Programme EAU1-Etude des risques liés à la dégradation des eaux de surface en zone urbanisée (Sud Ouest de Hanoi)2-Traitement des eaux

NATIONAL CENTER FOR SCIENCE AND TECHNOLOGY

CoordinationG. VACHAUD DRCE CNRS, Chargé de Mission Dept SDU-CNRS, assisté de B. LEGUBE, Professeur, Université de Poitiers

NGUYEN The Dong, Directeur Institut de technologie de l’Environnement, CNSTV, Hanoi, assisté de CHAU Van Minh, Directeur Adjoint, Institut de Chimie des Substances naturelles, CNSTV, Hanoi, etBUI Quang Cu, Directeur Adjoint, Inst. De Technologie Chimique, CNSTV, Ho Chi Minh Ville

Ministère de la Science et de la Technologie - Vietnam

2

Selection of the studied area: 41 km of the Nhue river

Part 1

• Hanoi, climate– Monsoon climate– 2 seasons: rainy and dry

• Hanoi, demography– + 3 millions of inhabitants– Growth rate of + 10%

• Hanoi, drainage network– 355000 m3/day– To Lich river; 14 km length– Nhue river: 61 km length

Thuy Phuong dam

Cau Den dam

Thanh Liet dam

Dong Quan dam

Agricultural effluents

Industrial effluents

Domestic effluents

Nh

ue river

To Lich river

Red river

la ville

Métropole de 3 Millions d’habitantsCroissance 10% par an

mais,* forte pollution anthropique, équivalentà 11.400 Tonnes N et 5100 Tonnes P par an* entretien des réseaux défaillant* pas d’usine de traitement des rejets estimésà 335.000 m3/jours* décharges sauvages omniprésentes

en périphèrie* déversement de déchets hospitaliers directementen rivière* nombreuses industries de traitements de métaux, de teinturerie, etc... sans traitement des rejets

....et agriculture intensive (riz, légumes), associée àune très forte augmentation d’utilisation d’engraiset de pesticides

in Vietnam

14

262

0

100

200

300

1950 1965 1980 1995 2010

kg fe

rtili

ser.

ha -1

http://www.terre-indochine.com/voyage_indo.asp?Numero=377

au bout du compte, toutes les eaux usées domestiques,industrielles, hospitalières et les ruissellements deszones agricoles se retrouvent dans des égouts à ciel ouvert

...avec à la confluence avec les rivières

des activités de pêche

ou de fabrique alimentaire

et en fin de course retour sur les marchés ...

irrigation

pêche

Face à un problème préoccupant d’environnement et de santé publique, le CNRS et sa contrepartie l’Académie des Sciences et Technologie du Vietnam, ASTV, ont unis leurs efforts, avec l’aide de leurs gouvernements respectifspour lancer un programme interdisciplinaire avec pour objectifs:1- assurer la formation de chercheurs dans le cadre d ’un mode de travail innovant au Vietnam: la recherche pluridisciplinaire utilisant les acquis les plus récents2- s ’appuyer sur une recherche à caractère fondamental pour amener des réponses pratiques, être en moyen d ’extrapoler à d ’autres situations et diffuser l ’information aussi bien dans le mode scientifique qu ’auprès du grand public et des décideurs (site Web)

NATIONAL CENTER FOR SCIENCE AND TECHNOLOGY

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L ’Historique

• 1997, Colloque pour le 15° anniversaire de la coopération scientifique entre CNRS et CNSTV

• Décision de lancer des programmes coordonnées s ’appuyant sur une demande sociale et donnant lieu à des actions de formation pour et par la recherche

• 1999, première école de DoSon sur l ’eau• Préparation d’un programme scientifique incluant étude des processus de contamination

d’un hydrosystème urbain et de leur effet sur l’évolution d ’un écosystème aquatique et la santé humaine et développement de méthodes de traitement des effluents

• 2001, lancement du FSP ESPOIR et financement du Sénat• Mise en place de moyens de formation pour et par la recherche et des systèmes

d’acquisition in situ• Novembre 2001, atelier pour la mise en place de la programmation scientifique• Juin 2002 : livraison et mise en place des équipements• Février 2003 : 1eratelier-bilan sur l’avancement du programme de recherche• Octobre 2004: atelier de bilan final

Le projet scientifiqueoctobre 2001- octobre 2004

• Volet qualité• Sur un site atelier• Identifier les sources de pollution, identifier

les transformations de polluants dans les eaux, les sédiment et caractériser les transferts dans la chaîne trophique et leur toxicité

• Développer des bio capteurs (diatomées, puces)

• Élaborer un modèle d ’évolution de la qualitéd ’un hydrosystème en fonction de scénarios d ’élimination des sources polluantes

• Volet traitement• Partant d ’une pollution typique

(effluents de teinturerie textile) élaborer des méthodes simples et robustes de procédés basés sur

• Oxydation par photocatalyse solaire• Adsorption sur charbons actifs produits à

partir de fibres végétales locales• Optimisation des filières existantes de

traitement d’eau par insertion de nouveaux procédé

Les moyens• Équipement• Dotation amendement

parlementaire (Groupe Sénatorial France-Vietnam): équipements de 3 stations de mesure automatiques (préleveurs et sondes)

• Soutien Ministère des Affaires Étrangères (FSP Espoir): achat de 2 analyseurs de Carbone Total

• Fonctionnement et formation

• Soutien Ministère des Affaires Étrangères (FSP Espoir): programme de formations de chercheurs et d ’ingénieurs vietnamiens; soutien en fonctionnement aux équipes vietnamiennes; missions d ’appui

• Ministère de la Recherche (ACI Eau et Environnement) et CNRS (PICS, bourse BDI, Depts Scient.) soutien aux équipes françaises et bourses de thèses

• MOST, soutien aux équipes vietnamiennes: 60.000 US$

Nancy

Grenoble

Rennes

Poitiers

Les équipes françaises impliquées

12 équipes dont 10 UMR CNRS4 départements scientifiques du CNRSEnviron 30 personnes plus un représentant permanent (VSI) àHanoi

Volet traitementVolet qualité

La formation par ou pour la recherche• Français au Vietnam• Stages de formation d’étudiants en fin

de cycle (école d’ingénieur ou Maîtrise)• 12 stages de 3 à 5 mois pour élèves

ingénieurs ou étduants en maîtrise pour un total de 48 mois de séjour au Vitenam

• Missions d’appui pour encadrement de thèse et participation aux campagnes de mesure

• 22 semaines

• Vietnamiens en France• Formation Doctorale• 4 séjours probatoires de 3 mois pour

étudiants en fin de Maîtrise ( Grenoble, Paris, Poitiers, Bordeaux)

• 1 DEA (Nancy) 2001• 7 thèses (Grenoble, Poitiers, Paris,

Bordeaux, Nancy, Lyon (2)); 3 terminées• Stages de formation professionnelle• 23 stages professionnels d ’environ 3

mois chacun pour un total de 92 mois de séjours en France

Méthodes:1- au niveau des mesures, concentration des efforts de toutes les équipes impliquées sur un même lieu géographiquedonnant lieu à des observations de longue durée: autour de la confluence des rivières Nhue (émissaire du Fleuve Rouge) et To Lych (égout urbain à ciel ouvert de Hanoi). Concept de zone atelier

Identifier les sources de pollution

3 Stations fixes avec préleveurs automatiques, sondes multiparamètres, mesure de débit.

Prélévements àintervalle fixe (10 min à 24h) pour analyse en labo

Suivi en continutempérature, pH, redox, oxygène, turbidité, ammonium, niveau, débit

Campagnes de mesure mensuellesen 7 points regroupant tous lesparticipants

Identifier les sources de pollution

Sédiments: métaux, matière organique,Eau: Microbiologie, métaux, nutrients, pesticides, plancton, phytoplancton, diatoméesEspèces aquatiques: identification, qualité

N1

T1

NT3

NT4

1

7

15

19

27

35kms

Distance(Km)35302520151050

DO

%

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

Cond(m

s)

48

46

44

42

40

38

36

34

32

30

28

26

24

22

Station mobile sur bateau avec GPS (développée par dr Le Quoc HuHung, Cnstv), permettant d’avoir à des dates données des profils transversaux

Variation oxygène dissous - % de saturation- (bleu)et de conductivité (en rouge) le long de la rivière Nhue

Identifier les sources de pollution

ToLych

Quelques résultats et questions

bactériologie, maladies portées par l’eau

Bactéries dans l'eau, 07/02

1000

10000

100000

1000000

10000000

100000000

0 1 6 15 19 27 35

Distance au Fleuve Rouge, km

Bact.Hétérotrophe, nb/mL

Bact.réductrices Nitrate, nb/g

discutant: Philippe Hartemann, Professeur, INSERM, Nancy

métaux lourds, eaux et sédiments

discutant: Laurent Charlet, professeur, UJF

concentration en Cd dans le solide

0.1

1.0

10.0

100.0

R N1 N2 N3 T NT1 NT2pp

m

matières ensuspensionsediment

Seuil

qualité de l’eau, traitement des rejets urbains

Concentration en AMMONIUM dans l'eau

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0 1 6 15 19 27 35

Distance au Fleuve Rouge, km

avril-02

juillet-02

discutant: Laurent Phan, Veolia

passage dans la chaine alimentaire, poissons et mollusques

discutant: Alain Boudou, professeur Bordeaux 1

Développementméthodologique (diatomées)

ou instrumental (benthic chamber, capteursenzymatiques)

Benthic chamber for in situ measurements and sampling

Bottom

Boat

Suction tube

Multiprobe

Benthic chamber

Profiles by Bell Jar

0.0 0.1 0.2 0.30

1

2

3

4

DO

(mg

O2/l

)

Time (day)

NT2 - Jan. 03DO = 3.88*e-16.22*Time

0.0 0.1 0.2 0.3

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

NH

4 (m

g N

/l)

Time (day)

NT2 - Jan. 03NH4 = 1.57-0.99*e

-15.8*Time

What are phytoplankton and diatom?

Diatoms: Unicellular algae with siliceous cell wall (Bacillariophyceae)

Phytoplankton: tiny, free-floating, photosynthetic organisms in aquatic systems (Diatom, dinoflagellates, euglenophyceae…)

Relative abundances of 6 main diatom species

0

10

20

30

40

50

60

Phung Mai Linh Te Tieu Que Do Khe Tang

Stations

Rel

ativ

e ab

unda

nce

(%)

CAFFMVARCMENADMIGPARNPAL

Tolerant species

Sampling procedure and analyses criteria

Biofilmsuspension

Phytoplankton

Phytoplankton composition

Relative abundance

(diatom)

Physical-chemical parametrs (DO, Cond. Tub…), chlorophyll

Statistical analyses

Specific diatom composition (PCA relative abundance > 1%)

Tolerant species

Moderate species

Sensitive and less moderate species

(High level of NH4, PO4,, chl a, cond…)

(NO3, NO2)

(High DO)

Conclusions

A Total 230 taxa was observed of which Euglenophyta contributed highest portion of the total number taxa

Seasonal changes in phytoplankton succession were observed

Phytoplankton compsition

Periphytic diatom communities

180 species belonging 7 family

Increase their tolerance along pollution gradient

Phung Khe Tang

Cyclotellameneghiniana

Eolimnaminima

Gomphonema parvulum

Nitzschiaumbonata

Les électrodes différentielles (ITIMS)

0 1 2 3 4 5 6 7 80

5

10

15

20

cond

ucta

nce,

μS

concentration of 4 chlorophenol, mM

eau atraz 1e-8M atraz 1e-7M atraz 1e-6M atraz 1e-5M

Utiliser des capteurs simples, portables et bon marché pour des contrôles de routineau lieu de techniques coûteuse nécessitant un

appareillage sophistiqué etdu personnel très qualifié (HPLC-MS, GC-MS)

Modélisation biogéochimique

Biochemical conceptual scheme

Photosynthesys

Heterotrophic,Nitrifying

Heterotrophic,Nitrifying

POM, SOMPOM, SOM NH4, NO3, PO4,O2, etc

NH4, NO3, PO4,O2, etc

Phytoplankton

Organic material

Bacterial

Mineral materialHydrolysis

Bacterialgrowth

Bacterialgrowth

Phytoplanktonicdecay

Bacterialdecay

Bacterialdecay

Phytoplanktonicdecay

Atmosphere

Sediment

Echange avecsédiment

Echange withatmosphere

Sediment

Echange withsediment

Echangewithsediment

Part 2

Objectives of the work

Atmosphe

sédiment

Bio-cheochemical cycle

transport

Transport + different kinetics ==> Longitudinal and temporal heterogenesity

?

Agricultural sources Domestic and industrial wastewater

Irrigationand aquaculture

?Risk to humane health

Risk to aquaticorganismes

Construction of one data baseConstruction one ecological model for analysis and predict offunctions of the studied river

Part 1

Unsteady state simulation

DO, April 2003; after parameter calibration⇒ Parameter change: Heterotrophic activity

DO, April 2003; before parameter calibration

Part 2

DO, 1st – 5nd August 2003⇒ The model was well validated by the data obtained in August 2003

Validation

Before calibration After calibration

WWTP positions

Part 3

DO at point NT2

NH4 at point NT2

Economically system of 2 small units is better

The difference can be explained by the early discharge of treated water at the first WWT unit

Treatment scenariocomparision between 1 and 2 WWTPs in the Nhue

Methode

2- en parallèlle développement de méthodes innovantes de traitement d’une pollution organique importante: colorant de l’industrie textile par différentes méthodes avec transfert de technologie: photocatalyse solaire, adsorption sur fibres, membranes et oxydation Fenton

untreated treated by coagulation

treated by coagulation and Fenton oxydation

Effluent de Minh Khaï Textile Company- Hanoï (COD = 1066 mg/L )

Aspect appliqué

Fibre de charbon actif à partir de fibre de juteCaracterisation- SEM

Fiber activée par CO2

Surface spécifique

900 m2/g

Capacité d’adsorption (pour colorant Red AR27)

50 à 70 mg/g

photocatalyse solaire

Photoréacteur ferméAspect appliqué

Etude sur prototype de la dépollution d’effluents textiles

Prototypes en cours de rPrototypes en cours de rééalisationalisationÀÀ partir du dimensionnement propospartir du dimensionnement proposéépar Universitpar Universitéé de Lyon 1 et ses partenaires industrielsde Lyon 1 et ses partenaires industriels

http://www.waterprog-frvn.org.vn/

Action de communication via un site Web, en cours

Programme EAUSelection of the studied area: 41 km of the Nhue riverLe projet scientifique�octobre 2001- octobre 2004Les moyensLa formation par ou pour la rechercheDéveloppement �méthodologique (diatomées)�ou instrumental (benthic chamber, capteurs enzymatiques)Benthic chamber for in situ measurements and samplingProfiles by Bell JarModélisation biogéochimiqueUnsteady state simulationTreatment scenario�comparision between 1 and 2 WWTPs in the Nhuephotocatalyse solairePhotoréacteur fermé