Identification et quantification de 81 résidus médicamenteux au sein d'une zone de rejet végétalisée : rétention différenciée des compartiments eau-sol-plantes Identification and quantification of 81 pharmaceutical compounds in a surface flow treatment wetland: Differentiated retention in water-soil-plants

Résumé

La présence de résidus médicamenteux dans les cours d’eau est notamment due à une épuration incomplète de ces derniers dans les stations de traitement des eaux usées (STEU). Leur impact potentiel sur la faune aquatique a été mis en lumière par la féminisation des poissons causée par la présence d’hormones à quelques ng∙L^‑1 dans l'eau. Cette étude fait un focus de plusieurs mois sur les performances d’épuration d’un filtre planté de roseaux à deux étages et écoulement vertical (FPRvv), ainsi que de la zone de rejet végétalisée (ZRV) située en aval du FPRvv. La STEU est dimensionnée pour 808 équivalents habitants et se situe dans le Haut-Rhin, France. La ZRV est de type mare et reçoit les eaux en sortie de FPRvv et les restitue au milieu récepteur; 81 résidus pharmaceutiques y sont recherchés dans les échantillons d’eau, de plantes et de sol. Les résultats mettent en évidence que le nombre de micropolluants a augmenté en période hivernale. Une concentration maximum fut atteinte en novembre 2016 pour l’amitriptyline (antidépresseur) à 2,9 µg∙L^‑1 alors qu’en été ce fut l’alpha éthinylestradiol (contraceptif hormonal) à 54 µg∙L-¹. Le FPRvv a abattu majoritairement entre 30 et 70 % des micropolluants. La ZRV a quant à elle complété cette épuration en abattant là aussi majoritairement entre 30 et 70 % de la pollution en sortie de FPRvv (soit une participation à l’épuration globale comprise entre 30 et 70 %). L’étude des plantes et du sol de la ZRV a mis en lumière que ces matrices captaient des micropolluants et les cumulaient dans le temps. Les concentrations sont de l’ordre du pg∙g^‑1 de matière sèche (plante) ou de boue égouttée. La détection des molécules diffère qualitativement et quantitativement d’une plante à l’autre, laissant supposer un transfert spécifique d’une molécule à une espèce.

Mots-clés :

• Zone de rejet végétalisée,
• filtre planté de roseaux,
• médicaments,
• rendement d’épuration,
• micropolluant,
• saisonnalité

Abstract

The occurrence of pharmaceutical compounds (PHc) in the aquatic environment is due to the incomplete micropollutant removal efficiencies of Wastewater Treatment Plants (WWTPs). As a consequence, some PHc in rivers are known to be responsible for the feminization of male fishes resulting from exposure to waterborne hormones, even at concentrations of a few ng∙L^‑1. This study involved the monitoring of PHc removal efficiencies in a WWTP located in Haut-Rhin, France, over the course of one year. The WWTP is composed of vertical flow constructed wetlands (VFCWs) followed by a surface flow treatment wetland (SFTW). The VFCW is sized to treat 808 people equivalents. Water, plants and soil from the VFCW and SFTW were sampled every two months and 81 PHc were investigated. Initial results show an increase in the number of PHc during winter campaigns, with maximum concentrations reached in November 2016 by amitriptyline (antidepressant) at 2.9 µg∙L-¹. During the summer, ethinylestradiol (hormone) was the highest PHc concentration detected at 54 µg∙L^‑1 in wastewater. VFCW removal efficiencies of PHc ranged from 30% to 70% and were completed by SFTW removal efficiencies (30-70%). Concerning plant and soil samples from the SFTW, PHc concentrations were detected at pg∙g^‑1 levels (10^‑12 g∙g^‑1 of dried plants or sludge). These results illustrate the PHc cumulative abilities of plants and soil. Moreover, the presence and concentrations of PHc compounds depend on plant type, which suggests a specific relationship between PHc compounds and plant species.

Keywords:

• Micropollutant,
• pharmaceutical compounds,
• removal efficiency,
• seasonality,
• surface flow treatment wetland,
• vertical flow constructed wetland