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Mettre en œuvre des technologies durables

Une grande partie des micropolluants sont dégradés après leur passage

your mailbox every day. There is an urgent need to develop new water treatment processes capable of effectively removing organic micro pollutants. Innovative approaches – such as the use of advanced oxi dation technologies (TOA), activated carbon adsorption or membrane separation - are needed to meet the growing challenge of micropollut ant contamination. Advanced oxidation technologies TOAs, such as ozonation and pho to-oxidation processes, have the advantage of non-selectively destroying organic contaminants, whether biotic (bacteria, pathogens) or abiotic (pesticides, pharmaceuti cals), and are therefore a solution to the problem of micropollutants. They consist of the production of extremely reactive chemical species (called “radicals” or “hydroxyl radi cals”) capable of breaking the car bon-carbon bonds that make up the various organic substances. This process leads to the degradation of pollutants in the form of carbon dioxide, water and salts in a process called mineralisation. Some TOA processes, known as photo-oxidative processes, convert light energy into chemical energy to oxidise and break down organic molecules. In the process of heter ogeneous photocatalysis, photons are trapped by a photosensitive material such as photocatalysts (e.g., titanium dioxide or zinc oxide) to induce charges on the surface of the catalyst, which then initiate the production of radical species via oxidation-reduction processes. Photo-oxidation technologies like solar photoreactors are under development and should make it

photo-conversion et leur capacité à absorber le rayonnement visible (45 % du spectre solaire). […] Le projet Aquireuse Notre projet Aquireuse explore une filière de traitement unique en France, qui repose sur une première étape de photocatalyse solaire, sui vie d’une infiltration dans un sol riche en matière organique, qui contribue à dégrader la pollution. En effet, pour certains usages, comme la recharge avec des eaux usées traitées d’une nappe phréa tique qui servira de réserve pour la production d’eau potable, l’eau doit être exempte de micropolluants. La recharge de nappe phréatique par des eaux usées traitées est une pratique encore inconnue en France mais est plus répandue, par exemple en Australie ou en Californie. Elle permet notam ment de lutter contre un phéno mène qui se généralise sur les zones littorales, la « remontée du biseau salé ». Lorsque le niveau des nappes phréatiques situées en bordure de littoral baisse du fait de prélèvements trop intensifs, l’eau de mer s’infiltre et contamine les ressources en eau douce, car l’eau rendue salée devient impropre à notre consommation. Dans le projet Aquireuse, un effluent issu d’une STEU est utilisé pour alimenter un dispositif pilote de photocatalyse solaire où s’opère une première étape de dégradation totale ou par tielle des micropolluants. L’effluent ainsi traité est ensuite envoyé pour une infiltration dans des sédiments où la matière organique du sol va contribuer à l’affinage du traitement en poursuivant la dégradation des micropolluants et des sous-produits issus de la photocatalyse solaire. Les premiers résultats sont très prometteurs : une grande partie des micropolluants sont totalement dégradés après leur passage dans la filière de traitement. Ces résultats sont en cours de publication. Une telle filière, associant un pro cédé durable et une solution fon dée sur la nature, est un exemple d’économie circulaire pour le trai tement de l’eau. ◆

degraded), membrane processes (to remove small pollutants that cannot be filtered by membranes), or even with the solar thermodynamic cycle (to thermally activate the catalysts). The Aquireuse project The Aquireuse project is exploring a treatment process that is unique in France, based on an initial stage of solar photocatalysis, followed by infiltration into soil rich in organic matter, which helps to break down pollution. For certain uses, such as re-injecting treated wastewater into an aquifer as a reserve for drinking water production, the water must be free of micropollutants. Recharging groundwater with treated wastewater is a practice that is still unknown in France, but is more widespread in Australia and California. It helps combat the phenomenon of “saltwater intru sion”. When groundwater levels in coastal areas drop as a result of over-extraction, seawater intrudes and contaminates freshwater resources, making the salty water unfit for human consumption. The Aquireuse project uses effluent from a wastewater treatment plant to feed a solar photocatalysis pilot plant where the first stage of total or partial degradation of micropollut ants takes place. The treated efflu ent is then infiltrated into sediments where the organic matter in the soil helps to refine the treatment by fur ther degrading the micropollutants and by-products of solar photocatal ysis. Initial results are very promis ing: a large proportion of the micro pollutants are completely degraded after passing through the treatment process. These results are currently being published. This combination of a sustainable process and a nature-based solution is an example of the circular econ omy in water treatment. ◆

Pour envisager le déploiement de ces technologies, il est néces saire d’intensifier les performances des photo-réacteurs solaires et d’optimiser l’utilisation de la res source solaire. La ressource solaire disponible pour la photo-oxydation L’exploitation de la ressource solaire constitue en effet un enjeu majeur dans le contexte climatique, énergé tique et environnemental mondial actuel afin d’assurer la transition énergétique. Pour cela, on cherche à mettre en œuvre des technologies durables, à faible coût énergétique, en fonctionnement, grâce à la res source solaire. Cette ressource solaire est variable (à cause des nuages, de l’alternance jour-nuit et des saisons…). Quand on cherche à produire de l’électricité (photovoltaïque), c’est un écueil, car il est coûteux de stocker l’électri cité produite jusqu’au moment où on en a besoin. En revanche, pour le traitement de l’eau, les contaminants peuvent être stockés par adsorption sur des colonnes de charbons ou dans des bassins de rétention d’eau usée, en attendant que le soleil brille. Ainsi, pour développer des instal lations solaires de dépollution de l’eau, on conçoit leur capacité de fonctionnement à l’échelle de l’an née, ou on optimise leur capacité afin de répondre à des besoins ponctuels – saisonniers par exemple pour les zones touristiques. Enfin, le rayonnement solaire se répartit en trois grandes familles de longueurs d’onde : le rayonnement ultraviolet, visible et infrarouge. Les photo-catalyseurs actuellement dis ponibles sur le marché présentent des limites en termes d’absorption du spectre solaire. Aujourd’hui, seule la plage ultraviolette – qui représente seulement 5 % du spectre solaire – est exploitable pour la photocatalyse appliquée au traitement de l’eau. Depuis trois décennies, des études sont menées pour améliorer les performances des matériaux pho tosensibles, avec pour objectif d’augmenter les rendements de

dans la filière de traitement

Implementing sustainable technologies

Micropollutants are likely to degrade with the treatment

possible to use sunlight to break down pollutants. A two-square-metre (22-sq-ft) tubu lar solar photoreactor, coupled with a 300-liter (80-gal) storage tank, has been developed by the Promes laboratory. Research has also been conducted to assess the potential of solar photoreactors for the decon tamination of hospital wastewa ter (pharmaceuticals), agricultural effluents (biocide residues), ground water remediation (solvent residues such as trichlorœthylene), and the treatment of wastewater for agricul tural (irrigation) or industrial use. To deploy these technologies, we need to improve the performance of solar photoreactors and optimise the use of solar resources. The solar resource available for photooxidation In the current global climate, energy and environmental context, har nessing solar resources is a major challenge to ensure the energy tran sition. To achieve this, we need sus tainable, low-energy cost technolo gies using solar resources. This solar resource is variable (due

to weather, day and night, the sea sons, etc.). In the case of photovoltaic electricity production, this variabil ity is an issue as it is expensive to store electricity produced until it is needed. For water treatment, on the other hand, pollutants can be stored by adsorption in carbon columns or in sewage retention basins while waiting for the sun to shine. We develop solar water treatment systems that can operate all year round, and optimise their capacity to meet specific needs, such as sea sonal requirements in tourist areas. Finally, solar radiation is divided into three major wavelength fam ilies: ultraviolet, visible, and infra red. The photocatalysts currently available on the market are limited in their absorption of the solar spec trum. Today, only the ultraviolet range - which represents only 5% of the solar spectrum - can be used for photocatalysis applied to water treatment. Over the past three dec ades, research has been conducted to improve the performance of pho tosensitive materials with the aim of increasing photoconversion yields and their ability to absorb visible radiation (45% of the solar spec trum). With this in mind, the chal lenge now is to increase the capacity of existing processes, improve water quality, and reduce the energy costs of plants. To achieve this, the future of advanced oxidation technologies lies in coupling them with other processes: biological processes (to remove “biorecalcitrant” pollutants, i.e., those that cannot be biologically

AUTEURS Gael Plantard , professeur des universités en chimie des matériaux, université de Perpignan. Julie Mendret, maître de conférences, HDR, université de Montpellier. AUTHORS Gael Plantard, Professor of Materials Chemistry, University of Perpignan. Julie Mendret, Senior Lecturer, HDR, University of Montpellier.

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