Résumé
Les procédés d'oxydation avancée (AOPs) sont efficaces pour dégrader simultanément les contaminants émergents préoccupants (CECs, par exemple, les produits pharmaceutiques, les pesticides et les produits de soins personnels), pour inactiver les pathogènes (par exemple, les bactéries, les virus, les protozoaires) et les micro-organismes résistants (par exemple , les bactéries résistantes aux antibiotiques et les gènes de résistance aux antibiotiques (ARB&G)) dans les eaux usées, ce qui en fait l'une des meilleures technologies disponibles pour le traitement tertiaire des eaux usées urbaines. Parmi les AOPs, les procédés d'oxydation hétérogènes de type Fenton (HFOP) sont particulièrement prometteurs en raison de leur coût relativement faible adapté au fonctionnement des stations d'épuration biologique décentralisées (par exemple, une zone humide artificielle) dans les territoires ruraux, et parce qu'ils pourraient être facilement mis en œuvre comme unités de filtration. Pour préserver les nutriments et le carbone dans les eaux usées urbaines traitées, un HFOP reposant sur des espèces réactives non radicalaires hautement sélectives est fortement recommandé. Dans cette thèse, un HFOP basé sur l’activation de péroxydisulfate (PDS) par l'oxyde de cuivre (CuO) a été étudié, car il a été démontré que des espèces radicalaires et non radicalaires se formaient.Dans ce contexte, le mécanisme de fonctionnement du système CuO (10 g/L de taille micrométrique) / PDS (1 mM) en mode batch a d'abord été exploré. Le phénol a été sélectionné comme composé sonde et a été efficacement dégradé. L’ion cupryl (Cu(III)) a été proposé comme étant l’espèce réactive prédominante dans le système conduisant à une réaction de polymérisation du phénol. Ce système est un système fonctionnement majoritairement sans espèces radicalaires et n'est pas significativement affecté par la matière organique dissoute et les ions (par exemple, les ions sulfate et bicarbonate) dans les eaux usées. L'oxydation de plusieurs antibiotiques par Cu(III) a démontré sa sélectivité et son applicabilité.L'évaluation des performances d'inactivation d’agents pathogènes et de microorganismes résistants dans les eaux usées urbaines a été réalisée en mode batch. L'inactivation complète des E. coli, Enterococcus, bactériophages ARN F spécifiques des eaux usées urbaines après un traitement biologique secondaire a été obtenue après un temps de traitement court (15-30 min), une durée plus longue de 120 min s’est avérée nécessaire pour l’élimination des spores de micro-organismes anaérobies sulfito-réducteurs. Une réduction significative des E. coli résistants au sulfaméthoxazole, des ARGs ciblés (blaTEM, qnrS, emrB et sul1) et de gènes liés à la dissémination de la résistance aux antibiotiques (intI1 et IS613) a été également obtenu après le traitement.Afin d’évaluer l’applicabilité, les particules de CuO ont été mises en place dans une colonne à lit fixe pour assurer un temps de contact suffisant entre le liquide à traiter et les particules de CuO. Des granulés de CuO de taille millimétrique ont été utilisés à la place de particules de CuO de taille micrométrique. Les expériences réalisées correspondent aux premiers tests effectués sur l'activation du péroxydisulfate en utilisant des granulés de CuO millimétriques comme catalyseur hétérogène dans une colonne à lit fixe garnie (FBC-CuO). Le FBC-CuO a montré une grande stabilité et avec des performances extrêmement sensibles aux conditions de fonctionnement. Le système FBC-CuO/PDS a démontré une efficacité d'élimination élevée pour les antibiotiques et les agents pathogènes ciblés dans les eaux usées urbaines ayant été traitées au préalable par boues activées, à l'exception des spores de micro-organismes anaérobies sulfito-réducteurs.