Determining the Applicability of Advanced Oxidation Processes: A Study of Key Operational Parameters and Field Measurements in Wastewater Treatment Plants in the north of Luxembourg

Abstract

Micropollutants (MPs) in treated wastewater, including pharmaceuticals, personal care products, and industrial chemicals, are an emerging concern for both environmental and human health. Even at very low concentrations, these substances can persist in aquatic ecosystems and disrupt biological processes. Most conventional wastewater treatment plants (WWTPs), especially smaller or rural installations, are not equipped to remove MPs effectively. This thesis explores the potential of UV/H₂O₂ process, an Advanced Oxidation Processes (AOPs) as a post-treatment step for small and medium-sized WWTPs in Luxembourg. Through field visits, sampling campaigns, and analysis of 15 selected plants, key operational parameters, such as UV transmittance (T10) and inorganic carbon content, were examined to understand their influence on AOP efficiency. In parallel, risk-based assessments and insights from pilot- scale data helped contextualize the treatment potential under realistic conditions. The goal of this work is to bridge the gap between lab-scale results and on-site feasibility. By identifying practical challenges and key design considerations, this study contributes to future decision-making around AOP implementation for improved micropollutant removal in small- scale wastewater infrastructure.

Les micropolluants (MPs) présents dans les eaux usées traitées, notamment les résidus de médicaments, les produits de soins personnels et certains composés issus de l’industrie, représentent une préoccupation croissante pour la santé humaine et les écosystèmes aquatiques. Même à de très faibles concentrations, ces substances peuvent persister dans l’environnement et perturber les processus biologiques. Les stations d'épuration classiques, en particulier les installations de petite et moyenne taille en zones rurales, ne sont généralement pas conçues pour les éliminer efficacement. Ce mémoire s’intéresse au potentiel des procédés d’oxydation avancée (AOP) basés sur le couple UV/H₂O₂ comme étape de traitement complémentaire dans les petites et moyennes stations d’épuration au Luxembourg. À travers des visites de terrain, des campagnes d’échantillonnage et l’analyse de 15 stations sélectionnées, plusieurs paramètres opérationnels clés, tels que la transmittance UV (T10) et la teneur en carbone inorganique, ont été évalués pour mieux comprendre leur influence sur l’efficacité du procédé. En parallèle, une analyse des risques et des données issues d’études pilotes a permis de replacer les résultats dans un contexte opérationnel réaliste. L’objectif de ce travail est de contribuer à combler le fossé entre les résultats en laboratoire et la faisabilité sur le terrain. En identifiant les principaux obstacles et les éléments techniques à prendre en compte, cette étude apporte des recommandations utiles pour le déploiement des AOPs et l’amélioration de l’élimination des micropolluants dans les petites infrastructures de traitement des eaux usées.