Traitement des eaux usées de temps de pluie à la station Seine centre

TSM numéro 4 - 2011 - 106e année 63

Traitement des eaux usées de temps de pluie àla station Seine centreÉtude des paramètres globaux, des alkylphénols et des polybromo-diphényléthers

n S. GILBERT1, J. GASPERI1, V. ROCHER2, C. LORGEOUX1, G. CHEBBO1

Mots-clés : alkylphénols, biofiltration, eaux résiduaires urbaines, polybromodiphényléthers, temps de pluie

Keywords: alkylphenols, trickling filter, wastewater, polybromodiphenylethers, wet weather

IntroductionLa directive cadre sur l’eau (DCE) demande aux États

membres de restaurer le bon état écologique et chi-

mique des masses d’eau superficielles dans un délai

très court. L’évaluation du bon état chimique repose

sur le suivi d’une liste de 41 substances pour les-

quelles des normes de qualité environnementale

(NQE), seuils à ne pas dépasser dans le milieu natu-

rel, ont été fixées. Les rejets urbains de temps de

pluie, opérés lorsque les limites de capacité des

systèmes de traitement des eaux usées ont été

atteintes, constituent une des voies d’introduction de

micropolluants dans le milieu naturel. Diverses

familles de molécules, telles que des détergents,

retardateurs de flamme, pesticides, phtalates et produits

de soins corporels, ont aussi été trouvées dans des

eaux pluviales strictes ou des eaux de ruissellement

[BOYD et al., 2004 ; ZGHEIB, 2009]. Parmi ces molé-

cules, les alkylphénols (AP) et les polybromodiphé-

nyléthers (PBDE) sont listés comme substances prio-

ritaires dans la DCE. Reconnues comme perturbateurs

endocriniens, elles peuvent avoir un impact le milieu

récepteur.

Les AP sont principalement issus de la biodégrada-

tion des alkylphénols éthoxylés, qui comprennent les

nonylphénols polyéthoxylés (NPnEO) et les octyl-

phénols polyéthoxylés (OPnEO), n représentant le

nombre d’unités éthoxylées. Les NPnEO représentent

plus de 80 % des alkylphénols éthoxylés [YING et al.,

2002]. Ils ont été massivement utilisés dans les

détergents et en tant qu’additif dans de nombreux

produits ou matériaux tels que plastiques, produits

de soins corporels, colles, lubrifiants et dans les

matériaux de construction [OSPAR, 2001 ; YING et

al., 2002]. Les OPnEO ont été utilisés en tant

qu’agents émulsifiants pour la synthèse de polymères,

la fabrication de textile, de cuir et de peintures à l’eau

et comme agents dans la formulation de pesticides

[INERIS, 2006]. Les PBDE sont des retardateurs de

flamme très présents dans les mousses polyuréthanes

(utilisées comme isolant dans le bâtiment et comme

garnissage dans l’ameublement et les sièges automo-

biles) et divers plastiques composant les équipements

électriques et électroniques [ECB 2000 ; 2007]. L’uti-

lisation de ces molécules est désormais réglementée,

mais étant donné les niveaux élevés observés dans les

eaux pluviales strictes pour les AP (de l’ordre du µg/L

selon ZGHEIB [2009]) et dans les eaux de ruissel -

lement pour les PBDE (environ 100 ng/L selon

MURESAN et coll. [2010]) et afin de répondre aux

objectifs de la DCE, le traitement des effluents de

temps de pluie paraît aujourd’hui indispensable.

Plusieurs solutions techniques ont été proposées

durant ces dernières décennies afin de réduire la pol-

lution de temps de pluie. La plupart sont mises en

place, soit à l’aval de grands bassins versants (bassins

d’infiltration et de sédimentation), soit très en amont

1 Université Paris-Est – Leesu – 6-8, av. Blaise-Pascal, cité Descartes –Champs-sur-Marne – 77455 Marne-la-Vallée cedex 2 – France.E-mail : [email protected]

2 Siaap – direction du développement et de la prospective – 82, avenue Kléber – 92700 Colombes.

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(techniques alternatives), et sont majoritairement

destinées aux eaux pluviales issues des réseaux sépa-

ratifs. Dans les réseaux unitaires, la pratique la plus

courante est l’utilisation de bassins de stockage visant

à réduire et à décaler le pic hydraulique. Plus récem-

ment, le traitement des effluents de temps de pluie

au sein même des stations d’épuration (STEP) a été

proposé. Cette nouvelle approche implique que le

fonctionnement de la STEP en question puisse être

modifié rapidement afin de traiter des débits plus

importants. La STEP de Seine centre (Colombes, 92)

présente cette spécificité. Elle a été retenue comme

site d’étude dans ce travail pour déterminer l’effica-

cité de cette solution vis-à-vis de l’élimination de la

pollution des effluents de temps de pluie. Les objec-

tifs de cette étude, qui s’inscrit dans le cadre du pro-

gramme OPUR (Observatoire des polluants urbains),

sont :

– de comparer la qualité des eaux brutes par temps

sec (TS) et par temps de pluie (TP) en termes d’AP et

PBDE ;

– et de comparer l’efficacité des ouvrages (décanta-

tion physico-chimique lamellaire et biofiltration) vis-

à-vis des paramètres globaux, des AP et des PBDE

dans les configurations de temps sec et de temps de

pluie.

1. Matériel et méthodes1.1. Site d’étude et stratégie d’échantillonnageLa station de Seine centre est gérée par le service

public de l’assainissement francilien (Siaap) et traite

quotidiennement 240 000 m3 d’eaux usées (débit

nominal de 2,8 m3/s). Le traitement primaire consiste

en une décantation physico-chimique lamellaire, avec

ajout de polymères et de chlorure ferrique, conçue

pour l’abattement des matières en suspension (MES)

et du phosphore. Le traitement biologique comprend

une unité de biofiltration submergée sur trois étages

(figure 1a). Le premier étage (24 biofiltres Biofor),

aéré, permet de dégrader la pollution carbonée de

l’effluent. Sur le deuxième étage (29 biofiltres Biostyr),

une biomasse nitrifiante conduit à l’oxydation de la

pollution ammoniacale en nitrates. Le troisième étage

(12 biofiltres Biofor), non aéré et enrichi en

carbone organique (ajout de méthanol), est le siège

de la dénitrification.

Par temps de pluie, la station change de configura-

tion pour atteindre un débit de 8,5 m3/s : d’une part,

le nombre de décanteurs en service augmente (de

quatre par temps sec à neuf par temps de pluie) et,

d’autre part, un étage de l’unité de biofiltration est

mis en dérivation (figure 1b). Dans ce cas, 70 % du

débit est traité sur les deux premiers étages (traite-

ment de la pollution carbonée et ammoniacale) et

30 % du débit est traité uniquement sur le troisième

étage, aéré, pour éliminer la pollution carbonée. Afin

de pouvoir suivre l’efficacité du décanteur et de la

biofiltration, des préleveurs automatiques sont dis-

posés en amont et en aval de chacun de ces procédés

(eaux brutes EB, eaux décantées ED, effluents de rejet

ER, figure 1). Les précautions d’usage pour l’étude des

micropolluants organiques ont été suivies (flacon-

nage en verre, tuyaux avec intérieur en téflon, etc.).

Par temps sec, des échantillons moyens 24 heures ont

été collectés. Par temps de pluie, la durée d’échan-

tillonnage varie entre 2 et 3 heures selon l’événement

pluvieux. Des volumes de 10 L pour les eaux brutes

(EB) et 20 L pour les eaux décantées (ED) et les

effluents de rejet (ER) ont été prélevés. Pour le suivi des

AP et des PBDE, cinq campagnes ont été réalisées par

TS et quatre campagnes par TP. La mesure de la conduc-

tivité conduit à une estimation de la proportion d’eaux

pluviales pour ces événements comprise entre 8 et 70 %.

1.2. Analyse des paramètres globauxPour chacun des échantillons (EB, ED et ER), les pa-

ramètres globaux ont été analysés par le laboratoire

d’analyses du Siaap, selon les méthodes normalisées

récapitulées dans le tableau I.

1.3. Analyse des alkylphénols et des poly-bromodiphényléthersAprès homogénéisation mécanique, les échantillons

sont filtrés successivement sur des filtres en fibres de

Micropolluants et eaux pluviales : de l'atmosphère au bassin versant

EB : eaux brutes ; ED : eaux décantées ; ER : effluents de rejet. Figure 1. Station Seine centre et points de prélèvement par temps sec (a) ettemps de pluie (b)

verre préalablement grillés de porosité 2,7 puis

0,7 µm afin d’analyser séparément les phases

dissoutes et particulaires. Les MES sont également

mesurées au Leesu, par filtration sur filtre GF/F

(porosité 0,7 µm) d’un volume compris entre 50 mL

(pour les eaux usées brutes) et 500 mL (pour les

effluents de rejet).

1.3.1. Extraction de la phase dissoute

Après filtration, 100 mL (EB et ED) et 250 mL (ER)

d’échantillons sont extraits sur phase solide (SPE)

pour les AP, tandis qu’un volume de 1 L est nécessaire

pour les PBDE. Ces échantillons ont été dopés au

préalable avec des étalons internes d’extraction pour

les AP (n-OP-d17 et NP1EO-d2, pour le suivi quali-

tatif) et de quantification pour les PBDE (BDE-77,

BDE-181 et BDE-209-13C). L’extraction est réalisée

sur cartouche Oasis HLB pour les AP et sur cartouche

Chromabond C18 pour les PBDE. Les cartouches

sont conditionnées avec du méthanol, puis de l’eau

ultrapure.

Après rinçage et séchage, la cartouche Oasis est éluée

avec 12 mL d’un mélange méthanol/dichloromé-

thane/éthylacétate (40:40:20) pour récupérer les AP.

La cartouche C18 est éluée avec 12 mL d’un mélange

dichlorométhane/éthylacétate (80:20) pour isoler les

PBDE.

1.3.2. Extraction de la phase particulaire

Après lyophilisation, environ 100 mg de MES sont

extraits par micro-ondes au moyen de 20 mL d’un

mélange dichlorométhane/méthanol (90:10). Les

mêmes étalons internes que pour la phase dissoute

sont préalablement ajoutés.

1.3.3. Purification

Les extraits des phases dissoutes et particulaires sont

ensuite purifiés sur colonne de silice (2,1 g). Les co-

lonnes sont conditionnées avec 5 mL d’heptane, puis

l’échantillon est déposé et élué

successivement avec trois mélan ges

de solvants : 18 mL d’heptane/

dichlorométhane 98:2 (fraction 1),

10 mL d’heptane/dichlo rométhane

80:20 (fraction 2) et 15 mL de

dichlorométhane/ heptane/éthyla-

cétate 30:10:60 (fraction 3). Les

PBDE sont récupérés en fraction 1

et les AP en fraction 3. La fraction 1 est traitée au

cuivre activé avant analyse. La fraction 3 est dopée avec

les étalons internes de quantification des AP (n-NP et

n-NP1EO) et reprise dans 1 mL de phase mobile.

1.3.4. Analyse

Les AP sont analysés par chromatographie liquide

couplée à de la spectrométrie de masse en tandem

(Aquity UPLC, Waters). La phase mobile est consti-

tuée d’une phase aqueuse (eau ultrapure avec

NH4OH à 0,004 5 mol/L) et d’une phase organique

(méthanol avec NH4OH à 0,004 5 mol/L) et est main-

tenue à un débit de 0,4 mL/min selon un gradient

d’élution prédéfini. L’analyse est réalisée en mode

Multiple Reaction Monitoring (MRM), suivi de transi-

tions entre ions parents et fils, issus de réactions de

collisions.

Les PBDE sont analysés par chromatographie gazeuse

couplée à de la spectrométrie de masse (FocusDSQ,

Thermo Fischer Scientific). Les molécules sont sépa-

rées sur une colonne Rtx-1614 (Restek) de 15 m.

Elles sont ionisées par impact électronique et les ions

sont ensuite séparés sur un simple quadripôle. L’ana-

lyse est réalisée en mode Single Ion Monitoring (SIM),

suivi d’un ou quelques ions spécifiques.

1.3.5. Quantification et assurance qualité

Pour quantifier les AP et les PBDE, des droites d’éta-

lonnage sont tracées en prenant en compte le rapport

de l’aire d’un composé sur l’aire de son étalon interne

de quantification associé. Le 4-n-NP est utilisé pour la

quantification de 4-NP, OP et n-OP-d17 ; n-NP1EO

pour OP1EO, OP2EO, NP1EO, NP2EO et n-NP1EO-d2 ;

BDE-77 pour BDE-28, BDE-47, BDE-99 et BDE-100 ;

BDE-181 pour BDE-153, BDE-154, BDE-183 et

BDE-205 ; BDE-209-13C pour BDE-209.

Des points de contrôles (faibles et fortes concen -

trations) sont injectés tous les dix échantillons : une


Traitement des eaux usées de temps de pluie à la station Seine centreÉtude des paramètres globaux, des alkylphénols et des polybromodiphényléthers

Paramètre Désignation Norme

Matières en suspension MES NF EN 872 (T90-105-1)

Demande biologique en oxygène DBO5 NF EN 1899-1 et 2 (T90-103-1 et 2)

101-09T FN OCD enègyxo ne euqimihc ednameD

HN muinommA 4+ Méthode dérivée de NF EN ISO 11732 (T-90-80)

Nitrates, nitrites NO3–, NO2

– Méthode dérivée de NF EN ISO 13395 (T90-012)

Orthophosphates PO43– Méthode dérivée de NF EN 15681-2

Tableau I. Paramètres globaux analysés et normes associées


déviation inférieure à 20 % permet de s’assurer de la

validité de la gamme. Des blancs terrain et analy-

tiques (préleveur, solvants, extractions SPE et micro-

ondes) permettent d’estimer les contaminations

extérieures. La méthode a été validée par des dopages

de matrices d’eaux usées.

2. Résultats et discussion2.1. Qualité des effluents entrantsLes concentrations moyennes totales en AP (six

congénères) et PBDE (sept congénères détectés sur

neuf analysés) dans les eaux usées brutes sont repor-

tées dans le tableau II.

2.1.1. Alkylphénols

Quelle que soit la période échantillonnée, les 4-NP,

NP1EO et NP2EO sont les composés majoritaires,

représentant de l’ordre de 90 % des AP analysés. Cette

tendance est cohérente avec les utilisations respec-

tives des octylphénols et nonylphénols éthoxylés à

l’échelle mondiale, puisque ces derniers représente-

raient 90 à 95 % du tonnage des alkylphénols éthoxy-

lés utilisés [OSPAR, 2001]. Du fait de leur hydropho-

bicité (log Kow autour de 4), les AP sont majoritai-

rement particulaires dans les eaux brutes (> 57 %,

sauf OP et OP2EO) et cette tendance tend à se ren-

forcer par TP. Les concentrations en AP observées

dans les eaux brutes par temps sec sont du même

ordre de grandeur que celles rapportées par LOOS et

coll. [2007] (analyse sur la phase dissoute unique-

ment) et par KOMORI et coll. [2006] (concentration


sur l’échantillon total). Par temps de pluie, et ce pour

la plupart des AP, des concentrations de 2 à 5 fois

supérieures à celles de TS sont observées (tableau II).

Cela peut s’expliquer à la fois par des concentrations

en MES plus importantes dans les effluents de TP

(tableau III), mais aussi par des teneurs en AP dans

les particules plus élevées (de 2 à 3 fois supérieures

à celles de temps sec). Cette observation suggère qu’il

y a des apports de polluants dans le réseau par temps

de pluie. Ces apports peuvent être endogènes à la

suite de la remise en suspension de dépôts au sein du

réseau et/ou provenir de sources extérieures, telles

que le lessivage des façades de bâtiment ou des chaus-

sées. En effet, BJÖRKLUND [2010] a identifié les

véhicules et le béton comme sources principales de

nonylphénols et nonylphénols éthoxylés dans les

eaux de ruissellement. Comparativement à des eaux

de ruissellement strictes, les concentrations des

AP observées en entrée de STEP par temps de pluie

sont nettement supérieures à celles rapportées par

BJÖRKLUND et coll. [2009] (jusqu’à 1 200 ng/L pour

4-NP, 1 100 ng/L pour NP1EO et 2 000 ng/L pour

NP2EO). Elles sont en revanche inférieures aux

valeurs de RULE et coll. [2006] (jusqu’à 4 900 ng/L

pour 4-NP dans des eaux de ruissellement) et ZGHEIB

[2009] (jusqu’à 260 ng/L pour OP et entre 300 et 9 170

ng/L pour 4-NP, selon le type d’urbanisation).

2.1.2. Polybromodiphényléthers

Parmi les neuf congénères analysés, le composé

majoritaire est le BDE-209 (ou décaBDE). Sa concen-

AP OP OP1EO OP2EO 4-NP NP1EO NP2EO

TS (n=5)

248,2 ± 75,8

45,0 ± 5,6

36,4 ± 7,7

808,1 ± 220,4

943,2 ± 92,9

961,6 ± 75,2

TP (n=4)

224,2 ± 66,6

236,1 ± 123,1

119,5 ± 85,1

1 931,7 ± 352,5

2 408,1 ± 736,3

3 095,3 ± 1 072,1

PBDE BDE-47 BDE-100 BDE-99 BDE-154 BDE-153 BDE-183 BDE-209

TS (n=5)

2,54 ± 0,29

1,28 ± 0,22

3,72 ± 0,64

0,36 ± 0,11

0,61 ± 0,11

0,49 ± 0,09

78,84 ± 43,81

TP (n=4)

4,09 ± 1,25

1,92 ± 0,43

6,00 ± 1,66

0,62 ± 0,18

1,01 ± 0,25

1,08 ± 0,10

258,08 ± 116,97

Exemple de nomenclature pour les AP : NP1EO = nonylphénolmonoéthoxylé. La classification des PBDE suit le système IUPAC et s’appuie sur lenombre et la position des atomes de brome dans le cycle.Tableau II. Concentration des alkylphénols (AP) et des polybromodiphényléthers (PBDE) dans les eaux usées brutes (dissous +particulaire, valeur moyenne ± écart type, en ng/L), par temps sec (TS) (n=5) et par temps de pluie (TP) (n=4)

tration totale avoisine la centaine de nanogrammes

par litre, tandis que les autres congénères ne dépas-

sent pas 10 ng/L. Le BDE-209 est de loin le composé

prépondérant rapporté dans la littérature, notamment

dans la phase particulaire [CLARKE et al., 2010 ;

PENG et al., 2009 ; RICKLUND et al., 2009]. Selon

nos résultats et en accord avec la littérature [CLARKE

et al., 2010 ; PENG et al., 2009 ; SONG et al., 2006],

les autres congénères présents peuvent être séparés

en deux groupes : BDE-47, BDE-99 et BDE-100, compris

entre 1 et 8 ng/L ; BDE-153, BDE-183 et BDE-154,

inférieurs à 1 ng/L. Le BDE-205 n’a été détecté dans

aucun des échantillons et le BDE-28 a été détecté

ponctuellement. Les concentrations mesurées dans

les eaux usées brutes par temps sec sont du

même ordre de grandeur que celles rapportées

par CLARKE et coll. [2010] en Australie et PENG et

coll. [2009] en Chine. Elles sont en revanche dix fois

plus faibles que celles trouvées par SONG et coll.

[2006] en Corée du Sud. Les différences de concen-

trations observées sont le reflet de disparités d’utili-

sations des mélanges commerciaux de PBDE entre les

pays.

Les PBDE sont quasiment absents de la phase

dissoute : seuls les BDE-47, BDE-99 et BDE-100 sont

détectés par temps sec à des concentrations de l’ordre

de 0,5 ng/L. Ces congénères sont les composés majo-

ritaires trouvés dans les eaux usées brutes [ANDERSON

et al., 2006 ; CLARKE et al., 2010 ; NORTH 2004 ;

SONG et al., 2006], y compris dans la phase dissoute

[CLARKE et al., 2010]. Par temps de pluie, on note

l’apparition du BDE-209 dans la phase dissoute à

des niveaux proches de 3 ng/L. En accord avec

leur caractère très hydrophobe (5 < log Kow < 12),

la fraction particulaire représente entre 87 et

100 % de l’échantillon total, ce qui est proche de la

proportion 77-96 % annoncée par PENG et coll.

[2009].

À l’instar des AP, les concentrations observées par TP

pour les PBDE sont 1,5 à 3 fois supérieures à celles

observées par TS. La concentration moyenne (�9

PBDE) atteint 273 ± 113 ng/L dans les effluents de

temps de pluie. Très peu de données sont disponibles

pour les PBDE dans les eaux pluviales. Plusieurs

études ont noté des concentrations dans les eaux de

ruissellement inférieures aux limites de détection

[RULE et al., 2006 ; ZGHEIB 2009] et, à notre

connaissance, une seule étude [MURESAN et al.,

2009] donne des concentrations dans cette matrice

de 95 ng/L en phase dissoute et 110 ng/g en phase

particulaire (�8 PBDE, mêmes congénères que ceux

analysés dans ce travail, excepté le BDE-28). En esti-

mant les MES à 50 mg/L, la concentration totale

serait de 100 ng/L. Ces concentrations plus impor-

tantes par TP s’expliquent à la fois par les concentra-

tions en MES plus fortes, mais aussi par des teneurs

plus élevées (jusqu’à deux fois pour le BDE-209). Une

analyse rapide permet de constater que les concen-

trations en MES augmentent d’un facteur 1 à 2 entre

le TS et le TP, alors que les teneurs en PBDE augmen-

tent d’un facteur 1,5 à 2,5, suggérant des apports

extérieurs. Comme précédemment mentionné pour

les AP, les fortes concentrations observées par temps

de pluie peuvent être liées aux lessivages des surfaces

urbaines, ainsi qu’aux apports atmosphériques

puisque les PBDE s’avèrent bien présents dans les

aérosols (à hauteur de 1 700 ng/g pour �8 PBDE

selon MURESAN et coll. [2009].



MES (mg/L) DCO (mg O2/L) DBO5 (mg O2/L) PO43– (mg P/L)

TS TP TS TP TS TP TS TP

Abattement (%) 92 ± 2 89 ± 7 58 ± 4 75 ± 12 53 ± 7 79 ± 9 73 ± 2 87 ± 4

Eaux brutes (mg/L) 252 ± 19

389 ± 96

422 ± 70

527 ± 215

174 ± 27

225 ± 75

2,1 ± 0,1

2,1 ± 0,9

Eaux décantées (mg/L)

20 ± 3

39 ± 20

175 ± 19

137 ± 79

80 ± 10

48 ± 23

0,6 ± 0,1

0,3 ± 0,1

DBO : demande biologique en oxygène ; DCO : demande chimique en oxygène ; MES : matières en suspension ; PO43– : orthophosphates.

Tableau III. Abattement moyen des paramètres globaux par décantation lamellaire et concentration moyenne ± écart-type dansles eaux brutes et les eaux décantées par temps sec (TS) (n=5) et par temps de pluie (TP) (n=4)


2.2. Efficacité du décanteur lamellaire partemps sec et par temps de pluie

2.2.1. Paramètres globaux

En dépit d’une variabilité temporelle plus marquée,

les performances du décanteur lamellaire pour les

paramètres globaux restent élevées par TP (> 87 %

pour les MES et PO43– et > 75 % pour la DCO et la

DBO5), et sont même globalement supérieures à

celles de TS (Tableau III). Ces différences d’abatte-

ment sont principalement liées aux différences de

concentrations en nutriments carbonés dans les

effluents qui alimentent les décanteurs. En effet, par

TP, les concentrations en MES et matière organique

oxydable – demande chimique en oxygène (DCO),

demande biologique en oxygène (DBO5) – dans les

eaux brutes sont supérieures à celles observées par

TS (tableau III). Cette tendance peut s’expliquer par

une remise en suspension des dépôts présents dans

le réseau lors des événements pluvieux [CHEBBO et

al., 2001]. Dans ces conditions, des quantités légère-

ment plus importantes de réactif coagulant-floculant

(augmentation de 10 à 20 % des ratios) sont injectées

dans le décanteur. Cette augmentation des injections

de réactifs explique en partie l’augmentation des taux

d’abattement de la pollution organique, mais aussi

l’élimination plus importante des phosphates,

puisque leur précipitation est directement liée à l’ap-

port de coagulant.

2.2.2. Alkylphénols et polybromodiphényléthers

Les pollutions des AP et des PBDE dans les eaux

usées brutes étant majoritairement particulaires, une

forte élimination est obtenue par décantation physico-

chimique lamellaire (figure 2). De même que pour les

MES, l’abattement de la phase particulaire est supé-

rieur à 84 % pour les AP et à 87 % pour les PBDE,

sans différence notable entre le TS et le TP. La frac-

tion particulaire est fortement réduite dans les eaux

décantées : pour les AP, elle ne dépasse pas 20 % par

TS et 30 % par TP ; pour les PBDE, elle n’est sensible-

ment réduite que pour les BDE-47, BDE-99 et BDE-

100, mais reste toutefois supérieure à 40 %. Malgré

des niveaux de concentrations faibles en phase dis-

soute, une élimination des BDE-47 et BDE-99 de

l’ordre de 30 à 40 % par TS et supérieure à 60 % par

TP est observée. Pour les AP, l’abattement en phase

dissoute reste mineur (de l’ordre de 20 %) et très fluc-

tuant. Il peut être essentiellement lié à l’élimination

des colloïdes lors de la décantation lamellaire. SONG

et coll. [2006] ont observé une tendance similaire

pour certains PBDE.

Les concentrations dans l’échantillon total restent en-

core élevées en sortie du décanteur, supérieures à

5 ng/L pour le BDE-209, à 15 ng/L pour les octylphé-

nols et à 300 ng/L pour les nonylphénols (figure 2).

En sortie de décanteur, les concentrations de TP

restent supérieures à celles de TS, sauf pour l’OP.


Figure 2. Concentration et abattement des alkylphénols (AP) (a) et polybromodiphényléthers (PBDE) (b) dans les eauxbrutes et les eaux décantées (valeur moyenne ± écart type) par temps sec (TS) (n=5) et par temps de pluie (TP) (n=4)

2.3. Efficacité de la biofiltration, par tempssec et par temps de pluie

2.3.1. Paramètres globaux

Malgré un abattement plus faible de la DCO et de la

DBO5 par TP, à la suite de la configuration dégradée

de l’unité de biofiltration, leur concentration dans les

effluents de rejet est moins élevée que par TS

(tableau IV). Inversement, l’élimination des MES au

cours de la biofiltration est légèrement supérieure par

TP, mais les concentrations en MES dans les eaux

décantées et les effluents de rejet restent supérieures

par TP, comparativement au TS. En dépit de la déri-

vation d’un étage de l’unité de biofiltration, les

performances vis-à-vis du NH4+ restent très élevées.

Il semblerait que cette configuration n’affecte que la

dénitrification : la concentration en nitrates en rejet

est de 4,5 ± 2,2 mg N/L par TS contre 15 ± 5 mg N/L

par TP. D’une façon générale, la qualité des effluents

de rejet par TP est proche de celle des effluents de TS.

2.3.2. Alkylphénols et polybromodiphényléthers

Un abattement élevé de la fraction particulaire est ob-

servé pour les AP (supérieur à 60 %, sauf pour OP)

et les PBDE (de l’ordre de 70 à 80 %, à l’exception du

BDE-209 par TP). Cela peut s’expliquer par la pro-

portion non négligeable de la fraction particulaire de

ces polluants dans les eaux décantées. En rejet, cette

fraction devient faible pour les AP : elle ne dépasse

pas 10 % par TS et 30 % par TP. Pour les PBDE, elle

reste élevée, supérieure à 60 %, sauf pour BDE-100.

L’élimination de ces polluants est fortement liée à

l’élimination des MES au sein de l’unité de biofiltra-

tion. ROCHER et coll. [2006] ont démontré que cette

élimination se réalisait essentiellement sur le premier

étage de l’unité de biofiltration.

Les AP et PBDE sont partiellement éliminés de la

phase dissoute au sein de l’unité de biofiltration.

Ainsi, un abattement de 40 à 60 % est observé pour

les AP par TS et jusqu’à 80 % par TP. L’élimination des



MES (mg/L) DCO (mg O2/L) DBO5 (mg O2/L) NH4+ (mg N/L)

TS TP TS TP TS TP TS TP

Abattement (%) 70 ± 7 72 ± 23 78 ± 3 72 ± 27 87 ± 5 84 ± 14 80 ± 7 88 ± 17

Eaux décantées (mg/L) 20 ± 3 39 ± 20 175 ± 19 137 ± 79 80 ± 10 48 ± 23 32 ± 1 26 ± 12

Effluents de rejet (mg/L) 6 ± 1 8 ± 1 38 ± 2 23 ± 4 10 ± 3 5 ± 1 6 ± 2 2 ± 1

DBO : demande biologique en oxygène ; DCO : demande chimique en oxygène ; MES : matières en suspension.Tableau IV. Abattement moyen des paramètres globaux par biofiltration et concentration moyenne ± écart type dans les eauxdécantées et les effluents de rejet par temps sec (TS) (n=5) et par temps de pluie (n=4)

NQE : normes de qualité environnementale.Figure 3. Concentration et abattement des alkylphénols (AP) (a) et polybromodiphényléthers (PBDE) (b) dans leseaux décantées et les effluents de rejet (valeur moyenne ± écart type) par temps sec (TS) (n=5) et par temps de pluie(TP) (n=4)


AP en phase dissoute peut s’expliquer par des proces-

sus de biodégradation, volatilisation ou sorption au

sein des biofiltres [GASPERI et al., 2010]. Un abatte-

ment de 40 à 50 % de la phase dissoute est également

obtenu pour les congénères BDE-47 et BDE-99.

SONG et coll. [2006] observent aussi une faible

diminution des PBDE en phase dissoute dans un

procédé de type « boues activées ». Ils expliquent cet

abattement par la possible conversion de matière

organique dissoute en biomasse, qui serait éliminée

dans le décanteur secondaire et sur laquelle les PBDE

seraient fixés.

Les concentrations dans l’échantillon total en sortie

de STEP (effluents de rejet) sont proches des normes

de qualité environnementale (NQE), mais inférieures

à celles-ci (figure 3). Ces normes sont de 300 ng/L

pour 4-NP, 100 ng/L pour OP et 0,5 ng/L pour les

PBDE. Les NQE sont donc respectées avant même di-

lution des effluents de rejet dans le milieu récepteur.

Le BDE-209 n’est pas concerné par ces NQE ; il s’agit

pourtant du seul PBDE largement supérieur à

0,5 ng/L en rejet. Sa concentration atteint 0,7 ng/L

par TS et 15 ng/L par TP.

ConclusionCette étude fournit les premières informations sur la

contamination en AP et PBDE des effluents de temps

de pluie et sur l’efficacité de leur traitement au sein

d’une station d’épuration telle que Seine centre. Les

niveaux rencontrés, supérieurs à ceux de temps sec,

confirment la contamination élevée des effluents de

temps de pluie et la nécessité de les traiter efficace-

ment. Bien que la décantation physico-chimique la-

mellaire élimine une part significative de la pollution

particulaire (> 84 % pour les AP et > 87 % pour les

PBDE), les concentrations en AP et en PBDE dans les

eaux décantées par temps de pluie sont respective-

ment égales à 1 904 ± 641 ng/L (�6 AP, concentration

totale) et 14 ± 5 ng/L (�4 PBDE, concentration en

phase particulaire). La biofiltration permet d’abattre

davantage ces molécules, à la fois pour les phases dis-

soutes (notamment pour les AP avec un abattement

minimal observé de 40 %) et particulaires (environ

60 % pour les AP et entre 70 et 90 % pour les PBDE),

ce qui peut être lié à l’élimination des MES. À l’excep-

tion de la pollution azotée et du BDE-209, la modifi-

cation de l’unité de biofiltration par temps de pluie

semble avoir peu d’impact sur l’élimination des para-

mètres globaux et des polluants organiques. En sortie

de biofiltration, les concentrations dans les effluents

de rejet sont inférieures aux NQE. Si le traitement des

effluents de temps de pluie au sein de la station Seine

centre semble une solution efficace pour limiter les

rejets de polluants par temps de pluie dans le milieu

récepteur, il faut garder à l’esprit que cette solution

technique est exigeante en termes d’infrastructure,

de coûts et de maintenance. De plus, si les taux d’éli-

mination des AP et des PBDE sont élevés pour la

filière eau, des études complémentaires sont à réaliser

afin de pouvoir estimer le transfert de ces micropol-

luants dans les boues, lesquelles sont générées en plus

fortes quantités lors du traitement d’importants débits.

Remerciements Les auteurs remercient les équipes techniques du

Siaap, en particulier Mlles Briand et Rechdaoui, et les

équipes techniques du Leesu, notamment MM. Leroy,

Saad et Segor pour leur participation active aux

campagnes de prélèvement.


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Cette étude vise à déterminer l’efficacité d’une sta-tion d’épuration des eaux usées moderne (Seinecentre, Colombes), vis-à-vis des paramètres glo-baux, des polybromodiphényléthers (PBDE) et desalkylphénols (AP). En conditions de temps sec, lafilière de traitement de cette station est constituéed’une décantation physico-chimique lamellaire, sui-vie d’un traitement biologique par biofiltration surtrois étages, où sont traités le carbone et l’azote. Partemps de pluie, l’usine est alimentée par un mélanged’eaux usées et pluviales. Dans ces conditions, letraitement biologique est modifié de façon à pouvoirtraiter sur l’usine des débits d’eau trois fois plusimportants. Dans cette configuration de temps depluie, 30 % du flux est dérivé sur un seul étage et70 % du flux est traité sur deux étages. Au cours decette étude, quatre événements pluvieux ont été suivis. À l’instar des concentrations en matières ensuspension (MES) qui augmentent entre périodes de

temps sec et de temps de pluie, les résultats obte-nus indiquent que les effluents de temps de pluieprésentent des concentrations en AP et PBDE de 1,5 à 5 fois supérieures à celles de temps sec. Lesperformances du décanteur lamellaire vis-à-vis desparamètres globaux, des AP et des PBDE par tempsde pluie sont élevées, voire supérieures à celles detemps sec. Une part significative de la pollution particulaire y est éliminée pour les AP (> 84 %) et les PBDE (> 87 %). La biofiltration permet d’abattredavantage ces molécules, à la fois pour les phasesdissoutes (notamment pour les AP) et particulaires(> 60 %). À l’exception de la pollution azotée et du BDE-209, la modification de l’unité de biofiltra-tion par temps de pluie semble avoir peu d’impactsur l’élimination des paramètres globaux et des polluants organiques.

RésuméTraitement des eaux usées de temps de pluie à la station Seine centre. Étude desparamètres globaux, des alkylphénols et des polybromodiphényléthers

S. GILBERT, J. GASPERI, V. ROCHER, C. LORGEOUX, G. CHEBBO

This work aims at determining the efficiency of theSeine Centre wastewater treatment plant duringwet weather periods, regarding conventional waste -water parameters and two organic pollutant fami-lies, alkylphenols (AP) and polybromodiphenyle-thers (PBDE). During dry weather periods, the treatment in Seine-Centre consists of a physico-chemical lamella settler and a 3-stage submergedtrickling filter to treat carbonaceous and nitro -genous pollution. Under wet weather flows, the biological treatment is modified: 30% of the influentis treated on one stage only, while 70% is treatedthrough two stages. In this study, four rain eventshave been sampled. The results gave some relevantdata regarding:– raw water quality under dry and wet weather flows;– and efficiency of the treatment facilities.

Regarding raw water quality, concentrations ofconventional wastewater parameters are diluted;except for total suspend solids, whereas AP andPBDE concentrations are 1.5 to 5 fold higher underwet weather flows. Regarding efficiency, the lamellasettler performs high removal of conventional wastewater parameters, AP and PBDE under wetweather flows, slightly higher than under dry weather flows. An important proportion of the par-ticulate phase of AP (> 84%) and PBDE (> 87%) iseliminated in the settler. The biological treatmentenhances the removal of these pollutants, for bothdissolved and particulate phases. Except for nitratesand BDE-209, the modified biological treatmentseems to have no influence on the treatment ofconventional wastewater parameters, AP andPBDE.

AbstractEfficiency of the Seine Centre wastewater treatment plant during wet weather periods

regarding conventional wastewater parameters, alkylphenols and polybromodiphenylethers

S. GILBERT, J. GASPERI, V. ROCHER, C. LORGEOUX, G. CHEBBO

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Traitement des eaux usées de temps de pluie à la station Seine centre