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Séminaire CIPEL-HUG - 4. Christa MC ARDELL, EAWAG
06/11/2013
1
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
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”
Séminaire CIPEL-HUG - 4. Christa MC ARDELL, EAWAG
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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
McArdell, CIPEL/HUG séminaire, Nov 6 2013
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
McArdell, CIPEL/HUG séminaire, Nov 6 2013
BIOREACTEUR A LIT FLUIDISE
0.2 m3
Traitement avancé
Séminaire CIPEL-HUG - 4. Christa MC ARDELL, EAWAG
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McArdell, CIPEL/HUG séminaire, Nov 6 2013
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/
Séminaire CIPEL-HUG - 4. Christa MC ARDELL, EAWAG
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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
emag
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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
McArdell, CIPEL/HUG séminaire, Nov 6 2013
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)
McArdell, CIPEL/HUG séminaire, Nov 6 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.
Séminaire CIPEL-HUG - 4. Christa MC ARDELL, EAWAG
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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).
McArdell, CIPEL/HUG séminaire, Nov 6 2013
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)
McArdell, CIPEL/HUG séminaire, Nov 6 2013
• 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)