique

Micropolluants

Biodisponibilité

Stream

Organic matter

Micropollutants

Bioavailability

Résumé

Les rejets urbains modifient la qualité de la matière organique dissoute (MOD) dans les milieux récepteurs et sont une source majeure de micropolluants. Il a été montré que la MOD naturelle influençait la spéciation et le devenir des micropolluants, que ce soit dans le milieu récepteur ou dans les ouvrages de traitement. L’objectif ici est d’étudier l’impact de la présence et de la qualité de la MOD sur la répartition dissous/particulaire des micropolluants dans les systèmes aquatiques, de la station d’épuration au milieu récepteur. L’originalité de notre travail est de comparer l’influence d’une MOD fulvique naturelle et d’une MOD urbaine, et de travailler à des concentrations proches des concentrations du milieu aquatique. Dans un premier temps, nous avons caractérisé l’adsorption de différents types de MOD (acides fulviques (AF) et rejets de STEP) sur différents types de particules (calcite, goethite, montmorillonite, quartz et charbon actif). Dans un second temps, nous avons caractérisé l’adsorption de certains micropolluants (éléments traces métalliques (ETM) et As (V), Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et 13 produits pharmaceutiques) sur les particules en absence de MOD ou en présence de MOD ((AF) et rejets de STEP). Concernant l’influence de la MOD sur l’adsorption des ETM par les particules, les résultats obtenus montrent une diversité importante de situations selon les ETM et les particules considérées. Pour la goethite, nous avons observé une diminution de l’adsorption en présence de MOD urbaine par rapport à ce qui est observé en l’absence de MOD. Pour le charbon actif, au contraire, il y a plus d’adsorption en présence d’AF pour tous les ETM sauf pour le Cu qui est plus adsorbé en présence de MOD urbaine. Les différentes particules ont globalement présenté une capacité d’adsorption importante des HAP mais cette capacité est très fortement modulée par la MOD et ce, de manière différente selon les particules. Pour la goethite et la montmorillonite, l’adsorption des HAP a diminué en présence de MOD. Elle est plus forte en présence de MOD d’origine urbaine qu’en présence des AF dans le cas de l’adsorption des HAP légers sur la goethite et de l’adsorption de tous les HAP sur la montmorillonite. L’adsorption des HAP plus lourds sur la goethite est par contre plus faible avec la MOD urbaine qu’en présence d’AF. Concernant l’adsorption des HAP par le CAP, nous avons observé une diminution en présence de MOD particulièrement dans le cas de la MOD urbaine. Les expérimentations menées avec le sulfaméthoxazole n’ont pas permis de mettre en évidence une influence de l’origine de la MOD sur l’adsorption de cette substance. Pour les autres produits pharmaceutiques, l’adsorption sur le CAP en présence de MOD urbaine est globalement beaucoup plus faible qu’en matrice minérale et aussi plus faible qu’en matrice acides fulviques. L’abattement de ces contaminants sera donc plus faible en présence de MOD urbaine. Cela peut être relié au fractionnement de la MOD urbaine lors de son adsorption sur le CAP. Les résultats obtenus démontrent qu’il est indispensable de tenir compte du rôle de la MOD urbaine dans les milieux récepteurs anthropisés (où elle peut être majoritaire en basses-eaux) pour mieux comprendre le devenir des micropolluants dans les systèmes aquatiques et en particulier leur répartition particulaire/dissous. En outre, dans un contexte d’épuration des eaux usées, l’abattement des micropolluants est dépendant de la nature de la MOD présente, par conséquent, les résultats d’abattement des micropolluants observés en potabilisation des eaux pourraient être sensiblement différents en épuration des eaux usées

Urban discharges alter the quality of dissolved organic matter (DMO) in receiving environments and are a major source of micropollutants. Natural MOD has been shown to influence the speciation and fate of micropollutants in both the receiving and treatment media. The objective here is to study the impact of the presence and quality of MOD on the dissolved/particulate distribution of micropollutants in aquatic systems, from the treatment plant to the receiving environment. The originality of our work is to compare the influence of a natural fulvic MOD and an urban MOD, and to work at concentrations close to concentrations in the aquatic environment. Initially, we characterized the adsorption of different types of MOD (fulvic acids (AF) and releases of STEP) on different types of particles (calcite, goethite, montmorillonite, quartz and activated carbon). In a second step, we characterized the adsorption of certain micropollutants (metallic trace elements (ETMs) and As (V), Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and 13 pharmaceutical products) on particles in the absence of MOD or in the presence of MOD (AF) and releases of STEPs. Concerning the influence of MOD on the adsorption of ETMs by particles, the results obtained show a significant diversity of situations depending on the ETMs and particles considered. For goethite, we observed a decrease in adsorption in the presence of urban MOD compared to what is observed in the absence of MOD. For activated carbon, on the other hand, there is more adsorption in the presence of AF for all VTE except for Cu, which is more adsorbed in the presence of urban MOD. The various particles have generally exhibited a high adsorption capacity of PAHs, but this capacity is strongly modulated by the MOD, and this varies according to the particles. For goethite and montmorillonite, adsorption of PAHs decreased in the presence of MOD. It is stronger in the presence of urban MOD than in the presence of AF in the case of adsorption of light PAHs on goethite and adsorption of all PAHs on montmorillonite. The adsorption of heavier PAHs on goethite is lower with urban MOD than in the presence of AF. Concerning the adsorption of PAHs by the CAP, we observed a decrease in the presence of MOD, particularly in the case of urban MOD. Experiments conducted with sulfamethoxyazole did not reveal any influence of the origin of MOD on adsorption of this substance. For other pharmaceutical products, adsorption on CAP in the presence of urban MOD is generally much lower than in the mineral matrix and also lower than in the fulvic acid matrix. The abatement of these contaminants will therefore be lower in the presence of urban MOD. This can be related to the fractionation of urban MOD when adsorbed on the CAP. The results obtained show that it is essential to take into account the role of urban MOD in anthropized receptor environments (where it can be the majority in low-water environments) in order to better understand the fate of micropollutants in aquatic systems and in particular their particle/dissolved distribution. In addition, in a wastewater treatment context, the abatement of micropollutants is dependent on the nature of the present MOD, therefore, the abatement results of micropollutants observed in water purification could be significantly different in wastewater treatment