Dégradation de micropolluants organiques par un bioréacteur hybride

Degradation of organic micropollutants using a hybrid bioreactor

• Auteur / Autrice : Camille Grandclement
• Direction : Pierre Doumenq, Isabelle Seyssiecq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de l'environnement
• Date : Soutenance le 30/11/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chimie et environnement (LCE) (Marseille) - Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence) - École centrale de Marseille (2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Roche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurore Vergnoux, Anne Piram, Maria Elena Gomez Hernandez, Guillaume Edwin Vanot, Samuel Bernard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Damiá Barceló, Christophe Dagot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes -- Analyse

Bioréacteurs

Biodégradation

Micropolluants

Eau -- Stations de traitement

Mots clés libres

Traitement de l’eau

Micropolluants

Procédé hybride

Biodégradation

Ecotoxicité

Water treatment

Micropollutants

Hybrid process

Biodegradation

Ecotoxicity

Résumé

La présence de micropolluants organiques dans l’environnement et notamment le milieu aquatique, est devenue une préoccupation grandissante au cours des années. En effet, les micropolluants sont éliminés de façon variable par les différents systèmes de traitement des eaux. Ainsi, les stations d’épuration constituent une voie majeure de dissémination de ces composés dans l’environnement. Ces substances chimiques doivent être suivis et traités car elles peuvent avoir des effets indésirables sur les organismes une fois rejetées dans l’environnement. La biodégradation étant un des mécanismes de transformation dominant pour les micropolluants, les procédés biologiques, et notamment les procédés hybrides (biomasse libre et fixée), semblent pertinents pour les éliminer efficacement. Dans ce travail, nous nous sommes focalisés sur la biodégradation de la carbamazépine (CBZ), du diclofénac (DCF) et du diuron (DIU) par des microorganismes sélectionnés en utilisant un bioréacteur hybride. La méthodologie proposée a reposé sur la mise en place de tests de biodégradation en batch afin de sélectionner des microorganismes pertinents pour la dégradation des molécules cibles, avant de travailler avec un bioréacteur hybride. Les souches sélectionnées ont permis de dégrader complètement le DCF en moins de 24 heures et ont montré des résultats encourageants en 72 heures pour les autres composés. L’efficacité des souches a ensuite été évaluée sur des bioréacteurs hybrides prototypes sous différentes conditions. Bien que l’élimination du DCF ait été importante en conditions stériles, la cinétique observée était plus faible. La CBZ et le DIU ont quant à eux été faiblement éliminés.

The occurrence of organic micropollutants in the environment and notably in the aquatic bodies has become a growing concern over the years. Indeed, micropollutants are variably eliminated with different wastewater treatment systems. Thus, wastewater treatment plants represent the main transfer pathways for micropollutants to enter the environment. Among these chemical substances present in the environment at very low concentrations, pharmaceutical compounds and pesticides are of a great concern because of their potential adverse effects to ecosystems. Since biodegradation is one of the predominant transformation pathway for micropollutants, biological processes and notably hybrid processes (combining free and supported biomasses), seem relevant to remove them efficiently. In this work, our interest focuses on the biodegradation of carbamazepine, diclofenac, and diuron by selected microorganisms using a hybrid bioreactor. The methodology developed in this work consisted in the implementation of batch degradation experiments in order to select efficient microorganisms able to break down target molecules, before evaluating their efficiency using a hybrid bioreactor. The selected strains allowed degrading completely diclofenac by a co-metabolism process in less than 24 hours, and showed encouraging results in 72 hours for the other compounds. Then, the efficiency of selected strains has been evaluated using hybrid bioreactors prototypes under different conditions. Even though the removal of diclofenac was very high under sterile conditions, the observed kinetic was lower. Carbamazepine and diuron showed low removal.