Résumé
La croissance démographique rapide et l'urbanisation ont augmenté la pression sur les ressources en eau, nécessitant des réglementations strictes et des solutions de traitement des eaux usées innovantes. Les amendements récents aux directives environnementales soulignent l'urgence d’améliorer le processus d’élimination des micropolluants et de l'efficacité énergétique dans les processus de traitement des eaux usées. Alors que les processus membranaires anaérobies ont montré un potentiel dans la dégradation des micropolluants à travers des membranes de microfiltration/ultrafiltration (MF/UF), les exigences opérationnelles en énergie pour le passage de l'eau restent prohibitivement élevées (par Aslam, et al en 2022). Cela souligne l'importance de la recherche, de l'innovation technologique et de l'application d'installations de traitement avancées garantissant l'élimination efficace des matières organiques et des micropolluants des eaux usées tout en minimisant la consommation d'énergie, convergeant ainsi vers l'objectif de neutralité énergétique et conduisant vers un avenir plus durable et résilient dans la gestion des eaux usées (par Sanchez, et al 2022). Dans ce contexte, cette étude présente une approche pour répondre aux réglementations environnementales en constante évolution, en se concentrant sur une configuration de Réacteur Biologique à Membrane Anaérobie (AnMBR) intégrant un traitement biologique et une électro-oxydation pour une élimination efficace des micropolluants organiques réfractaires combinée à une récupération d'énergie à partir des eaux usées urbaines.La configuration expérimentale, construit à l'Institut Européen des Membranes de l'Université de Montpellier, comporte un réservoir en PVC transparent et étanche d'un volume liquide de 6,2 L, accompagné d'un espace de tête gazeux de 2,2 L, abritant un réacteur AnMBR. Ce dernier est doté d'une membrane d'ultrafiltration en polyéthersulfone (pore de taille 0,04 μm) et intègre deux systèmes électrochimiques : le système MEC externe vise à améliorer les performances de l'AnMBR, tandis que le système d'électro-oxydation interne cible spécifiquement la dégradation des micropolluants, utilisant une anode catalytique en diamant dopé au bore (ou en titane platiné) pour ses capacités oxydatives et sa stabilité. Inoculé avec des granules de boues anaérobies, le système traite une solution synthétique complexe (sCOD de 224 ± 65 mg/L), avec une concentration de 1 μg/L en diuron, carbamazépine et acide perfluorooctanesulfonique. Le système AnMBR-MEC fonctionne avec un temps de rétention hydraulique de 13 heures, un taux de charge organique de 0,5 kgCOD/m3.j, et une électro-oxydation variable de 1 à 5 heures à 0,5-0,8 V pour l'AnMBR-MEC et à 1,6 V pour l'électro-oxydation. Un suivi continu mesure la température, le pH, le potentiel d'oxydoréduction, les pressions atmosphériques, d'espace de tête et transmembranaires. L'évaluation des performances, comparée à un AnMBR témoin, comprend la production de biogaz, la dégradation des micropolluants, la toxicité, le colmatage des membranes et la microbiologie.Le réacteur, illustré dans la Figure 1, est conçu pour un système découplé. Son évaluation exhaustive, présentée à travers des indicateurs clés dans la Figure 2, met en lumière les améliorations de performances potentielles de l'e-GAnMBR par rapport au contrôle AnMBR, tel que dérivé de la littérature. En abordant les principaux défis tels que le colmatage des membranes et la consommation d'énergie, cette approche offre une voie durable pour l'élimination efficace des micropolluants, contribuant ainsi à la conformité avec les réglementations environnementales en évolution.