Microplastiques dans les eaux usées : production de microplastiques de laboratoire et efficacité d'enlèvement dans les procédés de traitement des eaux usées primaires avancés

«Au cours des dernières décennies, les avancées en chimie analytique ont permis de détecter de nombreux contaminants émergents dans les milieux aquatiques, notamment les produits pharmaceutiques, les produits de soins personnels, les surfactants, les PFAS et, plus récemment, les microplastiques (MP) (Jose et al., 2024). Les microplastiques sont définis comme des particules solides synthétiques ou des matrices polymériques, de forme régulière ou irrégulière et de taille comprise entre 1 μm et 5 mm, d’origine primaire (produits directement en petite taille) ou secondaire (issus de la fragmentation d’objets plastiques) (Boucher & Friot, 2017; Frias & Nash, 2019). Les stations d’épuration des eaux usées plus positivement appelées « Station de récupération des ressources de l’eau (StaRRE) » représentent une voie majeure de transfert des MP vers les milieux aquatiques, principalement en raison des volumes importants d’eaux usées traités et de l’absence de procédés spécifiquement conçus pour les enlever ou les traiter complètement. Cette étude vise à évaluer l’efficacité d’enlèvement des MP lors du traitement primaire avancé (physico-chimique), procédé représentant environ 53 % du débit municipal traité au Québec. Deux types de MP couramment observés dans les eaux usées ont été retenus : des fibres de polyester et des particules de caoutchouc à cause de leur abondance dans les océans et les StaRRE. Afin de mieux refléter les conditions environnementales réelles, les MP ont été produits à partir de biens de consommation plutôt que de microplastiques commerciaux. Deux méthodes de quantification ont été comparées : (i) la stéréo microscopie couplée à l’analyse d’images avec ImageJ et (ii) la microscopie numérique (Keyence) avec comptage automatisé des plastiques. La microscopie numérique a permis une visualisation complète des filtres et un comptage plus fiable, et a donc été retenue pour l’ensemble des analyses. Des essais de coagulation/floculation ont été réalisés sur des eaux usées réelles échantillonnées dans les StaRRE partenaires dans lesquelles étaient injectés le polyester (~ 4 mg/L) et le caoutchouc (~40 mg/L). Des abattements élevés (> 90 %) ont été obtenus pour le polyester avec l’utilisation de coagulants seuls, indépendamment du type de coagulant. L’ajout de faibles doses de polyacrylamide (0.1 mg/L) a rendu les tendances d’abattement des MP similaires à celles des matières en suspension (MES), avec des diminutions observées (80-85 %) dans certains cas à des doses moyennes ou élevées. Pour le caoutchouc, un conditionnement préalable s’est révélé nécessaire. Celui-ci consiste à injecter les particules dans les eaux usées, puis à effectuer un mélange à l’aide d’un rotateur de bouteilles pendant une période de 18 à 24 heures. Cette étape a ensuite permis d’atteindre des abattements supérieurs à 95 %. Bien que les StaRRE ne soient pas spécifiquement conçues pour traiter les MP, les résultats de cette étude démontrent que le traitement primaire avancé peut contribuer efficacement à réduire les concentrations de certains types de MP présents dans les eaux usées municipales, contribuant ainsi à diminuer sans toutefois éliminer leur rejet dans l’environnement.»

Abstract

«Over the last decades, advances in analytical chemistry have enabled the detection of numerous emerging contaminants in aquatic environments, including pharmaceuticals, personal care products, surfactants, PFAS, and more recently microplastics (MPs) (Jose et al., 2024). Microplastics are defined as “synthetic solid particles or polymeric matrix with regular or irregular shape and with size ranging from 1 μm to 5 mm, originating either from manufactured small particles (primary MPs) or from degradation of larger plastics (secondary MPs) (Boucher & Friot, 2017; Frias & Nash, 2019). Wastewater treatment plants (WWTPs) represent a major pathway for the release of MPs into aquatic ecosystems, primarily due to the large volumes of wastewater treated and the absence of processes specifically designed for their complete removal. This study aims to evaluate the removal efficiency of MPs during Chemically Enhanced Primary Treatment (CEPT), a treatment that accounts for approximately 53% of municipal wastewater flow in Quebec. Two common types of MPs found in wastewater were selected: polyester fibers and rubber particles. To better represent real environmental conditions, MPs were produced from consumer materials rather than using commercial microplastics. Two quantification approaches were compared: (i) stereomicroscopy coupled with ImageJ analysis, and (ii) digital microscopy (Keyence) with automated particle counting. The digital microscope allowed complete visualization of filters and particles counting and was therefore selected for use throughout the project. Jar tests were performed on real wastewater samples spiked with polyester (~ 4 mg/L) and rubber (~40 mg/L). High removal efficiencies (>90%) were obtained for polyester using coagulants alone, regardless of coagulant type. When low doses of polyacrylamide flocculant (0.1 mg/L) were added, MP removal trends followed those of total suspended solids (TSS), with efficiencies decreasing to approximately 80-85% in some cases at moderate or high coagulant doses. For rubber particles, direct spiking resulted in flotation. However, pre-conditioning the rubber in wastewater for 18-24 hours significantly improved removal, resulting in efficiencies higher than 95%. Although WWTPs are not specifically designed to target the removal of MPs, the findings of this study demonstrate that CEPT processes can achieve a significant reduction of certain types of MPs commonly found in wastewater, thereby lowering, but not eliminating their release to the environment.»