Effets des antibiotiques sur le procédé d'épuration par boues activées. : étude du cas de l'érythromycine, du floc bactérien au réacteur biologique

Effects of antibiotics on activated sludge process. : the Erythromycine case, from activated sludge flocs to the biological reactor

• Auteur / Autrice : jean-Noël Louvet
• Direction : Marie-Noëlle Pons, Olivier Potier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 09/11/2010
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Christophe Dagot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Noëlle Pons, Olivier Potier, Christophe Dagot, Eberhard Morgenroth, Ganesh Sockalingum, Yolaine Bessiere
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eberhard Morgenroth

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nitrification

Érythromycine

Antibiotiques

Eaux usées -- Épuration -- Procédé des boues activées

Mots clés libres

Boues activées

Antibiotiques

Microscopie confocale

Viabilité

Inhibition nitrification

Activated sludge

Antibiotics

Microscopy

Viability staining

Inhibition nitrification

Résumé

L’objectif de ce travail est de caractériser l’effet de l’érythromycine sur l’activité bactérienne et l’inhibition de l’épuration dans les réacteurs de traitement des eaux usées urbaines. L’étude a montré l’importance du temps d’exposition à l’érythromycine. L’inhibition de la nitrification et de l’épuration de la DCO a été mesurée sur une période de 4 h pour des concentrations supérieures à 1 mg/L d’érythromycine alors que l’inhibition de l’épuration pour une concentration d’érythromycine de 4 µg/L a été mesurée suite à 20 h d’exposition. L’origine de la liqueur mixte est également déterminante : l’érythromycine a inhibé la nitrification avec les boues de Nancy mais n’a pas inhibé la nitrification avec les boues et Épinal. Par contre, l’inhibition de l’épuration de la DCO a été mesurée pour les deux boues. Des analyses microscopiques ont montré qu’en présence d’érythromycine les flocs bactériens se fractionnaient suite aux lyses bactériennes. La microscopie en épifluorescence et la microscopie confocale combinées à des marqueurs de viabilité fluorescents ont permis de déterminer les vitesses de mortalité bactérienne. Ces études ont mis en évidence un temps de latence qui précède la mortalité des bactéries. Ce temps de latence pourrait être lié aux mécanismes d’adsorption de l’antibiotique et de diffusion dans les flocs, ainsi qu’à la vitesse biologique de mortalité. Enfin, un marquage simultané Gram et viabilité (microscopie confocale 3D au cours du temps) a montré que l’érythromycine pourrait modifier la composition bactérienne des boues en sélectionnant les bactéries les moins sensibles

This study examines the effect of erythromycin on activated sludge bacteria and the inhibition of the pollution removal in batch reactors treating urban wastewater. Results showed the importance of exposure time to erythromycin. Inhibition of nitrification and COD removal was measured during a 4 h period for erythromytcin concentrations higher than 1 mg/L. A 4 µg/L erythromycin concentration inhibited COD removal during a 20 h exposure time. The effect of erythromycin on nitrification was variable depending on the sludge origin. Erythromycin inhibited the specific nitrification rate with sludge from Nancy WWTP, but increased the nitrification rate at the other facility (Epinal WWTP). The cell lysis resulted in destruction of activated sludge flocs. Microscopic techniques (epifluorescence and confocal laser scanning microscopy (CLSM)), combined with a fluorescent viability indicator, allowed us to study erythromycin time-kill activity.Viability staining results showed a latency time before the lower antibiotic concentrations began to kill bacteria. This latency time could be related to antibiotic adsorption and diffusion into activated sludge flocs as well as the rate of bateria death. The effect of erythromycin according to the bacterial Gram type was investigated with 3-dimensional Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) time-lapse imaging combined with a Gram and Viability staining. Gram+ bacteria had a higher mortality rate than the Gram- bacteria. This result suggests that antibiotic in wastewater could change the activated sludge bacteria composition according to their Gram type by selecting bacteria the less sensitive to the antibiotics