Présence et comportement des butylétains dans les stations d'épuration des eaux usées par lagunage naturel

par Aboubakr Sabah

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'eau

Sous la direction de Marie-George Tournoud et de Mustapha Ijjaali.


  • Résumé

    Cette thèse porte sur le comportement d’un composé prioritaire au titre de la Directive Cadre sur l’Eau au niveau européen : le tributylétain (TBT) et ses métabolites (dibutylétain (DBT) et monobutylétain (MBT)). On s’intéresse plus particulièrement aux eaux usées domestiques lors de leur transit dans deux stations d’épuration par lagunage naturel (STEP), traitement adapté aux effluents provenant des zones faiblement urbanisées. Ce travail de thèse vient combler le manque de résultats scientifiques sur (1) le niveau des concentrations en butylétains dans les effluents domestiques des zones peu urbanisées en entrée des stations par lagunage et en sortie après traitement ; (2) l’efficacité du traitement par lagunage à éliminer les butylétains ; (3)l’identification des processus qui contrôlent le devenir de ces éléments au cours du traitement.Les butylétains sont mesurés dans les matrices particulaires, dissoutes et dans les boues, par couplage GC-ICP-MS, dans toutes les étapes du traitement par lagunage de deux communes rurales du département de l’Hérault (34,France) : Gigean (6000 eq-hab.) et Montbazin (4500 eq-hab.). On montre que les trois espèces butylées sont systématiquement présentes dans tous les échantillons prélevés sur les deux STEP. Les butylétains arrivent principalement sous forme particulaire dans les eaux brutes en entrée des stations. Au cours du traitement, les processus de sorption sur les particules en suspension et la décantation de ces dernières au fond de chaque bassin sont les principaux facteurs permettant l’élimination des butylétains. Les premiers bassins anaérobies, de grande profondeur et de long temps de séjour, permettent l’élimination de plus de 60% à Gigean (93% à Montbazin) des butylétains. Les boues de fond de chaque bassin montrent des concentrations élevées en butylétains. La remise en suspension des butylétains est notée dans les derniers bassins de finition, peu profonds, ce qui peut être due à la re-stratification thermique. En sortie de station, malgré les abattements importants, des concentrations non négligeables en butylétains (12 à 228 et 1.8 à 15 ng(Sn).L-1 respectivement pour Montbazin et Gigean) sont rejetées dans le milieu récepteur. Des expériences de sorption basées sur la mise en contact de butylétains avec des boues de fond de bassin diluées ont été effectuées selon plusieurs approches expérimentales. On a ainsi montré que (1) la distribution des espèces MBT, DBT, TBT, entre les phases solide et liquide, est variable d’un test à l’autre selon les conditions opératoires ; (2) l’affinité entre les butylétains et la boue est importante, quelle que soit sa provenance. 98% des butylétains se retrouvent dans la phase solide, du fait de leur hydrophobicité. Le coefficient de distribution Kd entre le TBT et les boues est plus élevé que celui obtenu pour d’autres type de phases solides (75000 L.kg- 1) ; (3) le processus de sorption est rapide. De plus des processus de sorption, désorption et déalkylation du TBT, expliquant les variations des concentrations en MBT et DBT dans la phase solide ont été identifiés. La désorption du TBT est rapide. Il se dégrade dans la phase liquide en DBT dont une partie se transforme en MBT. La sorption du MBT sur les boues a été systématiquement mesurée. Le phénomène de sorption n’est donc pas complètement réversible au cours du temps. Ces résultats contribuent à expliquer les dysfonctionnements observés dans les stations de traitement par lagunage, par exemple lors d’apports directs d’eau de pluie.Cette thèse démontre la présence systématique des butylétains dans les stations d’épuration par lagunage naturel. Les données acquises in-situ couplées à des essais en laboratoire permettent de comprendre le comportement de ces composés lors de ce traitement : la fraction solide joue un rôle clé dans les processus de sorption-désorption-(bio)dégradation des butylétains.

  • Titre traduit

    Occurrence and Behavior of butyltin compound in waste water treatment plant by natural ponds system


  • Résumé

    This thesis deals with the behavior of a priority compound on the basis of the framework Directive on water at European level: tributyltin (TBT) ) and its metabolites (dibutyltin (DBT) and monobutyltin (MBT)). The study is focused on two waste stabilization pond treatment plants (WSP), which is an appropriate treatment to domestic effluents from sparsely urbanized areas.This thesis comes to fill the lack of scientific results on (1) the level of butyltin concentrations in domestic effluents from sparsely urbanized areas, in the input of the WSP and the output after treatment; (2) the efficiency of butyltins elimination by the WSP treatment; (3) the identification of the processes that control the fate of these elements during the treatment.Butyltins are measured in particulate and dissolved matrices and in sludge, by GC-ICP-MS, in all stages of the treatment by lagooning of two villages of the Department of Hérault (34, France): Gigean (6000 p.e.) and Montbazin (4500 p.e.).It is shown that the three butyltin species are consistently present in all samples taken from the two WSP. Butyltins arrive primarily in particulate form in the raw water. During treatment, the processes of sorption onto particulate matter and the settling of the latter at the bottom of each basin are the main factors for the elimination of butyltins. The first anaerobic ponds, characterized by deep depth and long residence times, allow the elimination of more than 60% Gigean (93% at Montbazin) of butyltins. Bottom sludge of each basin show high butyltins concentrations. The resuspension of butyltins is noted in the last maturation ponds, characterized by shallow depth, which may be due to re-thermal stratification. At the outlet, despite significant butyltin removal, concentrations in butyltins remain high (12 to 228 and 1.8 to 15 ng (Sn). L-1, respectively for Montbazin and Gigean).Laboratory batch experiments were conducted to study sorption processes following several experimental protocols. It was thus shown that: (1) the distribution of the butyltin species between solid and liquid phases is different from one test to another according to the operating conditions; (2) the affinity between butyltins and bottom sludge is important, regardless of its provenance. 98% of the butyltins are found in the solid phase, due to their hydrophobicity. The TBT sludge-water partition coefficient is higher than that obtained for other type of solid phases (75000 L.kg-1); (3) the process of sorption is fast.Moreover processes of sorption, desorption and dealkylation of TBT, explaining changes in concentrations of MBT and DBT in the solid phase were identified. Desorption of TBT is fast. It degrades in the liquid phase in DBT which part turns into MBT. The sorption of MBT on sludge has been systematically measured. Therefore, the sorption phenomenon is not completely reversible over time. These results help to explain the dysfunctions observed in WSP, for example after direct inputs of rainwater.This thesis shows the systematic presence of butyltin in waste stabilization pond treatment plants. In-situ data coupled with laboratory tests allow to understand the behaviour of these compounds during this treatment: the solid fraction plays a key role in the processes of sorption-desorption-(bio) degradation of butyltins.


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