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Elimination des AP et du BPA dans les eaux pluviales par filtre planté de rosea

Elimination des AP et du BPA dans les eaux pluviales par filtre planté de roseaux 1 Thème de recherche n°7 : Efficacité des filières de traitement des eaux urbaines Action 7.4 : Efficacité épuratoire des stations de dépollution des eaux pluviales ELIMINATION DES ALKYLPHENOLS ET DU BISPHENOL A VEHICULES PAR LES EAUX PLUVIALES PAR FILTRE PLANTE DE ROSEAUX *Etude réalisée au LEESU avec le concours financier des partenaires opérationnels d’OPUR (AESN, SIAAP, Mairie de Paris, CD92, CD93, CD94) Elimination des AP et du BPA dans les eaux pluviales par filtre planté de roseaux 2 AVANT PROPOS Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet OPUR, notamment dans le cadre de l’action 7.4 dédiée à l’efficacité épuratoire des stations de dépollution des eaux pluviales. Elle s’intéresse au filtre planté de roseaux à écoulement vertical (FPRv) du Syndicat mixte de la vallée de l'Orge Aval (SIVOA), localisé sur les communes de Leuville-sur-Orge et Saint Germain les Arpajon, dans l'Essonne (91). Cette étude a été réalisée en collaboration avec le Centre d'études et d'expertises sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement (CEREMA) et le SIVOA. Ce filtre a fait l’objet du projet de recherche ADEPTE (Aide au dimensionnement pour la gestion des eaux pluviales par traitement extensif) retenu dans le cadre de l’appel à projet de la Stratégie Nationale pour la Biodiversité « projets innovants dans le domaine de l’ingénierie écologique ». Dans le cadre de cette étude, il s’agissait plus particulièrement d’étudier l’élimination du bisphénol A et des alkylphénols pour un nombre restreint d’évènements pluvieux. Elimination des AP et du BPA dans les eaux pluviales par filtre planté de roseaux 3 TABLE DES MATIERES AVANT PROPOS.......................................................................................................................................................................... 2 TABLE DES MATIERES ............................................................................................................................................................ 3 LISTE DES FIGURES ................................................................................................................................................................. 4 LISTE DES TABLEAUX............................................................................................................................................................. 4 LISTE DES ANNEXES ............................................................................................................................................................... 4 LISTE DES ABREVIATIONS .................................................................................................................................................... 5 INTRODUCTION ........................................................................................................................................................................ 6 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ........................................................................................................................................... 7 GENERALITES SUR LES AP ET LE BPA ......................................................................................................................................... 7 GENERALITES SUR LES FILTRES PLANTES DE ROSEAUX ............................................................................................................... 8 MATERIELS ET METHODES ................................................................................................................................................ 16 SITE D’ETUDE ET PROCEDURE D’ECHANTILLONNAGE ................................................................................................................ 16 ANALYSE ALKYL PHENOLS ET BPA........................................................................................................................................... 19 RESULTATS ET DISCUSSIONS ............................................................................................................................................. 22 CONCENTRATIONS EN AP ET BPA DES EAUX PLUVIALES ENTRANT DANS LE FPR ..................................................................... 22 ABATTEMENTS DES AP ET BPA PAR FPR .................................................................................................................................. 23 CONTAMINATION DES BOUES DU DECANTEUR ET DU MASSIF FILTRANT DU FPR ........................................................................ 23 CONCLUSIONS......................................................................................................................................................................... 25 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ................................................................................................................................. 26 ANNEXES ................................................................................................................................................................................... 28 Elimination des AP et du BPA dans les eaux pluviales par filtre planté de roseaux 4 LISTE DES FIGURES Figure 1 : Structures des alkylphénols (4-NP, 4-t-OP) et du BPA (Cladière, 2012) ...................................... 7 Figure 2 : Répartition des utilisations des polycarbonates en 2010 (http://www.bisphenol-a-europe.org) ... 7 Figure 3 : Filtre planté de roseaux à écoulement vertical (SATESE 56, 2008) .............................................. 9 Figure 4 : Filtre planté de roseaux à écoulement horizontal (SATESE 56, 2008) .......................................... 9 Figure 5 : Mécanismes d'élimination de la pollution carbonée (Agence de l'Eau Sein Normandie, 2008) . 11 Figure 6 : Processus de transformation de l'azote (Agence de l'Eau Sein Normandie, 2008) ..................... 12 Figure 7 : Différentes voies d’élimination du phosphore (Agence de l'Eau Sein Normandie, 2008) .......... 12 Figure 8 : Ensemble des ouvrages du site d’étude (SIVOA) ........................................................................ 16 Figure 9 : Filtre planté de roseaux sur le site d’étude (Leuville et St Germain les Arpajon) ....................... 16 Figure 10 : Préleveur ISCO 3700 et débitmètre hauteur vitesse ISCO 4250 .............................................. 17 Figure 11 : Hydrogramme de l’évènement pluvieux du 20 juillet 2014 (SIVOA) ....................................... 18 Figure 12 : Teneurs (ng.g-1) des boues (n = 3) et de massifs filtrants (n = 3) du FPR et teneurs moyennes obtenues sur 30 sols franciliens – BPA en haut, NP en bas ......................................................................... 24 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Comparaison entre filtre à écoulement vertical et filtre à écoulement horizontal (CEMAGREF, 2007) .............................................................................................................................................................. 9 Tableau 2 : Performances épuratoires de FPRv et FPRh pour eaux usées .................................................. 14 Tableau 3 : Performances épuratoires des polluants des RUTP par FPR .................................................... 14 Tableau 4 : Performances du FPR pour traitement des eaux pluviales (Eaux de ruissellement du filtre de Neydens, 74) ................................................................................................................................................ 15 Tableau 5 : Echantillonnage des évènements pluvieux sur FPR ................................................................. 18 Tableau 6 : Concentrations totales (ng/l) en AP et BPA des eaux pluviales entrant dans le FPR ................ 22 Tableau 7 : Répartition dissous-particulaires des AP et BPA dans les eaux pluviales entrant dans le FPR – Pourcentage dissous indiqué ........................................................................................................................ 22 Tableau 8 : Elimination des AP et BPA des eaux pluviales par FPR – fraction totale ................................. 23 Tableau 9 : Elimination des AP et BPA des eaux pluviales par FPR – fraction dissoute ............................ 23 LISTE DES ANNEXES Annexe 1 : Paramètres d’analyse des alkylphénols et du BPA .................................................................... 28 Annexe 2 : Etalons internes d’injection et les composés correspondants ................................................... 29 Annexe 3 : LQ instrumentales et LQ méthode pour les fractions dissoutes et particulaires ....................... 30 Annexe 4 : Domaine de capacité de différentes filières de traitements ....................................................... 31 Elimination des AP et du BPA dans les eaux pluviales par filtre planté de roseaux 5 LISTE DES ABREVIATIONS 4-NP : Para-nonlyphénol ramifié 4-NP1EC : Para-acide nonylphénoxy acétique 4-NP1EO : Para-nonylphénol monoéthoxylé 4-t-OP : Para-tertiaire-octyphénol ADEPTE : Aide au dimensionnement pour la gestion des eaux pluviales par traitement extensive AP : Alkylphénols BPA : Bisphénol A CEREMA : Centre d'études et d'expertises sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement DBO5 : Demande biologique en oxygène sur 5 jours DCM : Dichlorométhane DCO : Demande chimique en oxygène ESI : Electronébulisation (Electrospray ionisation) FPR : Filtre planté de roseaux FPRh : Filtre planté de roseaux à écoulement horizontal FPRv : Filtre planté de roseaux à écoulement vertical LEESU : Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains LQ : Limite de quantification MeOH : Méthanol MES : Matières en suspension MRM : Multiple reaction monitoring MS-MS : Spectromètre de masse en tandem NH4+ : Ion ammonium NH4OH : Hydroxyde d’ammonium nNP2EC : Acide nonylphénoxy éthoxy acétique linéaire NP1EC : Acide nonylphénoxy acétique NP1EO : Nonylphénol monoéthoxylé NP2EO : Nonylphénol diéthoxylé OP1EO : Octylphénol monoéthoxylé OP2EO : Octylphénol dinoéthoxylé SEGTEUP : Systèmes Extensifs pour la Gestion et le Traitement des Eaux Urbaines de temps de Pluie SIAAP : Syndicat interdépartemental pour l'assainissement de l'agglomération Parisienne SIVOA : Syndicat mixte de la vallée de l'Orge Aval SPE : Extraction sur phase solide (solide phase extraction) STEP : Station d’épuration des eaux usées UPLC-MS-MS : Chromatographie liquide ultra performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem Elimination des AP et du BPA dans les eaux pluviales par filtre planté de roseaux 6 INTRODUCTION La nouvelle Directive Cadre Européenne sur l’eau (Directive 2000/60/CE du 23 octobre 2000) vise pour 2015 au « bon état biologique et chimique » des eaux souterraines et superficielles en Europe, et exige la réduction ou la suppression, d’ici 2020, des rejets de 33 substances classées comme dangereuses ou dangereuses prioritaires. Pour les microorganismes, d’autres textes (Directives concernant la gestion de la qualité des eaux de baignade, des eaux destinées à la consommation humaine et la réutilisation des eaux usées pour l’irrigation) impliquent une bonne gestion en amont des effluents produits et introduits dans le milieu récepteur. Ces objectifs sous-entendent que les efficacités épuratoires des différentes filières de traitement des eaux usées et des eaux pluviales soient parfaitement connues, quels que soient les contaminants considérés. L’amélioration progressive des filières de traitement des eaux usées et des eaux pluviales au cours des dernières décennies a permis de diminuer l’impact des sources ponctuelles et diffuses de pollution sur les milieux récepteurs. Bien que certaines études aient été menées sur l’élimination de certaines substances prioritaires, émergentes et/ou des microorganismes, les données restent limitées à quelques filières type et se limitent essentiellement aux traitements primaires et secondaires. L’efficacité des traitements tertiaires vis-à-vis des polluants organiques et des pathogènes est encore peu connue, malgré l’intérêt croissante de la réutiliser les eaux résiduaires traitées pour l’irrigation, l’arrosage et certaines applications industrielles. Un constat similaire est observé dans le cas des stations de dépollution des eaux pluviales (SDEP) pour lesquelles les efficacités d’abattement ne sont pas connues. Pour répondre à ces problématiques, le LEESU en partenariat avec ses différents partenaires opérationnels et académique s’intéresse aux différentes filières de traitements. En collaboration avec le Centre d'études et d'expertises sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement (CEREMA) et le Syndicat mixte de la vallée de l'Orge Aval (SIVOA), une étude a été initiée sur le filtre planté de roseaux à écoulement vertical (FPRv) du SIVAO. Ce filtre fait actuellement l’objet du projet de recherche ADEPTE (Aide au dimensionnement pour la gestion des eaux pluviales par traitement extensif) retenu dans le cadre de l’appel à projet de la Stratégie Nationale pour la Biodiversité « projets innovants dans le domaine de l’ingénierie écologique ». Dans le cadre de cette étude, il s’agissait plus particulièrement d’étudier l’élimination du bisphénol A (BPA) et des alkylphénols (AP) pour un nombre restreint d’évènements pluvieux. Cette étude a tenté de répondre aux interrogations suivantes : (1) Quelle efficacité uploads/Ingenierie_Lourd/ opur4-action7-4-rapport-gasperi 1 .pdf