Couplage de procédés d'ozonation et de nanofiltration pour la réutilisation des eaux usées urbaines

Coupling of ozonation and nanofiltration processes for urban wastewater reuse

• Auteur / Autrice : Zoulkifli Amadou Yacouba
• Direction : Stéphan Brosillon, Julie Mendret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 25/11/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Gaël Plantard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphan Brosillon, Julie Mendret, Gaël Plantard, Hélène Roux-de Balmann, Rabani Adamou, Geoffroy Lesage
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaël Plantard, Hélène Roux-de Balmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Épuration -- Ozonation

Nanofiltration

Eau -- Réutilisation

Mots clés libres

Réutilisation des eaux usées

Nanofiltration

Ozonation

Micropolluants

Sous-Produits

Toxicité

Wastewater reuse

Nanofiltration

Ozonation

Micropollutants

Byproducts

Toxicity

Résumé

L’accroissement de la population mondiale et de l’industrialisation exerce une forte pression sur les ressources en eau disponibles. Une des solutions à la conséquente raréfaction des ressources d’eau est de ne plus considérer les eaux usées comme déchets mais plutôt comme ressources potentielles alternatives, pour diverses application, après un traitement approprié. Néanmoins, les eaux usées urbaines sont de plus en plus contaminées par des micropolluants organiques (OMP) tels que des biocides et des substances pharmaceutiques réfractaires aux traitements conventionnels. Une réutilisation sure et durables de cette ressource requiert de recourir à des procédés de traitement tertiaire adaptés. Dans cette optique, les procédés membranaires, plus particulièrement la nanofiltration et l'osmose inverse, ont récemment suscité un intérêt considérable, car ils assurent une bonne élimination des micropolluants et la production de perméat de très bonne qualité. Cependant, ces procédés de séparation restent confrontés aux défis du colmatage de la membrane et de la gestion des concentrats. Par ailleurs les procédés d’oxydation avancée tels que l’ozonation dégradent bien les micropolluants mais sont susceptibles de conduire à la formation de sous-produits potentiellement plus toxiques que les composés-mères. L'objectif de cette étude était donc de développer un système intégré et innovant couplant la nanofiltration (NF) et l'ozonation (O3) appliqué à un effluent secondaire de bioréacteur à membrane (BaM). Le procédé d’ozonation dégrade bien les micropolluants et la matière organique. Le procédé de nanofiltration assure une rétention satisfaisante des micropolluants, des sous-produits d’ozonation et produit un effluent de très bonne qualité. La pré-ozonation permet d’atténuer le colmatage de la membrane de nanofiltration. Cette étude démontre le fonctionnement synergique du procédé hybride pour traiter efficacement les effluents secondaires contenant des substances prioritaires visées par la législation afin d'offrir une réutilisation sûre et durable des eaux usées municipales.

The increasing worldwide population and industrialization engender great pressure on available water resources. One of the solutions to the water scarcity is to no longer consider wastewater as mere waste, but rather as a potential alternative resource for various applications, after appropriate treatment. Nevertheless, urban wastewater is increasingly contaminated with organic micropollutants (OMP) such as biocides and pharmaceutical substances that are refractory to conventional treatment. Safe and sustainable reuse of this resource requires the use of appropriate tertiary treatment processes. With this in mind, membrane processes, especially nanofiltration and reverse osmosis, have recently attracted considerable interest, as they ensure good removal of micropollutants and the production of high-quality permeate. However, these separation processes still face the challenges of membrane fouling and concentrate management. In addition, advanced oxidation processes such as ozonation degrade micropollutants well but are likely to lead to the formation of by-products that are potentially more toxic than the parent compounds. The objective of this study was therefore to develop an integrated and innovative system coupling nanofiltration (NF) and ozonation (O3) applied to a membrane bioreactor (MBR) secondary effluent. The ozonation process degrades micropollutants and organic matter well. The nanofiltration process provides a satisfactory retention of micropollutants and ozonation by-products and produces a very good quality effluent. Pre-ozonation mitigates membrane foulinf in nanofiltration. This study demonstrates the synergistic operation of the hybrid process to efficiently treat secondary effluents containing priority substances targeted by legislation in order to provide safe and sustainable urban wastewater reuse.