Les essais ont été effectués à la STEP de Neugut à Dübendorf, qui a été la première STEP de Suisse à avoir été équipée d’un système d’ozonation à grande échelle en 2014. Comme alternative possible au filtre à sable de la STEP de Neugut, les scientifiques ont étudié les effets d’un réacteur à lit fluidisé et d’un réacteur à lit fixe dans lesquels, comme pour le filtre à sable, des bactéries transforment biologiquement des substances en biofilms. Par ailleurs, des filtres à charbon actif en grains (CAG) ont été envisagés, autant avec du CAG relativement pur et peu chargé, qu’avec du CAG déjà utilisé et donc chargé de substances organiques. Dans les filtres CAG, les micropolluants organiques sont, d’une part, adsorbés sur le charbon et, d’autre part, dégradés par le biofilm sur le CAG. Les scientifiques ont comparé l’effet des eaux usées sur les cultures cellulaires et les organismes des bioessais après le nettoyage biologique, après l’ozonation ainsi qu’après les différents post-traitements.
 

Les tests en laboratoire ont démontré que l’ozonation réduisait efficacement la toxicité des eaux usées par rapport aux eaux usées qui avaient seulement été purifiées biologiquement. L’effet toxique sur des bactéries bioluminescentes a été réduit de 66 pour cent comparé au traitement biologique. Dans le cadre du test sur des algues vertes, l’inhibition de photosynthèse s’est également réduite de 80 pour cent et l’inhibition de croissance de 75 pour cent. Certains effets hormonaux-actifs ont également été réduits ou éliminés par l’ozonation. La survie des daphnies n’a été altérée de manière significative par aucun des échantillons d’eaux usées examinés. Les tests effectués dans les systèmes d’écoulement de la STEP ont montré que les eaux usées n’avaient pas non plus eu d’effets sur la survie et la reproduction des vers oligochètes. De même, aucune différence n’a été constatée concernant le développement et la survie des truites arc-en-ciel à des stades d’évolution précoces entre l’eau usée après ozonation et l’eau usée épurée uniquement par voie biologique.
 

La toxicité des eaux usées après ozonation était très faible, ce qui signifie que le traitement à l’ozone a déjà entrainé une amélioration significative. Ce n’est que dans des cas isolés qu’un léger effet mutagène a, par exemple, été constaté. Ces effets négatifs ont pu être éliminés ou réduits davantage grâce aux différents processus de post-traitement. Le test d’inhibition de photosynthèse a révélé qu’après traitement avec le filtre CAG peu chargé, les effets ont pu être réduits de 66 pour cent supplémentaires. Ce résultat est probablement dû à une élimination supplémentaire des micropolluants par le filtre CAG. Le filtre CAG chargé a également permis une légère amélioration. Dans l’ensemble, la faible toxicité résiduelle après ozonation a toutefois rendu difficile l’évaluation des effets supplémentaires des post-traitements dans le cadre des bioessais. Les résultats obtenus pour les post-traitements avec filtre à sable, lit fluidisé et lit fixe n’ont pas été constants et ne permettent pas de tirer de conclusions.

De nouvelles méthodes délicates

Une analyse tissulaire des truites arc-en-ciel réalisée à l’Universität Tübingen a révélé qu’après l’ozonation, l’état tissulaire du foie des truites restait toujours moins bon que celui des truites témoins non chargées. Le traitement avec un CAG peu chargé a entrainé une meilleure condition des tissus, tandis que d’autres post-traitements n’ont pas donné lieu à des améliorations significatives. Le toxicologue environnemental Stephan Fischer de l’Eawag a étudié les biomarqueurs sur le plan de l’expression génique chez les truites. Ceux-ci indiquent si les organismes réagissent à différents groupes de polluants et dans quelle mesure. Les biomarqueurs étudiés sont impliqués dans des réactions telles que la réponse générale au stress, le stress oxydatif, la transformation des composés allogènes, la régulation du système immunitaire, la régulation endocrinienne et les réactions aux métaux lourds. La plupart des biomarqueurs étaient plus élevés avec de l’eau usée épurée biologiquement. L’ozonation réduit ce phénomène. Les différents types de post-traitements ont donné lieu à d’autres modifications des modèles de biomarqueurs: ils étaient similaires à ceux des poissons témoins, mais en se distinguant moins nettement les uns des autres. L’effet positif le plus net a été observé après utilisation du filtre CAG peu chargé ou du lit fixe.

Conclusions et mise en œuvre

Les bioessais effectués confirment que l’ozonation réduit de manière significative la charge de pollution des eaux usées de la STEP de Neugut et ainsi les effets écotoxicologiques. Étant donné que les eaux usées n’étaient plus que très faiblement toxiques après l’ozonation, presque aucune différence dans l’efficacité des différents post-traitements n’a pu être démontrée. Si l’on résume les résultats des bioessais, seul le filtre CAG peu chargé a apporté une performance de purification nettement supérieure par rapport à l’ozonation, ce qui est probablement dû à l’élimination supplémentaire de micropolluants par la sorption sur le filtre. Dans le cadre des autres post-traitements, la plupart des méthodes utilisées n’ont pas pu démontrer d’amélioration particulière. Toutes les méthodes de post-traitement ont cependant permis de réduire les effets mutagènes sporadiques, ce qui indique leur efficacité dans l’élimination de produits de réaction.

En principe, un post-traitement biologique après ozonation est nécessaire en Suisse afin de réduire le carbone organique biodégradable dissous ainsi que les produits potentiellement toxiques générés pendant l’ozonation. Cette étude a montré que c’est la combinaison de l’ozonation et du charbon actif (filtre CAG) qui permet d’obtenir la plus grande réduction de produits de réaction à l’ozonation et l’écotoxicité dans les eaux usées traitées. L’importance de cette combinaison de traitements s’est accrue ces dernières années et elle est déjà utilisée en Suisse à la station d’épuration d’Altenrhein.

Photo de couverture: Le post-traitement des eaux usées après l’ozonation avec du charbon actif en grains permet une nette amélioration de la purification de l’eau. (Photo: Eaum M/Shutterstock)

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