Cette étude visait à améliorer l’élimination des micropolluants en modifiant les conditions de fonctionnement du procédé boues activées à aération prolongée. Cette question a nécessité de mesurer les coefficients de sorption et les constantes de biodégradation (étude pilote), et de décrire la variabilité des concentrations dans les eaux usées brutes et les boues d’une installation en grandeur réelle. 53 micropolluants ont été étudiés (11 métaux et 42 substances organiques). Au total, huit campagnes d’échantillonnage de quelques jours ont été réalisées sur une durée d’un an, pour différentes conditions de fonctionnement de l’installation (concentration en boue, durée de présence d’oxygène, température). Les concentrations dans les eaux usées brutes ont varié de façon importante pour les substances organiques (50 à 100 %), mais moindre pour les métaux (30 %). Au cours d’une période de 24 heures, des concentrations deux fois plus élevées ont été mesurées dans la journée (6 h à 24 h), par comparaison aux concentrations mesurées la nuit pour plusieurs substances (ex. : zinc, plomb, nonylphénol, propranolol, diclofénac).

Nous avons démontré que la biodégradation explique l’élimination d’une dizaine de substances (ex. : paracétamol, acébutolol, aténolol, ibuprofène, nonyl- et octyl-phénol). La sorption seule explique le transfert dans les boues des HAP lourds et des métaux. La sorption et la biodégradation expliquent conjointement l’élimination d’une dizaine d’autres substances (ex. : propranolol et quelques HAP). En complément, nous avons démontré que la biodégradation se déroule principalement en condition aérobie, surtout en présence simultanée de DCO et d’azote ammoniacal dans le bioréacteur, et avec une vitesse moindre en présence d’azote seul et très faible en phase endogène. Nous avons mesuré une faible dégradation des micropolluants une fois adsorbés sur les boues (< 10 %).

Le modèle ASM1-MIP a été élaboré pour le procédé étudié, et ses prévisions représentent l’évolution temporelle des concentrations mesurées en sortie de STEU, en prenant en compte la variabilité des concentrations. Son utilisation a permis d’évaluer l’impact de l’augmentation de la concentration en boue (pour optimiser la sorption et la biodégradation), d’une plus grande durée d’aération (pour optimiser la biodégradation), et des variations de température. Le modèle prédit que les concentrations de certains micropolluants dans les eaux traitées pourraient être réduites d’au maximum 30 % en modifiant le fonctionnement des boues activées.

This study aimed at improving the removal of micropollutants by modifying the operating conditions of nitrifying/denitrifying activated sludge plant. To answer this question, we measured the sorption coefficients of micropollutants (pilot-scale experiment), and also the biodegradation kinetics constants. We determined the variability of concentrations in wastewaters and sludge for 53 micropolluants (11 metals and 42 organic micropollutants). Eight sampling periods of 1 or 2 days were carried out during 1 year, under different operating conditions (sludge concentration, daily aerobic time and temperature).

The concentrations of organic micropollutants in wastewaters and sludge were highly variable (50 to 100%). They were less variable for metals (about 30%). During daytime (6 h à 24 h), the concentrations of some micropollutants (ex. zinc, plomb, nonylphénol, propranolol, diclofénac) were 2 times higher than at night. Hence, for good quality modeling, it is necessary to improve our knowledge on micropollutants concentrations variability in wastewater and sludge. We demonstrated that biodegradation could explain removal of 10 micropollutants (ex. paracetamol, acebutolol, atenolol, ibuprofene, nonyl- and octylphenol).

Sorption and biodegration contributed together to the removal of 10 other micropollutants (ex. propranolol and some PAHs). Sorption onto sludge explained removal of heavy PAHs and metals. We also showed that biodegradation mainly occurred under aerobic conditions and when both COD and ammonium are removed in a bioreactor. A lower removal rate was reccorded when only ammonium was present; removal was also very low under endogenous conditions. Moreover, we measured low degradation for micropollutants that were adsorbed onto sludge (< 10%).

The model ASM1-MIP was set-up for the studied process. The predicted concentrations in effluent were close to the measured concentrations, taking into account the variability in the influent. This model was used to predict the possible modification of micropollutants concentrations due to an increase of sludge concentration (to improve sorption and biodegradation), or aerobic time (to improve biodegradation); and to study the influence of temperature change. The model predicted that effluent concentrations of some micropollutants could be reduced by up to 30% by modifying the operation of activated sludge process.