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Afin de choisir la série de traitements appropriés à notre cas, il est nécessaire de connaître l'influence qu'a l'effluent sur les techniques envisagées et d'étudier les conditions opératoires favorables.

Nous avons envisagé deux types de fonctionnements:

  • Un fonctionnement linéaire avec la succession des 3 types de traitement.
  • Un fonctionnement avec recirculation du fluide vers le traitement primaire après le traitement tertiaire.

Dans un premier temps, nous avons étudié l'influence de la composition de l'effluent sur le traitement primaire (composition en tensioactifs, en platine...) et l'influence des traitements tertiaires sur le BRM si une recirculation de l'effluent traité est effectuée.

Une analyse des techniques secondaires et tertiaires est ensuite effectuée dans le but de connaître quelle méthode appliquer et dans quelles conditions.

 

-1- Technique primaire

-2- Technique secondaire

-3- Technique tertiaire

 

-1-Technique primaire

Nous avons décidé de nous focaliser sur la mise en place d'un bioréacteur à membrane en tant que traitement primaire afin d'éliminer les boues rejetées par le service et d'abattre les polluants biodégradables, facilement dégradables par des micro-organismes lors d'un contact assez long avec les boues.

Les eaux issues des hôpitaux et particulièrement celles issues du service cancérologie sont composées de matières fécales, de molécules médicamenteuses dont des molécules anticancéreuses, mais aussi de tensioactifs et de produits contenus dans les produits de soin tels que les crèmes et autres gels douche.

Le but dans cette partie est de savoir quels sont les éléments présents dans ces eaux usées qui favoriseront le développement des micro-organismes dans le BRM et ceux qui auront tendance à ralentir leur croissance.

 

 

a) Présence de tensioactifs

 

Les tensioactifs contenus dans les gels douche et dans les shampooings (laureth sulfate de sodium, lauryl sulfate de sodium) sont des molécules peu biodégradables (Elsgaard et al., 2003). Toutefois, il a été montré que l'utilisation d'un bioréacteur à membrane aéré contenant des Citrobacter Braaki est capable d'éliminer les tensioactifs injectés (Sayadi et Dhouib, 2005).

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b) Présence de platine

Le platine retrouvé dans les eaux usées des centres de cancérologie provient de certains médicaments anticancéreux tels que le cis-platine, le carboplatine et l'oxaliplatine. Il a été trouvé par exemple à des concentrations comprises entre 4,7 et 145 µg/L en sortie d'un centre d'oncologie à Vienne (Lenza et al., 2005).

Il a été montré que ce même platine est éliminé sur boues activées par adsorption. L'utilisation d'un bioréacteur à membrane permettrait d'abattre la concentration de ce métal dans les eaux (Lenza et al., 2005). Toutefois, le platine accumulé dans les boues peut devenir toxique pour ces dernières. De même, le platine s'accumulant, il est évident que les boues du bioréacteur ne devront pas être épandues et devront être brûlées dans des conditions particulières.

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c) Influence du réactif de Fenton sur les boues activées

Comme expliqué dans le bilan des traitements tertiaires envisagés (ici), nous envisagions de réinjecter l'effluent traité par le procédé Fenton dans le BRM afin de dégrader les molécules hydrophiles formées. Toutefois, il a été montré que le mélange H2O2 / Fe(II) provoque la déshydratation des boues par la destruction de certaines cellules des micro-organismes (Lu et al., 2003).

Ce phénomène de destruction des micro-organismes a toutefois été valorisé par He et al. en 2010. L'excédent de boue produit par un bioréacteur à membrane a pu être traité par le procédé Fenton. Ce traitement a permis de réduire la quantité de boue produite tout en améliorant l'efficacité du BRM concernant l'élimination de l'azote total.

En raison des conditions opératoires imposées pour cette amélioration (installation d'une lampe UV en contact avec les boues), nous ne souhaitons pas orienter notre traitement dans cette voie.

La réinjection de l'effluent traité par le procédé Fenton n'est donc pas envisagée dans notre cas.

De manière générale, les techniques d'oxydation avancée permettent d'abattre la pollution de manière efficace si elles sont bien menées. C'est pourquoi nous ne considérons pas  nécessaire de faire recirculer le fluide vers le BRM après le traitement tertiaire.

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-2-Technique secondaire

Il a été montré que la nanofiltration permet de diminuer la concentration en cyclophosphamide d'au moins 60% à partir d'un effluent issu d'un bioréacteur à membrane (Albasi et al., 2008).

Elle permet d'éliminer les polluants grossiers issus du BRM et de retenir certaines molécules grâce aux interactions électrostatiques au niveau de la membrane. Cette méthode n'est toutefois pas parfaite car les petites molécules peuvent passer.

Le débit soutiré de cette technique reste correcte. Une membrane de nanofiltration NE 2540-70 vendue par Polymem permet de produire un débit de 1,3 m3/j à une pression de 5,2 bars.

L'osmose inverse, bien que très efficace, nécessite une installation plus coûteuse et produit des débits plus faibles que la nanofiltration.

Notre but en fin de traitement secondaire est d'éliminer la majorité des particules, et de retenir une partie des molécules grâce aux diverses interactions au niveau de la membrane. C'est pourquoi nous choisissons la nanofiltration comme technique de traitement secondaire.

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-3-Technique tertiaire

Le but de la filière de traitement est d'éliminer les molécules médicamenteuses des eaux rejetées dans le réseau d'eau usée. Toutefois, nous souhaitons employer des techniques dont l'impact environnemental est réduit. Le procédé Fenton et le H2O2/UV sont certes très efficaces mais nécessite une batterie de réactifs assez importante et des techniques de neutralisation de l'eau oxygénée en fin de procédé.

De même, la mise en place de tels procédés implique une augmentation des risques. En effet, le personnel responsable du bon fonctionnement et de l'entretien de l'installation sera potentiellement en contact avec des produits chimiques corrosifs à concentration importante.

C'est pourquoi, pour des raisons environnementales et d'entretien, nous avons sélectionné le procédé TiO2/UV comme traitement tertiaire. L'achat du matériel nécessaire et du titane sous forme anatase entraînera certainement un coût important, mais les risques environnementaux sont considérablement diminués en raison de l'inertie de l'oxyde de titane dans l'environnement (lorsqu'il n'est pas sous forme de nanoparticules) et l'entretien du matériel ne pose aucun danger : un employé non formé aux risques chimiques pourra démonter les lampes UV après arrêt pour les nettoyer sans être mis en danger de ce point de vue-là.

Nous avons envisagé deux types de réacteurs photochimiques pour notre cas:

  • Un premier sous forme cylindrique (ou un enchaînement de réacteurs tubulaires) contenant une lampe à mercure moyenne pression (émettant à 254 nm). Le système fonctionnerait en continu et traiterait l'effluent lors du passage dans le tube. Le TiO2 pulvérulent serait fluidisé dans ce dernier. On peut également envisager un autre réacteur de même forme avec cette fois-ci le TiO2 sous forme supportée.
  • Un second du type réacteur parfaitement agité, dans lequel seraient plongées plusieurs lampes. L'agitation s'effectuerait grâce à une pompe qui ferait recirculer le fluide. Ce système fonctionnerait en batch et nécessiterait l'aménagement d'un bac de rétention en amont afin de récupérer et de stocker les eaux traitées par la nanofiltration. Dans cette configuration, le TiO2 pourrait être soit en suspension soit supporté dans le réacteur.

Ces deux types de réacteurs vont être traités dans la partie dimensionnement. Le choix de la méthode la plus viable dans notre cas s'effectuera a posteriori.

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