Traitement quaternaire des eaux usées : quelle place pour l’ozonation ?

 

Le traitement des eaux usées entre dans une nouvelle phase. Avec la directive européenne (UE) 2024/3019, les stations d’épuration concernées devront progressivement intégrer des solutions permettant de réduire davantage les micropolluants présents dans les eaux traitées.

L’ozonation figure parmi les technologies susceptibles de jouer un rôle important dans cette évolution. Capable d’oxyder de nombreux composés organiques, elle peut être intégrée à différentes filières de traitement avancé, notamment en association avec la biofiltration ou le charbon actif.

Pour les exploitants de stations d’épuration, les collectivités et les bureaux d’études, une question devient essentielle : comment choisir et dimensionner les procédés capables de répondre aux nouvelles exigences de qualité de l’eau ?

 

Pourquoi le traitement quaternaire devient-il nécessaire ?

 

Les stations d’épuration conventionnelles sont principalement conçues pour éliminer la pollution organique biodégradable, les matières en suspension et, selon les installations, l’azote et le phosphore.

Ces traitements sont indispensables, mais ils ne permettent pas toujours d’éliminer suffisamment certaines molécules présentes à de faibles concentrations.

Parmi ces micropolluants figurent notamment :

• Des résidus de médicaments et leurs métabolites.
• Certains composés issus des produits de consommation.
• Des substances chimiques présentes dans les rejets domestiques et industriels.
• Des molécules organiques peu biodégradables.
• Différents contaminants émergents faisant l’objet d’une surveillance accrue.

Le traitement quaternaire consiste à ajouter des procédés complémentaires pour réduire ces substances avant le rejet dans le milieu récepteur.

Il ne remplace pas les étapes biologiques conventionnelles : il vient les compléter.

 

Directive européenne 2024/3019 : de nouvelles obligations

 

La directive (UE) 2024/3019 du 27 novembre 2024 prévoit le déploiement progressif du traitement quaternaire dans les stations d’épuration urbaines concernées.

Pour les installations traitant une charge d’au moins 150 000 équivalents-habitants, les principales échéances sont les suivantes :

• 31 décembre 2033 : mise en conformité de 20 % des stations concernées.
• 31 décembre 2039 : mise en conformité de 60 % des stations concernées.
• 31 décembre 2045 : mise en conformité de 100 % des stations concernées.

Des installations de capacité inférieure peuvent également être soumises à ces exigences lorsque leur localisation et l’évaluation des risques le justifient, selon les modalités prévues par la directive.

La réglementation ne rend pas l’ozonation obligatoire. Elle fixe des objectifs de traitement qui peuvent être atteints par différentes technologies ou combinaisons de procédés.

Pour une analyse détaillée, consultez notre dossier réglementaire sur la directive européenne 2024/3019 et le traitement quaternaire.

 

Quel est le principe de l’ozonation des eaux usées ?

 

L’ozone (O₃) est un oxydant puissant, généralement produit sur site à partir d’oxygène ou d’un gaz d’alimentation approprié.

Lorsqu’il est introduit dans l’eau au moyen d’un système d’injection adapté, il réagit avec différents composés organiques et peut transformer leur structure chimique.

Cette propriété présente un intérêt pour certains micropolluants qui résistent partiellement aux traitements biologiques conventionnels.

L’efficacité dépend cependant de la nature des molécules et des caractéristiques de l’effluent. L’ozone ne doit pas être considéré comme une solution universelle d’élimination de tous les contaminants.

Les principaux paramètres influençant son efficacité comprennent :

• La nature et la concentration des micropolluants ciblés.
• Le carbone organique dissous et la demande en ozone de l’eau.
• Le pH et la température.
• La dose d’ozone réellement transférée.
• Le temps de contact et les conditions hydrauliques.
• Les réactions concurrentes avec les autres constituants de l’effluent.

 

Comment intégrer l’ozone dans une filière de traitement quaternaire ?

 

L’ozonation est généralement étudiée en aval des principales étapes d’épuration biologique, lorsque la qualité de l’eau permet de favoriser les réactions avec les micropolluants ciblés.

Une filière peut notamment associer traitement biologique, filtration, ozonation et traitement de finition.

Ozonation et biofiltration

L’oxydation de certaines molécules peut produire des composés organiques plus facilement biodégradables.

Une étape de biofiltration en aval permet alors de traiter une partie de ces produits de transformation et d’améliorer la qualité globale de l’effluent.

Cette association nécessite une validation de la biodégradabilité obtenue, de la stabilité du procédé et des sous-produits résiduels.

 

Ozonation et charbon actif

Le charbon actif constitue une autre solution de traitement avancé, reposant principalement sur des mécanismes d’adsorption.

Son association avec l’ozonation peut permettre de combiner oxydation et adsorption dans une approche multi-barrières.

Le dimensionnement doit tenir compte de la nature des polluants, de la capacité d’adsorption, de la matière organique présente et des coûts de renouvellement du charbon.

 

Ozone et procédés d’oxydation avancée

Pour certaines applications, l’ozone peut également être associé au peroxyde d’hydrogène ou au rayonnement UV afin de favoriser des mécanismes d’oxydation radicalaire.

Ces procédés peuvent être intéressants lorsque les molécules recherchées présentent une faible réactivité avec l’ozone moléculaire.

Leur pertinence doit néanmoins être évaluée en fonction de la consommation énergétique, des réactifs nécessaires et des sous-produits formés.

Pour approfondir cette approche, consultez notre article sur le procédé O₃/UV et l’oxydation avancée de l’eau.

 

Quels sont les avantages potentiels de l’ozonation ?

 

Lorsqu’elle est correctement étudiée et intégrée, l’ozonation présente plusieurs caractéristiques intéressantes :

• Oxydation de nombreux micropolluants organiques : selon leur réactivité et les conditions du procédé.
• Production sur site : l’ozone est généré à la demande, sans stockage de l’agent oxydant produit.
• Intégration dans des filières existantes : sous réserve des adaptations hydrauliques, électriques et de sécurité nécessaires.
• Compatibilité avec certains traitements complémentaires : notamment la biofiltration et le charbon actif.
• Possibilités d’automatisation : régulation de production, instrumentation et surveillance du procédé.

Ces avantages doivent être comparés aux autres solutions disponibles, sur la base de performances mesurées et d’une analyse économique complète.

 

Quelles limites techniques faut-il anticiper ?

 

Une installation d’ozonation ne se résume pas au choix d’une puissance de générateur.

Plusieurs paramètres sont déterminants :

• Le transfert gaz-liquide : la quantité d’ozone produite n’est pas nécessairement celle qui est transférée à l’eau.
• La consommation énergétique : elle doit inclure les équipements de production et d’injection.
• Les sous-produits d’oxydation : certaines réactions peuvent former des composés nécessitant un contrôle ou une étape de finition.
• La formation potentielle de bromates : un risque à évaluer notamment lorsque des bromures sont présents dans l’eau.
• La sécurité : l’ozone gazeux résiduel doit être maîtrisé par des dispositifs adaptés de dégazage, destruction, ventilation et détection.

L’ozonation conventionnelle ne constitue pas non plus une solution générale de destruction des PFAS persistants.

Une étude de faisabilité et, lorsque nécessaire, des essais pilotes permettent de déterminer si l’ozone constitue une solution adaptée.

 

Pourquoi réaliser des essais pilotes d’ozonation ?

 

Les caractéristiques des eaux usées varient d’une station à l’autre et peuvent évoluer au cours du temps.

Des essais de traitabilité permettent d’évaluer les performances dans des conditions représentatives.

Ils peuvent notamment servir à :

• Déterminer les doses d’ozone nécessaires.
• Mesurer l’abattement des substances indicatrices ciblées.
• Évaluer les besoins en oxygène et en énergie.
• Identifier les sous-produits d’oxydation pertinents.
• Étudier l’apport d’une filtration biologique ou d’un charbon actif.
• Préparer le dimensionnement et l’évaluation économique d’une installation industrielle.

OXYTRADING : étude et intégration de solutions d’ozonation

 

OXYTRADING accompagne les professionnels dans l’étude, le dimensionnement et l’intégration de systèmes d’ozonation pour le traitement de l’eau.

Notre approche consiste à analyser les caractéristiques du procédé et les objectifs recherchés afin de déterminer les conditions d’utilisation pertinentes de l’ozone.

En collaboration avec nos partenaires techniques et fabricants, nous pouvons étudier différentes configurations d’équipements, depuis les essais de faisabilité jusqu’à l’intégration de systèmes d’ozonation industriels.

Les exploitants de stations d’épuration, bureaux d’études, intégrateurs et industriels peuvent nous transmettre leurs principales données :

• Débits moyens et maximaux.
• Analyses de l’eau et substances ciblées.
• Objectifs de traitement.
• Description de la filière existante.
• Contraintes d’implantation et d’exploitation.

Ces éléments permettent d’engager une première évaluation technique de la pertinence de l’ozonation.

Contacter OXYTRADING pour étudier un projet de traitement quaternaire par ozonation

 

Références réglementaires et techniques

 

• Directive (UE) 2024/3019 du Parlement européen et du Conseil du 27 novembre 2024.
• Commission européenne — Traitement des eaux résiduaires urbaines.
• Environmental Protection Agency Ireland — Water Treatment Manual: Disinfection.