Traitement des eaux usées hospitalières par ozone : optimisation des procédés d’oxydation avancée

Étude scientifique | Eaux usées hospitalières | Ozone | AOP | Micropolluants | Désinfection

Référence de la publication

Titre original :
Multi-Criteria Sustainability Optimization of Ozone-Based Advanced Oxidation Processes for Hospital Wastewater Treatment in India

Source : IEEE Xplore

Pays / contexte étudié : Inde

Domaine : traitement des eaux usées hospitalières

Technologie étudiée : ozone et procédés d’oxydation avancée — AOP

Publication originale :  Consulter l’étude sur IEEE Xplore

OXYTRADING ne reproduit pas la publication originale. Cette page constitue une synthèse et une analyse technique indépendante de la littérature scientifique disponible.

Pourquoi les eaux hospitalières constituent-elles un enjeu particulier ?

Contrairement aux eaux usées domestiques conventionnelles, les effluents hospitaliers peuvent contenir un mélange complexe de contaminants :

• médicaments et métabolites pharmaceutiques ;
• antibiotiques ;
• produits de contraste ;
• désinfectants et produits chimiques ;
• bactéries pathogènes ;
• bactéries résistantes aux antibiotiques ;
• gènes de résistance aux antibiotiques ;
• matière organique et micropolluants difficiles à éliminer biologiquement.

Les stations d’épuration conventionnelles ne sont pas nécessairement conçues pour assurer l’élimination complète de l’ensemble de ces micropolluants.

La question n’est donc plus seulement de réduire la DCO ou la charge microbiologique : il faut également considérer les micropolluants, les composés récalcitrants et le risque lié à l’antibiorésistance.

Pourquoi utiliser l’ozone ?

L’ozone O₃ est un oxydant puissant capable de réagir avec de nombreuses molécules organiques présentes dans les eaux usées.

Selon les conditions de fonctionnement, son action peut résulter :

• de l’oxydation directe par l’ozone moléculaire ;
• de la formation d’espèces radicalaires fortement oxydantes ;
• de la combinaison avec d’autres procédés d’oxydation avancée.

Les configurations étudiées dans la littérature comprennent notamment :

O₃

Ozonation seule.

O₃ + H₂O₂

Procédé peroxone permettant d’accélérer la formation de radicaux hydroxyles.

O₃ + UV

Association de l’ozone avec une irradiation ultraviolet.

O₃ + UV + H₂O₂

Procédé d’oxydation avancée combiné destiné notamment aux composés particulièrement réfractaires.

O₃ + procédés biologiques ou membranaires

L’ozonation peut également être utilisée en traitement tertiaire après un MBR ou un autre procédé biologique.

Ce que montre la littérature scientifique

Les travaux disponibles sur les eaux usées hospitalières montrent que l’ozonation peut agir simultanément sur plusieurs familles de contaminants.

Des recherches indépendantes ont par exemple montré que des traitements avancés à base d’ozone pouvaient réduire fortement certains antimicrobiens, bactéries résistantes et gènes de résistance.

Dans une étude publiée dans Science of the Total Environment, plusieurs antimicrobiens ont été éliminés à plus de 99,9 % dans les conditions expérimentales étudiées. Les auteurs ont également mesuré des réductions de gènes de résistance comprises entre 1,4 et 6,6 log, avec de meilleures performances pour certaines combinaisons O₃/UV et O₃/UV/H₂O₂ que pour l’ozonation seule.

D’autres travaux portant sur plusieurs hôpitaux ont conclu que l’association d’un bioréacteur à membranes (MBR) et d’une ozonation constituait une stratégie particulièrement intéressante pour le prétraitement d’effluents hospitaliers.

Ces résultats ne doivent toutefois pas être transposés directement d’un établissement à un autre.

L’intérêt particulier de cette étude : ne pas regarder uniquement le taux d’élimination

La publication Multi-Criteria Sustainability Optimization… est particulièrement intéressante car le choix d’une technologie de traitement ne devrait pas reposer uniquement sur son rendement d’élimination.

Dans une installation réelle, plusieurs critères doivent être considérés simultanément :

Performance de traitement

Capacité à éliminer ou transformer les micropolluants ciblés.

Désinfection

Réduction des bactéries et autres microorganismes.

Consommation énergétique

La production d’ozone nécessite de l’électricité et généralement une alimentation en oxygène.

Consommation de réactifs

Selon le procédé choisi, H₂O₂ ou d’autres réactifs peuvent être nécessaires.

Production de sous-produits

L’oxydation peut générer des produits de transformation qu’il faut prendre en compte.

Investissement

Générateur d’ozone, production d’oxygène, injection, contacteur, destruction de l’ozone résiduel, instrumentation et automatisme.

Coûts d’exploitation

Électricité, oxygène, maintenance, consommables et contrôles analytiques.

Complexité opérationnelle

Certaines configurations AOP nécessitent davantage de surveillance et de compétences techniques.

Impact environnemental global

Une technologie très efficace peut ne pas être optimale si sa consommation énergétique ou son empreinte environnementale sont disproportionnées par rapport au niveau de traitement recherché.

Analyse OXYTRADING

Le principal enseignement pour une application industrielle

Il n’existe pas une dose universelle d’ozone permettant de traiter toutes les eaux usées hospitalières.

La quantité réellement nécessaire dépend fortement de la matrice de l’eau.

Avant tout dimensionnement, il convient notamment de connaître :

Deux effluents hospitaliers présentant le même débit peuvent donc nécessiter des installations ozone très différentes.

Ozonation seule ou AOP ?

L’une des questions essentielles consiste à déterminer si l’ozonation seule suffit.

Ozonation seule

Elle peut être particulièrement intéressante lorsque les contaminants ciblés réagissent rapidement avec l’ozone.

Avantages potentiels :

• procédé relativement simple ;
• aucun stockage d’ozone ;
• ozone produit sur site ;
• absence de résidu chimique persistant lié à l’ozone lui-même ;
• capacité simultanée d’oxydation et de désinfection.

Ozone + H₂O₂ / UV

Ces procédés deviennent intéressants lorsque l’on cherche à augmenter la production de radicaux hydroxyles pour oxyder des molécules peu réactives vis-à-vis de l’ozone moléculaire.

Mais une technologie plus complexe n’est pas automatiquement meilleure.

Le choix doit être basé sur les contaminants réellement présents et les objectifs de traitement.

Une approche recommandée : biologique + traitement tertiaire ozone

Dans de nombreuses configurations, l’objectif n’est pas d’utiliser l’ozone pour détruire toute la matière organique brute.

Une stratégie généralement plus rationnelle consiste à utiliser :

Traitement primaire

↓

Traitement biologique / MBR

↓

Filtration si nécessaire

↓

Ozonation ou AOP

↓

Traitement complémentaire éventuel

↓

Rejet ou réutilisation

Le traitement biologique élimine la fraction facilement biodégradable tandis que l’ozone est utilisé sur les composés réfractaires et les contaminants résiduels.

Cette approche permet potentiellement de réduire fortement la demande en ozone.

Attention à la différence entre dégradation et minéralisation

C’est un point essentiel lors de l’interprétation des publications scientifiques.

La disparition analytique d’une molécule pharmaceutique ne signifie pas nécessairement qu’elle a été entièrement transformée en CO₂ et H₂O.

L’ozone peut transformer :

molécule initiale

→ intermédiaires d’oxydation

→ molécules plus petites

→ éventuellement minéralisation.

Il est donc pertinent de mesurer non seulement la disparition du polluant cible, mais également :

• le COT ;
• la DCO ;
• la biodégradabilité ;
• éventuellement l’écotoxicité ;
• certains produits de transformation.

Et le risque bromates ?

Lorsque l’eau contient des bromures, l’ozonation peut conduire sous certaines conditions à la formation de bromates.

Le risque dépend notamment :

• de la concentration initiale en bromures ;
• de la dose d’ozone ;
• du pH ;
• du temps de contact ;
• de la composition de l’eau ;
• de la stratégie de traitement.

Ce paramètre doit être intégré dès la phase d’étude lorsqu’une réutilisation de l’eau est envisagée.

De l’étude scientifique au dimensionnement industriel

Une publication scientifique permet de démontrer la faisabilité d’un mécanisme ou d’un traitement.

Elle ne constitue cependant pas à elle seule un dimensionnement industriel.

OXYTRADING recommande une démarche progressive :

1 — Caractérisation de l’effluent

Débit, DCO, COT, pH, MES, bromures, nitrites et contaminants ciblés.

2 — Définition de l’objectif

Désinfection, réduction des médicaments, antibiorésistance, DCO, couleur, odeurs, réutilisation de l’eau, etc.

3 — Essais de traitabilité

Détermination expérimentale de la demande en ozone et des performances obtenues.

4 — Pilote

Validation sur l’effluent réel et dans les conditions réelles d’exploitation.

5 — Dimensionnement

Calcul de la capacité ozone, du transfert gaz/liquide, du temps de contact et de l’instrumentation nécessaire.

6 — Validation

Mesures analytiques avant/après traitement permettant de vérifier les performances.

Niveau de preuve

★★★★☆ — Fort

Pourquoi ?

La pertinence de l’ozone pour le traitement avancé des effluents hospitaliers est soutenue par plusieurs publications scientifiques indépendantes.

Cependant, les performances obtenues restent fortement dépendantes :

• de la composition de l’effluent ;
• du procédé placé en amont ;
• de la dose spécifique d’ozone ;
• des contaminants ciblés ;
• des conditions opératoires.

Conclusion : technologie scientifiquement documentée, mais essais de traitabilité recommandés avant dimensionnement industriel.

Applications potentielles

Cette technologie peut notamment intéresser :

• centres hospitaliers ;
• cliniques ;
• laboratoires ;
• établissements pharmaceutiques ;
• stations d’épuration recevant des effluents hospitaliers ;
• installations de réutilisation des eaux ;
• centres de recherche ;
• industries pharmaceutiques.

Vous étudiez le traitement d’un effluent hospitalier ?

OXYTRADING accompagne les projets depuis la caractérisation de l’eau jusqu’au dimensionnement d’une installation d’ozonation :

Analyse du besoin → essais laboratoire → pilote → dimensionnement → fourniture du système → mise en service → suivi analytique

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Publication scientifique source

Multi-Criteria Sustainability Optimization of Ozone-Based Advanced Oxidation Processes for Hospital Wastewater Treatment in India.

Source originale : IEEE Xplore

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À propos de cette synthèse

Cette page est une synthèse documentaire et une analyse technique réalisée par OXYTRADING à partir de publications scientifiques disponibles publiquement.

Les publications originales, illustrations, tableaux et données demeurent la propriété de leurs auteurs et éditeurs respectifs.

OXYTRADING ne reproduit pas le texte intégral de la publication. Pour consulter l’étude complète, ses méthodes, données et conclusions détaillées, le lecteur est invité à accéder directement au site de l’éditeur.

Les informations présentées sur cette page ne constituent pas une garantie de performance applicable à une installation particulière. Toute application industrielle nécessite une analyse de la qualité de l’eau et, lorsque nécessaire, des essais préalables.