Urban wastewater micropollutant removal by ozonation: lesson learned from Sophia Antipolis wastewater facility
Élimination de micropolluants des eaux résiduaires urbaines par ozonation : retour d'expérience de la station d'épuration de Sophia Antipolis
Résumé
In wastewater treatment plants, emerging micropollutants are frequently quantified. For several years, technological solutions, including ozonation, have been studied for their elimination. In France, the implementation, in 2012, of a full-scale ozonation process at Sophia Antipolis (06) provided the opportunity to study in real-life dynamic conditions the performance of micropollutants removal in order to improve the knowledge, to better manage, control and even predict these performances. Ten sampling campaigns were carried out under different operating conditions, such as the transferred ozone dose (3.4 to 12.7 gO3/m3; 0.5 to 1.6 gO3/g dissolved organic carbon [DOC]) and secondary effluent quality. A total of 53 organic micropollutants were analyzed (pharmaceuticals, pesticides, hormones). The results of this study highlight the importance of taking into account in the determination of the transferred ozone dose, the matrix of the effluent at ozonation inlet, in particular DOC concentrations and nitrites. As a consequence, it is necessary i) to normalize the ozone dose to DOC in order to switch from a transferred ozone dose to a specific ozone dose, then ii) to correct this specific dose by nitrites. In presence of elevated DOC or nitrites concentrations, the ozone dose actually available for micropollutants removal is reduced leading to a reduction in the removal performance of micropollutants that are less reactive with ozone. The specific ozone doses (excluding consumption by nitrites) required to achieve a target of 80% removal efficiency were defined for 3 micropollutants groups (A, B & C) based on their reactivity toward ozone. For the most reactive micropollutants (group A), a dose of less than 0.4 gO3/gDOC is sufficient to achieve this objective; while a dose twice as high is required for the least reactive micropollutants (group C). In addition to the quality of the effluent at ozonation inlet (DOC, nitrites), the nature of target micropollutants also strongly influences the minimum transferred ozone dose required to achieve a defined disposal efficiency target.
Dans les rejets de stations d'épuration, des micropolluants émergents sont fréquemment quantifiés. Depuis plusieurs années, des solutions technologiques, dont l'ozonation, sont étudiées pour leur élimination. En France, l'implantation d'un procédé d'ozonation à pleine échelle en 2012 à Sophia Antipolis (06) a offert l'opportunité d'étudier en conditions dynamiques réelles les performances d'élimination des micropolluants pour améliorer les connaissances disponibles et in fine mieux maîtriser, piloter, voire prédire ces performances. Dix campagnes d'échantillonnage ont été menées selon différentes conditions de fonctionnement, telles que la dose d'ozone transférée (3,4 à 12,7 Go 3/m3, soit 0,5 à 1,6 gO3/g de carbone organique dissous [COD]) et la composition de l'effluent secondaire. Au total, 53 micropolluants organiques ont été analysés (pharmaceutiques, pesticides, hormones). Les résultats de cette étude ont montré l'importance de prendre en compte, dans la détermination de la dose d'ozone transférée, la matrice de l'effluent en entrée d'ozonation, en particulier les concentrations en COD et en nitrites. Par conséquent, il est nécessaire i) de normaliser la dose d'ozone au COD, afin de passer d'une dose transférée à une dose spécifique, puis ii) de corriger la dose spécifique aux nitrites. À concentrations élevées en COD et/ou nitrites, la dose d'ozone réellement disponible pour l'élimination des micropolluants est réduite entraînant une réduction des performances d'élimination des micropolluants les moins réactifs à l'ozone. Les résultats de cette étude ont permis de définir les doses d'ozone spécifiques (hors consommation par les nitrites) requises pour permettre d'atteindre un objectif de 80 % de rendement d'élimination par l'ozonation en fonction du groupe de réactivité des micropolluants. Pour les micropolluants les plus réactifs (groupe A), une dose inférieure à 0,4 gO3/gCOD est suffisante pour atteindre cet objectif, tandis qu'il faut une dose deux fois supérieure pour les micropolluants les moins réactifs (groupe C). En complément de la qualité de l'effluent en entrée d'ozonation (COD, nitrites), la nature des micropolluants ciblés influence aussi fortement la dose d'ozone à transférer pour atteindre un objectif de rendement d'élimination défini.