Passive sampling using POCIS. Application for monitoring organic micropollutants in wastewater effluents and in surface waters
L'échantillonnage intégratif par POCIS. Application pour la surveillance des micropolluants organiques dans les eaux résiduaires traitées et les eaux de surface
Résumé
POCIS (polar organic chemical integrative sampler) is one of the passive sampler the most frequently used for the monitoring of dissolved organic micropollutants in surface waters. The advantage of such a passive sampling is to decrease quantification limits and to obtain a time-averaged water concentration. POCIS is used for hydrophilic molecules (log KOW < 4). The aim of this paper is to review the advantages and drawbacks of this tool for the evaluation of the river water quality downstream wastewater treatment plants outflow (WWTP). As planned in the AMPERES project, POCIS were used during 5 in situ sampling campaigns from November 2007 to September 2008 : on the Saône, the Jalle d'Eysines, the Ardières, the Bourbre and the Seine rivers. They were set up in surface waters, upstream and downstream WWTP outfow, and also within the WWTP effluent. Several chemical classes of organic molecules were studied: industrial substances such as alkylphenols and bisphenol A; also 5 estrogenic hormones; and other pharmaceuticals from various therapeutic classes, such as 9 antidepressants, 6 anti-inflammatories, 10 betablockers, 1 lipopenic, 3 bronchodilators; as well as theophylline and caffeine. POCIS were exposed for up to 28 days to study the accumulation kinetics and the linearity of uptake rates. Sampling repeatability was verified by the exposure of triplicates. To better evaluate the performance of POCIS, grab sampling was also performed at regular intervals during POCIS exposure. For the estrogenic hormones and betablockers, accumulation kinetics and sampling rates were studied in situ. Concerning alkylphenols and other pharmaceuticals, calibration was performed in the laboratory. We also tried to identify a molecule that could be used as internal surrogate or PRC (performance reference compound). Finally, POCIS is well adapted for the sampling of pharmaceuticals and alkylphenols. Its efficiency was not proved in this study for bisphenol A and estrogenic hormones. The optimal exposure duration is about 15 days. Concentration factors and decrease of quantification limits are significant except for hormones, betablockers and bronchodilators. Promising preliminary results obtained on deuterated atenolol used as PRC need to be confirmed in laboratory. This work confirms that POCIS is useful for the monitoring of hydrophilic organic molecules in river and waste waters.
Le POCIS (polar organic chemical integrative sampler) est l'un des échantillonneurs intégratifs les plus utilisés pour la surveillance des micropolluants organiques dissous dans l'eau. L'avantage de ce type d'échantillonnage est d'abaisser les seuils de quantification et d'obtenir une concentration moyennée sur la durée d'exposition. Le POCIS est employé pour le suivi des molécules hydrophiles (log KOW < 4). L'objectif de cet article est de faire le point sur les avantages et inconvénients de cet échantillonneur pour l'évaluation de la qualité des eaux de surface impactées par des effluents de station d'épuration (STEP). Des POCIS ont été mis en ½uvre dans le cadre du projet AMPERES, lors de 5 campagnes d'échantillonnage réalisées entre novembre 2007 et septembre 2008 : sur la Saône, la Jalle d'Eysines, l'Ardières, la Bourbre et la Seine. Ces POCIS ont été installés dans les rivières, en amont et en aval de STEP, ainsi que dans l'effluent traité de ces mêmes stations. Plusieurs familles de molécules organiques ont été étudiées : des substances d'origine plutôt industrielle telles que les alkylphénols et le bisphénol A ; et aussi 5 hormones oestrogéniques ; et d'autres molécules pharmaceutiques appartenant à plusieurs familles thérapeutiques, telles que 9 antidépresseurs, 6 anti-inflammatoires, 10 bêtabloquants, 1 hypolipémiant, 3 bronchodilatateurs ; et enfin la théophylline et la caféine. Les POCIS ont été exposés jusqu'à 28 jours afin d'étudier in situ les cinétiques et la linéarité de l'accumulation. La répétabilité de l'échantillonnage a été vérifiée par l'exposition de triplicats de POCIS. Pour évaluer la pertinence de l'outil, des échantillons ponctuels ont été prélevés périodiquement sur chaque site pendant la durée d'exposition des POCIS. Pour ce qui concerne les hormones oestrogéniques et les bêtabloquants, les cinétiques d'accumulation et les taux d'échantillonnage ont été étudiés in situ. Pour ce qui concerne les alkylphénols et certains médicaments, ces études ont été menées en laboratoire. Enfin, des essais ont été entrepris pour trouver une molécule pouvant jouer le rôle d'étalon interne ou de PRC (performance reference compound). Le POCIS se révèle adapté pour l'échantillonnage des micropolluants d'origine pharmaceutique et des alkylphénols. Son intérêt n'a pas été démontré ici pour les hormones et le bisphénol A. La durée optimale d'exposition est d'environ 15 jours. Les facteurs de concentration ou abaissements des seuils de quantification avec le POCIS sont significatifs sauf pour les hormones, bêtabloquants et bronchodilatateurs. Des premiers résultats prometteurs sur l'aténolol deutéré utilisé comme PRC restent à confirmer en laboratoire. Les travaux confirment que l'outil est pertinent pour la surveillance de molécules organiques hydrophiles dans les eaux résiduaires et de surface.