Les sources à l’origine d’une pollution diffuse dans les eaux de surface sont nombreuses (industrie lourde, résidus pharma ou cosmétiques, pesticides… ), avec des conséquences néfastes en matière d’environnement et de santé. Malgré les efforts, seul un certain pourcentage de micropolluants est aujourd’hui dégradé dans les stations d’épuration. Il est donc important de développer des technologies innovantes pour améliorer la qualité des eaux de surface et souterraines. Afin d’accentuer les efforts et parce que le défi est urgent, une Directive européenne « Epuration » (91/271) est en cours de révision, à un stade avancé depuis l’adoption de la proposition par la Commission et son examen approfondi par le Parlement Européen. Comme attendu, la proposition renforce les normes de qualité pour les eaux usées traitées, ce qui contribuera directement à l’amélioration de la qualité des masses d’eau et à la préservation des écosystèmes aquatiques. Plus restrictive sur les rejets en azote et phosphore (traitement tertiaire), la révision impose un traitement supplémentaire afin d’éliminer le spectre le plus large possible de micropolluants (traitement quaternaire). Après un rappel du contexte règlementaire actuel, cette rencontre-conférence permettra d’en savoir davantage sur les développements en cours à l’Université de Liège, ainsi que sur des procédés industriels innovants, d’ores et déjà d’application pour améliorer la qualité des eaux.

1. Jeudi, 16 novembre 2023
Le point sur les traitements d’eau adaptés aux
micropolluants organiques et inorganiques
Stéphanie Lambert, Professeure (Faculté des Sciences Appliquées,
Chemical Engineering, ULiège)
Olivier Henriet, Process Manager (John Cockerill)
Xavier Wattiez, Chargé de Recherche (Prayon)
Stéphane Nonet, Directeur (Cebedeau)

2. LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :

3. 1
Research Unit
Chemical Engineering
Nanomaterials, Catalysis &
Electrochemistry
Stéphanie Lambert
stephanie.lambert@uliege.be
www.chemeng.uliege.be

4. Faculty of Applied Sciences (Engineering)
4 Departments
- Aeropace and Mechanical Engineering
- ArGEnCo : Architectural, Geological, Environmental and Civil
Engineering
- Electrical Engineering and Computer Sciences
- Chemical Engineering
2 groups, ~ 80 people
Nanomaterials, Catalysis, Electrochemistry
(Dr C. Gommes, Pr B. Heinrichs, Pr N. Job, Pr. S. Lambert)
Environment, Energy, Reactors, separations
(Dr. MN. Dumont, Pr A. Léonard, Pr. G. Léonard, Pr. A. Pfennig, Pr D. Toye)

5. RESEARCH FIELDS
Batteries
Electrolyte + separator
Lithium (metallic)
Current collector
Anode or cathode
material
Fuel cells
Models for
porous materials
NCE
Nanomaterials
for …
Photocatalysis
Shaping of materials
Catalytic processes
Functionnalized
(bio)materials
G : 40 ×
0,05 mm

6. Advanced Oxidation
processes

7. Combinaison de l’ozonation ET/OU de la photocatalyse sous UV (ZnO/TiO2)
ET/OU de l’adsorption sur charbons actifs
Mechanical
treatment
Biological
treatment
Final
clarification
Ozonation Photocatalytic
treatment
GAC
filtration
Dégradation complète et totale de tous les micropolluants présents
sans résidus toxiques

8. 06/07/
14
Ozonation
Réaction directe (O3
•
)
Potentiel d’oxydation : 2,07 eV
Réaction indirecte (•OH)
Potentiel d’oxydation : 2,86 eV
Avantages Désavantages
Temps de contact très courts Sous-produits parfois toxiques
Désinfection des eaux Sécurité d‘utilisation requise
Implémentation facile – Faibles espaces
requis
Manque de spécificité
O3

9. 7
Photocatalyse – ZnO ou TiO2
Avantages Désavantages
Implémentation facile Temps de contact parfois long
Utilisation de la lumière solaire possible Sous-produits toxiques
3.2 eV Charges
recombination
Valence band
Conduction band
h+
vb
e-
cb
5-8%
UV light (λ ≤ 387 nm )

10. Synthèse de photocatalyseurs

11. Mise en forme
5 cm
5 cm
P
C
Sc
205 mm x 235 mm

12. Pilote chez Celabor
(Agrozone avec O3 et/ou UV-C)
• Volume = 180 L
• Débit de la pompe = 500 L/h
• Générateur O3 = 8 à 60 g/h

13. 06/07/
14 11
Résultats
Concentration
résiduelle
(%)

15. European project CORNET AOP-Ti
Waste water treatment
plant of Duisburg in
Germany : 350 000 EH
(5 m3/h)
Temps de contact total à
l’intérieur des 2
réacteurs : 4,3 secondes

16. European project CORNET AOP-Ti
LOQ = limit of quantification EQS = Environmental Quality Standard
Very good good moderate unsatisfying bad
< ½ EQS ½ EQS – EQS EQS – 2 EQS 2 EQS – 4 EQS > 4 EQS
Substance EQS Median influent
concentration
(AOPTi plant)
Elimination of
the total system
Median effluent
concentration
(AOPTi plant)
n n < LOQ
µg/L µg/L % µg/L
1H-Benzotriazol 10 5.6 ± 0.55 98 0.088 ± 0.027 5 2
Carbamazepin 0.5 1.7 ± 0.35 > 99 < 0.03 5 5
Clarithromycin 0.1 0.12 ± 0.013 > 91 < 0.03 5 5
4N-Acethylsulfamethoxazol 0.1 0.013 ± 0.012 > 80 < 0.03 5 5
Diclofenac 0.05 2.6 ± 1.1 > 99 < 0.015 5 5
Metoprolol 7.3 0.62 ± 0.05 > 99 < 0.03 5 5
Sulfamethoxazol 0.6 0.62 ± 0.25 > 99 < 0.03 5 5
Terbutryn 0.065 0.014 ± 0.002 > 62 < 0.03 5 5
Iohexol 0.1 0.69 ± 0.59 > 95 < 0.1 5 5
Iopromid 0.1 1.7 ± 0.70 > 99 < 0.01 5 5
PFOS 0.00065 0.019 ± 0.017 89 0.0017 ± 0.0008 3 0

17. Photocatalyse sous lumière visible
Disinfection of
waters :
E. Coli,
Enteroccoccus,
…

18. Synthèse des coatings ZnO dopés
Home-made spray-coating
16
Solution
Tête de
spray
Spray
Pressurized Air
Support
chauffé
Inox 316L
Déplacement
Nebulized solution

20. Projets wallon GREENWIN BlueV et
européen CORNET BACZEREAU
Support - Simulation flow - Prototype
Re : 39190 [-]
Régime turbulent
=> Modèle le plus
courant
de simulation des
fluides en régime
turbulent
-Modèle K-epsilon

21. Test d'efficacité – Prototype - Colorants
19
𝝉 = 3.1 s
𝝉 = 6.9 s 𝝉 = 4.5 s 𝝉 = 0.58 s
Projets wallon GREENWIN BlueV et
européen CORNET BACZEREAU

22. Active adsorption
processes

23. Electro(photo)catalyse
Dr. Julien Mahy : chargé de recherches FNRS

24. Electro(photo)catalyse
n Production of H2O2 (determination of process
parameters) – Research stay in Quebec (2022-2023)
q Set up of electrochemical device and production of H2O2 with
carbons (XC4, XC5, XC6, and XC7) – I = 0.1 A
↑ Surface
spécifique, [H2O2]↑

25. Adsorption de micropolluants sur argiles
fonctionnalisées – Co-tutelle Université Yaoundé

26. Argiles fonctionnalisées
Argile brute Argile/ZnO Argile/ZnO/Cu2+
Marlène Huguette
Tsaffo Mbognou
Doctorante en cotutelle

27. Argiles fonctionnalisées
0
50
100
150
200
250
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Adsorbed
Volume
(cm
3
/g)
Relative pressure (P/P0)
KAO
KAO-HCl
MK-600°C-HCl
MK-700°C-HCl
MK-800°C-HCl
Pierre Ngue Song
Doctorant

28. Conclusions et perspectives
§ Différents procédés ne sont pas concurrents mais COMPLEMENTAIRES
- Agents de contraste : 100 % de dégradation avec AOPs
50 % de dégradation avec biofiltration
- Metroprolol : 95 % de dégradation avec biofiltration
80 % de dégradation avec AOPs
§ Evaluation de la nature des micropolluants et de leur concentration, de la nature de
l’eau à traiter (pré-traitements)
§ Moment charnière entre les tests à l’échelle pilote et la réalité du terrain !
Ratio à évaluer « Coût du traitement/temps de traitement »