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Séminaire CIPEL-HUG - 4. Christa MC ARDELL, EAWAG

06/11/2013

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Le traitement des rejets hospitaliers

Eawag: L'Institut de Recherche de l'Eau du Domaine des EPFEawag: Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology

Christa S. McArdellDépt. Chimie Environnementale, Eawag

[email protected]

Questions

Les questions les plus importantes:o Le traitement des rejets hospitaliers: est-ce possible et

ll d lité ?avec quelles modalités?o Quel est le résultat du traitement des rejets hospitaliers?

Résultats de deux études au sujet du traitement des rejets d’établissements de soins:o Projet national conduit à l’hôpital cantonal de Baden

McArdell, CIPEL/HUG séminaire, Nov 6 2013

o Projet national conduit à l hôpital cantonal de Baden, canton d’Argovie

o Projet international (InterReg IVB) PILLS “Emission et élimination des médicaments de sources locales”


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L’hôpital cantonal de Baden• 346 lits occupés, 233 m3/j = 673 L/lits.j

zone de service ≈ 250‘000 habitants• cuisine; blanchisserie (pas connectée à

l’installation pilote)• Services clinique et médical:• Services clinique et médical:

Opération, urologie, oto-rhino-laryngologie, oncologie, dialyse, gynécologie, pédiatrie, neonatologie, pathologie, radiologie, rhumatologie

consommation: 1402 kg/anrejets: 856 kg/an

Estimation de la part évacuée de la quantité consommée:

0.2-1.2% Contrast media


Iopamidol 3741 µg/LMacrogol 1383 µg/LAmoxicillin 777 µg/L4-Methylaminoantipyrine 232 µg/LMetformin 51 µg/LThiopental 31 µg/LLevetiracetam 13 µg/L

4%

59%17%

17%

Laxatives

Antibiotics

Analgesics+Antiphlogistics

Antidiabetics

Anaesthetics

Antiepileptics

Drugs for gastrointestinal disorders

Others

Schéma de l’installation pilote à Baden

AFFLUENT RECYCLINGCharbon actif en poudre (CAP)0.2 m3

traitement physique/biologique

ANOX-BRM0.5 m3

PC0.5 m3

PERMEATE0.25 m3

OX-BRM1 m3

AIR&OZONE

OZONATION0.0045 m3


BIOREACTEUR A LIT FLUIDISE

0.2 m3

Traitement avancé


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Arzneirückstände in der aquatischen Umwelt

PILLS partenariat

Glasgow

Luxemboug

Essen

Zwolle

• Projet InterReg IVB de l’Europe du Nord-Ouest

• 2 associations

• 2 universités

• et 2 centres de recherche

Dr. Nafo Folie 6

Limoges

Zürich

Luxemboug• et 2 centres de recherche

• Budget: 8.0 Million Euro

• Durée du projet: 2008 – 2012

• www.pills-project.eu/


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Arzneirückstände in der aquatischen Umwelt

TechnologieSchéma des installations pilotes

chel

le

.2 m

³/jou

r

Sui

sse

À p

etite

éc

éche

lle

11-

3 m³/j

our

200 m

³/jou

r

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uxem

bour

g

Dr. Nafo Folie 7

À g

rand

e é

240 m

³/jou

r

Pays

Bas

A

ll

Traitement biologique

STEPconventionnelle

Traitement avancé

Décanteur primaire Traitement biologique

Effluent DE NL CH LU

COD mg/L 31 23 30 27

DOC mg/L 11.0 8.7 7.0

Ptot mg/L 2.0 9.3 5.3

PILLS pilotesTraitement

avancéBRM

o Une inhibition de la nitrification n’a pas été observéeo Une excellente qualité d’effluent peut être obtenue (C-, N-, (P-) élimination) o AOX > 0,08 mg/l à cause de grandes charges en substances de contraste iodéeso Désinfection et qualité des eaux de baignade atteinte grâce aux membraneso Pré-traitement approprié pour le traitement avancé

Ntot mg/L 3.3 53.0 3.8 (NH4+NOx) 17.0


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Elimination des médicaments avec BRM

DE%

NL%

CH%

LU%

n=6 n=6 n=3 n=2Diclofenac 18 35 ±21 -5 ± 3 44Naproxen 90 97 ±2 n.a. 34C b i 29 63 73 6 12 10Carbamazepine -29 -63±73 -6 ± 12 10Atenolol 94 89±6 99 ± 1 80Bezafibrate 95 98 >91 n.a.Lidocaine n.a. 79 ±21 56 ± 13 20Ciprofloxacin n.a. 79 ±7 51 ± 13 -3Clarithromycin 98 34 ±43 50 ± 12 50

Sulfamethaxozole 13 85 ±11 7 ± 57 -76

Sulfamethaxozole&N4-Acetylsulfamethoxazole

n.a. n.a. 36 ± 28 91

Erythromycin 90 -3 ±82 <60 >98 ≥ 80 %I i t tDiatrizoate -12 -460±800 -5 ± 16 n.a.

Iopamidol 31 n.a. -29 ± 218 n.a.Iopromide 38 n.a. 31 ± 2 n.a.Cyclosphosphamide n.a. 26 ±19 <20 13

Ifosfamide n.a. -780±1200 <LOD <LOQ

Les médicaments ne sont pas suffisamment éliminés (comparable avec le traitement dans une STEP conventionnelle )

Inconsistant≤ 50 %

Elimination des médicaments avec l‘ozone

DE%

NL%

CH%

CH%

LU%

g O3/g DOC 0.45 1 1.08 0.64 1.28Diclofenac >95 99 7 100 100 99Diclofenac >95 99.7 100 100 99Naproxen >60 90 n.a. n.a. >88Carbamazepine 88 99,7 >99 >99 >99Atenolol >17 97 >23 >23 >95Bezafibrate >57 n.a. 87 n.a. n.a.Lidocaine n.a. 99 >98 >98 >99Ciprofloxacin n.a. 99.9 100 100 91Clarithromycin 80 n.a. 100 100 >97Sulfamethaxozole 97 99 99 96 >99Erythromycin1) >90 n.a. >93 >93 >33y yDiatrizoate 21 45-60 16 7 n.a.Iopamidol 43 n.a. 55 31 n.a.Iopromide 0 n.a. 60 37 n.a.Cyclosphosphamide n.a. 78-85 57 33 58Ifosfamide n.a. 80-90 62 20 n.a.

≥ 80 50 - 80 ≤ 50


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Elimination des médicaments avec l‘ozone (2)Pas ou peu de réactivité avec l’ozone. Fractions: amines primaires, groupe nitro, amideRéactivité médiocre avec l’ozone. Fractions: amines secondaires, thioether, anisoleRéactivité rapide avec l’ozone. Fractions: olefine, phenol, aniline, thiophenol, thiol (deprotoné), amines tertiaires


Kovalova et al. Environ. Sci. Technol. (2013)Lee et al. (2013) in preparation for Wat. Res.

Elimination des médicaments avec l‘ozone (3)

0.8

1.0

Benzotriazole Cyclophosphamid Diatrizoate

Elim

inat

ion

(1-c

/c0)

0.0

0.2

0.4

0.6

FluconazolGabapentinIfosfamidIomeprolIopamidolIopromid Ioxitalamic acidLevetiracetamMetronidazolN4-AcetylsulfamethoxazoleOxazepamPrimidoneRitalinic acidValsartan4-Formylaminoantipyrine4-Methylaminoantipyrine

Kovalova et al. Environ. Sci. Technol (2013)


Transfered O3 dose [g O3/g DOC]

0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2

o Dose raisonnable d’ozone: 0.5 – 1.0 gO3/gDOC (4-8 mg/L)o Dépendant de la composition des eaux usées (composés globaux)o Pas de minéralisation – Formation des produits transforméso L’addition de H2O2 n’améliore pas les résultats


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Elimination des médicaments avec UV, UV/H2O2 ou UV/TiO2

NL CH CH LU LU LU LUMoyenne pression/ basse pressionlampe

MP LP LP LP LP MP MP

UV/H2O2 UV/TiO2 UV UV UV/H2O2 UV UV/H2O2

Fluence (J/m2) 6440 2754 7425 29700 29700 101250 101250

H2O2 (g/L) - - - - 1.1 - 1.1

Diclofenac 97 90 >98 >99 97 >99 >99Naproxen 50 n.a. n.a. n.a. >94 n.a. n.a.Carbamazepine n.a. 2 1 21 94 81 97

Atenolol 23-50 0 0 <LOQ 89 >84 <LOQ

≥ 80 > 30 < 80 ≤ 30

o Elimination seulement avec de grandes intensités lumineusesBezafibrate 25 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.

Lidocaine -86 2 5 21 87 83 99Ciprofloxacin 72 35 57 n.a. 93 n.a. n.a.Clarithromycin 17 7 14 7 85 84 >99Sulfamethaxozole 48 50 85 79 82 >98 >99Erythromycin*1) 21 0 10 n.a. n.a. n.a. n.a.Diatrizoate 32-58 73 96 n.a. n.a. n.a. n.a.Iopamidol n.a. 41 92 n.a. n.a. n.a. n.a.Iopromide n.a. 63 92 n.a. n.a. n.a. n.a.Cyclosphospham. 9 3 0 -3 70 58 >75Ifosfamide 3-15 0 n.a. <LOQ <LOQ <LOQ <LOQ

intensités lumineuseso Meilleure élimination

avec addition de H2O2

o Lampe basse pression meilleure que lampe moyenne pression

Elimination des médicaments avec charbon actif en poudre (CAP) et en grains (CAG)

DE%

CH%

CH%

NL%

CAP-SF CAP-UF CAP-UF CAGdosage CAP (mg/L) 20 23 43 -Bed volume CAG 1200Bed volume CAG 1200

Naproxen >54 n.a. n.a. >93Diclofenac 59 98 99 98Lidocaine n.a. 100 100 >98Cyclosphosphamide n.a. 73 >73 >97Ifosfamide n.a. >60 >60 >97Ciprofloxacin n.a. >99 >99 >99Clarithromycin >80 100 100 >99Erythromycin1) >90 >88 >88 >99Sulfamethaxozole 12 33 62 >96Di t i t 1 14 18 98

o Bonne élimination avec 20 mg/L CAP

o L’élimination avec CAG n’est pas mieux qu’avec CAP, car elle dépend de taille et du volume de lit

Diatrizoate 1 14 18 98Iopamidol 23 69 80 n.a.Iopromide 0 85 91 n.a.Carbamazepine >72 99 100 98Bezafibrate >59 >86 >86 n.a.Atenolol >7 >88 >88 >97

≥ 80 > 30 < 80 ≤ 30

du réacteuro Les médicaments sont

adsorbés, pas transformés


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Performance d’un réacteur charbon actif en grains (CAG) (frais)Resultats pour 1200 volumes de lit:

o Pas de “breakthrough” après 1200 volumes de lit

Comparison de l’élimination entre CAP et ozoneElimination moyenne:

substances autrede contrast

CAP 61% 86%Ozone 50% 90%

McArdell, CIPEL/HUG séminaire, Nov 6 2013 Kovalova, ES&T 2013


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Analyse des coûts

BRM

EUR/m³

CAG

EUR/m³

O3

EUR/m³

UV/H2O2

EUR/m³

Coûts d’invest-issement 3.25 0.10 0.15 0.30

AllemagneRapport PILLS (2012)

issement

Coûts variable 1.45 0.20 0.10 0.20

Coûts totaux 4.70 0.30 0.30 0.50

BRM O (10 mg/L) BRM CAP (20 mg/L)BRM – O3 (10 mg/L)

CHF/m³

BRM – CAP (20 mg/L)

CHF/m³

Coûts totaux (15 ans, avec bâtimentexistant)

2.90 3.20

Suisse, calculs deHunziker Betatech AGKovalova et al. (2013)

Arzneirückstände in der aquatischen UmweltPrincipaux résultats des tests écotoxicologiques:Batterie de biotests avec différents organismes

o L’eau usée de l’hôpital était plus toxique que l’eau usée municipale

T47D

o Le traitement biologique dans un BRM a considérablement diminué les effets toxiques

o Le traitement avancé par CAP ou CAG a réduit la toxicité des eaux usées, mais l'effluent peut encore contenir des composés toxiques pour les algues.

o L’ozonation réduit considérablement les effets antibiotiques et oestrogéniques des eaux de l'hôpital. Cependant, une augmentation de la toxicité est détectée pour les algues et les invertébrés (daphnies, escargots, vers).

ff f ( f

Dr. Nafo Folie 18

o Un post-traitement des effluents ozonés dans un biofiltre (p.ex. filtre à sable avec activité biologique) réduit les effets négatifs des produits d'oxydation de façon significative, mais ne les supprime pas totalement (p.ex. des effets toxiques sur les algues). Un post-traitement du traitement UV des effluents par filtration CAG a supprimé les effets négatifs.

D'autres études sur l'élimination de produits d'oxydation après le processus d'ozonation sont nécessaires.


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Résuméo La faisabilité du traitement des eaux usées hospitalières a été démontrée avec succès

(aucune inhibition de la nitrification a été observée)o Un bioréacteur à membrane (BRM) est une technique de pré-traitement appropriéeo Les technologies de traitement avancées pour éliminer les médicaments sont prêtes

(ozonation ou charbon actif). L'efficacité d'élimination dans le traitement des eaux usées h it liè t bl é lt t l t it t d é i i lhospitalières sont comparables aux résultats pour le traitement des eaux usées municipales.

o Post-traitement avec un filtre biologique est recommandé après ozonation pour éliminer les produits de transformation. Davantage de recherches sont nécessaires.

o Les coûts sont légèrement plus élevés pour le CAP (3,20 CHF/m3) que pour l’ozonation (2,90 CHF/m3) et 30-45% plus élevés que le traitement avancé des eaux usées municipales (2,20 CHF/m3).

o Le traitement des eaux usées à l'hôpital est financièrement intéressant si des taxes élevées de concession s'appliquent pour les eaux usées, par exemple, comme dans le cas de Waldbröl, Allemagne (Beier 2010).


o La réutilisation des eaux usées traitées pour le jardinage est possible (baisse de la consommation d'eau potable)

o Le traitement à l'hôpital permet d'éviter les rejets d'eaux usées brutes par les déversoirs d’orage et l'exfiltration des eaux usées par les réseaux d'égouts.

o Les hôpitaux sont des «hot-spots» pour les bactéries résistantes et multi-résistantes aux antibiotiques

Traitement sur place représente une barrière efficace

Financement et remerciements• Projet InterReg IVB de l’Europe du Nord-Quest PILLS (www.pills-

project.eu), en Suisse financé par Office fédéral du développement territorial (ARE), co-financé par le budget 2 du PNR

• Office fédéral de l’environnement OFEV• Canton Suisse Argovie Berne Bâle campagne Genève Saint Gall• Canton Suisse Argovie, Berne, Bâle campagne, Genève, Saint-Gall,

Schaffhouse, Soleure, Schwyz, Thurgovie, Vaud et Zürich • SEFRI (Secrétariat d’Etat à la formation, à la recherche et à l'innovation)

avec COST Action 636 "Xenobiotics in the Urban Water Cycle"• EU Projet Neptune (Contract No 036845, SUSTDEV-2005-3.II.3.2),

Sixth Framework (FP6-2005-Global-4) • Partenaire dans le projet PILLS• Prof. A. Reller (Augsburg), projet avec la fondation Schwyzer• M. Thomann (Holinger AG) & J. Schebesta (Picatech Huber AG)


• R. Moser (Hunziker Betatech AG) • A. Eggmann, H. Wernli, M. Bellafiore (Hôpital cantonal Baden)• T. Schwartz (KIT Karlsruhe)• C. Kienle (Ecotox Center, Eawag)• L. Kovalova, J. Eugster, M. Hagenbuch, A. Wittmer, H. Siegrist, B. Escher,

R. Fankhauser, C. Frank, R. Itten, M. Kipf, D. Kistler, M. Koller, K. Kuroda, C. Ort, J. Reiner, H. Singer, K. Treyer, D. Weissbrodt (Eawag)

4 mcardell cipel 2013 franc final [mode de …...2013/11/04 · séminaire cipel-hug - 4. christa...

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