Globalement, il existe une préoccupation croissante concernant la présence de traces de contaminants émergents tels que les rétinoïdes et les perturbateurs endocriniens œstrogéniques (PE) dans les environnements aquatiques. Les rétinoïdes tels que les acides rétinoïques et leurs métabolites, qui sont les dérivés de la vitamine A, peut provoquer un développement morphologique anormal chez les amphibiens, poisson, et les escargots à des niveaux élevés. Les EDC œstrogéniques comme les alkylphénols et le bisphénol A sont des œstrogènes environnementaux qui peuvent induire la féminisation des poissons mâles et un développement anormal des organismes aquatiques.

Les effluents d'eaux usées sont une source importante d'apport continu de ces contaminants dans l'environnement aquatique. Des niveaux élevés de ces contaminants chimiques se trouvent couramment dans les effluents d'eaux usées rejetés par les stations d'épuration conventionnelles (STP).

Une équipe interdisciplinaire dirigée par l'Université de Hong Kong (HKU) a développé un nouveau système de traitement des eaux usées qui peut éliminer efficacement les polluants conventionnels, et récupérer des ressources précieuses telles que le phosphore et les matières organiques (c. fibres de carbone et acides organiques volatils).

Ce nouveau système combine la sédimentation primaire chimiquement améliorée (CEPS) des eaux usées avec la fermentation acidogène des boues en tandem. Une série d'expériences en laboratoire ont été menées pour prouver que ce nouveau système peut éliminer efficacement les traces de contaminants chimiques émergents des eaux usées et qu'il est plus rentable que les systèmes de traitement des eaux usées conventionnels.

Les résultats de cette étude ont été publiés récemment dans Recherche sur l'eau et Environnement International .

De plus, en collaboration avec la station d'épuration de Nanshan à Shenzhen, un système pilote de traitement des eaux usées adoptant le nouveau procédé de traitement est en construction à Shenzhen depuis 2019. Il entrera en service et sera testé d'ici cet été si l'épidémie de COVID-19 s'atténue.

Fond

Au cours des dernières années, Le professeur Xiao-Yan Li du Département de génie civil qui a dirigé le projet de recherche interdisciplinaire, a collaboré avec le professeur Kenneth Leung de la HKU School of Biological Sciences et du Swire Institute of Marine Science pour examiner les niveaux et l'efficacité d'élimination des rétinoïdes et des EDC œstrogéniques des eaux usées par le nouveau processus de traitement des eaux usées développé par l'équipe de recherche, et de comparer cela avec les STP conventionnels.

L'équipe de recherche a d'abord examiné les niveaux et l'efficacité d'élimination des rétinoïdes et des EDC œstrogéniques dans Shatin, Stanley et Stonecutters Island STP à Hong Kong en collectant des échantillons d'eaux usées et de boues à différentes étapes du processus de traitement, et l'analyse des échantillons pour les rétinoïdes et les EDC œstrogéniques en utilisant la chromatographie liquide avec spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Deuxièmement, une série d'expériences en laboratoire ont été menées à l'aide d'une usine pilote à petite échelle du nouveau procédé de traitement des eaux usées. Des échantillons d'eaux usées et de boues ont été prélevés pour l'analyse chimique en utilisant les protocoles développés par l'équipe du professeur Leung.

Principales conclusions

Les résultats ont indiqué que les trois STP ne peuvent éliminer en moyenne que 57 % des rétinoïdes (plage :41-82 %) et une moyenne de 54 % des perturbateurs endocriniens œstrogéniques (plage :31-79 %) des affluents des eaux usées (ce travail a été publié dans Environnement International ).

En utilisant le nouveau système de traitement opéré dans des conditions de laboratoire, le processus CEPS seul s'est avéré 16 à 19 % plus efficace pour éliminer les rétinoïdes et les EDC que les STP conventionnels. 65 à 80 % des rétinoïdes et 72 à 73 % des perturbateurs endocriniens peuvent être retirés du processus CEPS.

Après fermentation acidogène des boues de CEPS, 50 à 58 % des rétinoïdes et 47 à 50 % des EDC ont été encore éliminés des surnageants des boues (ce travail a été récemment publié dans Water Research).

Par rapport aux STP classiques, le nouveau système de traitement intégrant le CEPS à la fermentation acidogène des boues est comparativement plus efficace pour éliminer les contaminants chimiques émergents des eaux usées, et pourraient ainsi réduire leurs impacts environnementaux.

En termes de rentabilité, le processus CEPS a été montré, par d'autres études, être plus rentable que le procédé conventionnel de traitement des eaux usées. Par exemple, le coût du CEPS pour le traitement des eaux usées est inférieur à la moitié de celui du traitement secondaire des eaux usées (c. procédé à boues activées). D'une part, La fermentation acidogène des boues de CEPS peut encore réduire le coût de traitement en récupérant les ressources en carbone organique et en phosphate des boues, car le carbone organique et le phosphate récoltés peuvent être utilisés pour produire respectivement des fibres de carbone et des engrais. D'autre part, la fermentation acidogène des boues de CEPS peut apporter une élimination supplémentaire des polluants. Le nouveau procédé de traitement, donc, offre des résultats gagnant-gagnant.

La voie à suivre

Professeur Li, qui a dirigé l'étude, a déclaré : « Lorsque le système pilote de traitement des eaux usées de Shenzhen entrera en service et sera testé, nous espérons démontrer que cette technologie innovante consommera moins d'énergie, générer des effluents plus propres et récupérer des matières plus utiles à partir des boues."

Le professeur Leung a dit, « Nous sommes très heureux de rassembler des preuves pour étayer notre hypothèse selon laquelle notre nouveau système de traitement des eaux usées peut éliminer efficacement les contaminants chimiques émergents. Avec l'usine pilote à grande échelle de Shenzhen, nous étudierons plus en détail l'efficacité d'élimination d'autres classes de polluants communs par ce nouveau système de traitement."

Concernant son application potentielle à Hong Kong, Le professeur Li a ajouté, "Notre système peut être facilement installé sur les STP existants à Hong Kong, comme les unités supplémentaires. Par exemple, le système pilote sera connecté au STP Nanshan existant à Shenzhen pour tester ses performances. En cas de succès, cela ouvrira la voie à l'avancement du traitement des eaux usées en Chine et au-delà. »