Procédé photo-Fenton hétérogène pour l'élimination des micropolluants à très faible concentration de la rivière Meurthe

Heterogeneous photo-fenton process for removal of micropollutants at very low concentration from Meurthe river

• Auteur / Autrice : Hawraa Ayoub
• Direction : Thibault Roques-Carmes, Olivier Potier, Bachar Koubaissy, Joumana Toufaily
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 27/03/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Souad Ammar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joachim Hansen, Stéphanie Ognier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joachim Hansen, Stéphanie Ognier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyseurs à base de métaux de transition

Photodégradation

Meurthe (France ; cours d'eau)

France

Pollution de l'eau

Micropolluants

Mots clés libres

Eau de rivière

Micropolluants

Photo-Fenton hétérogène

Faujasite

LC-MS/MS

River water

Micropollutants

Heterogeneous photo-Fenton

Faujasite

LC-MS/MS

Résumé

Ce travail de thèse concerne le développement de catalyseurs Fe/Faujasite afin de dégrader un cocktail de micropolluants provenant d’une eau réelle de rivière dans la Meurthe (France) avec le procédé photo-Fenton hétérogène. Les micropolluants étudiés appartiennent à 4 grandes familles : des principes actifs pharmaceutiques, des produits de soins cosmétiques, des perturbateurs endocriniens, et des composés perfluorés. Pour la première fois, dans cette thèse, la dégradation d’un mélange de 21 micropolluants à l’état de traces (2 – 80 ng/L) provenant d’une réelle eau de rivière non-dopée a été effectuée. Cependant, le fait de travailler avec des concentrations très faibles en polluants reste un challenge notamment en ce qui concerne les aspects de chimie analytiques. Ce travail de thèse est donc divisé en deux grandes parties. Dans un premier temps, il a été nécessaire de trouver la meilleure eau réelle contenant un nombre élevé de micropolluants de différentes natures à des concentrations de l’ordre de quelques ng/L mais inférieures à 100 ng/L. Pour cela différentes campagnes de prélèvement ont été effectuées dans les deux principales rivières de la région Lorraine, la Meurthe et la Moselle, en différents lieux et différentes périodes de l’année. L’eau provenant du site de Moulin Noir a été choisie. Dans une deuxième partie, nous avons développé des catalyseurs fer/Faujasite pour pouvoir tester leur efficacité pour la dégradation des micropolluants provenant du site de Moulin Noir par le procédé photo-Fenton hétérogène. Dans une étape intermédiaire, l’optimisation des paramètres opératoires du procédé photo-Fenton avec nos catalyseurs a été effectuée en utilisant deux macropolluants modèles, phénol et diclofenac

Twenty one 21 micropollutants including pharmaceuticals, personal cares product, endocrine disruptors and perfluorinated compounds presenting at ng/L in the real water of Meurthe river, were successfully quantified and removed using heterogeneous photo-Fenton process. To achieve this goal, an analytical-catalytic methodology was developed and the work steps were performed linked together in a cycle-like manner. The use of the sensitive and efficient multi-residual SPE-LC-MS/MS analytical method allowed us to analyze and quantify the mixture of micropollutants present in a complex matrix during 3 periods of the year with different weather conditions, from 5 sampling sites. Results showed that the highest concentrations of most of the present micropollutants are observed in October at ng/L, Moulin Noir sampling site found to contain the largest number and type of these pollutants, the WWTP was not efficient in the removal of the micropollutants present in water and the drinking water used from tab was totally safe from micropollutants. The calculation of the fluxes and estimation of the mass balance at the rivers confluence confirmed the good precision and reliability of our measurement methodology, and specify the most suitable site for water to be taken from to be used in the removal tests which was Moulin Noir. Having the appropriate water sample, an efficient iron impregnated Faujasite catalyst was developed and used in a photo-Fenton process for the micropollutant removal tests. After characterization and optimization of the different experimental factors using the 2 model macropollutants, phenol and diclofenac, the real tests were performed on real water samples from Moulin Noir. The results demonstrated the good efficiency of the photo-Fenton process with the cocktail of 21 micropollutants. Except for sulfamethoxazole and PFOA, the concentrations of all the other micro-contaminants became lower than the limit of quantification of the LC-MS/MS after 30 minutes or 6 hours of photo-Fenton treatment depending on their initial concentrations under the effect of both adsorption and Fenton mechanisms. Comparing the photo-Fenton process to heterogeneous photocatalytic degradation over TiO2, Faster micropollutants removal occurred with the zeolite