Nouveaux supports poreux pour limiter la communication bactérienne dans les bioréacteurs à membrane utilisés pour la réutilisation des eaux usées traitées.

New porous supports to limit bacterial communication in membrane bioreactors used for the reuse of treated wastewater.

• Auteur / Autrice : Ermias Mideksa
• Direction : Christelle Guigui, Audrey Tourrette
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : TBI - Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SOPHYE - Séparations, oxydation et procédés hybrides pour l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés libres

Quorum Quenching

Quorum Sensing

Bioréacteurs à membrane

Colmatage membranaire

Hydrogels

Quorum quenching

Membrane bioreactors

Membrane biofouling

Quorum sensing

Hydrogels

Résumé

Le quorum quenching (QQ) est récemment apparu comme une approche innovante d'atténuation du bio encrassement des membranes dans les bioréacteurs à membrane (MBR). Le QQ limite la croissance et le dépôt de biofilm sur la membrane de filtration en inhibant les molécules de détection de quorum (QS) connues sous le nom de N-Acyl homosérine lactones (AHL), molécules responsables de l'utilisation par les bactéries à Gram négatif dans les eaux usées pour la communication intercellulaire. Le QQ utilise des matériaux solides polymères poreux (médias QQ) composés d'alcool polyvinylique (PVA) et d'alginate de sodium (SA) pour piéger les bactéries QQ sécrétant des enzymes end0 et exo telles que Rhodococcus sp.BH4 et Pseudomonas sp.1A1 qui peuvent dégrader efficacement les AHL. Dans ce cadre, l'objectif principal de ce travail de thèse était de développer et de rapporter de nouvelles formulations et formes de milieux QQ composés de PVA et SA, qui abordent les limitations du transfert de masse et du processus de préparation, suivies d'une caractérisation complète des propriétés physico-chimiques et des capacités d'adsorption des AHL. Ensuite, le deuxième objectif de cette thèse s'est concentré sur le piégeage des bactéries QQ, Rhodococcous sp BH4, dans de nouveaux types de milieux QQ sélectionnés, ainsi que sur une étude de la survie, de l'immobilisation et de la viabilité des bactéries QQ dans les milieux QQ. L'activité QQ des nouveaux types de milieux QQ est étudiée et rapportée. Le troisième objectif de ce travail était d'examiner le transfert de masse des molécules impliquées dans le QQ, en tenant compte des différences dans les souches bactériennes, les formes de milieux QQ et les formulations. À l'aide d'une molécule modèle, le transfert de masse a été caractérisé en déterminant le flux et le coefficient de transfert de masse dans des conditions de surface et de fonctionnement cohérentes vers/depuis le milieu QQ. L'impact des formes et des formulations des milieux est décrit et discuté en détail. Mots-clés : Bioréacteurs à membrane, Transfert de masse, Quorum Quenching, milieux QQ, bactéries QQ

Quorum quenching (QQ) has recently emerged as an innovative membrane biofouling mitigation approach in Membrane Bioreactors (MBRs). QQ limits the growth and deposition of biofilm on the filtration membrane through inhibition of Quorum Sensing (QS) molecules known as N-Acyl homoserine lactones (AHLs), molecules responsible to have been used by gram-negative bacteria in the wastewater for cell-to-cell communication. QQ uses porous polymer solid materials (QQ-media) composed of polyvinyl alcohol (PVA) and sodium alginate (SA) to entrap end0- and exo-enzyme-secreting QQ bacteria such as Rhodococcus sp.BH4 and Pseudomonas sp.1A1 that can effectively degrade AHLs. With this scope, the primary focus of this thesis work was to develop and report new QQ-media formulations and shapes composed of PVA and SA, which address limitations in mass transfer and preparation process, followed by comprehensive characterization of the physicochemical properties and AHLs adsorption capacities. Following this, the second objective of this thesis focused on the entrapment of the QQ bacteria, Rhodococcous sp BH4, in selected new QQ media types, along with an investigation into the survival, immobilization, and viability of the QQ bacteria within the QQ media. The QQ activity of the new QQ media types is investigated and reported. The third objective of this work was to examine the mass transfer of molecules involved in QQ, accounting for the differences in bacterial strains, QQ media shapes, and formulations. Using a model molecule, the mass transfer was characterized by determining the flux and mass transfer coefficient under consistent surface area and operating conditions to/from the QQ media. The impact of media shapes and formulations is thoroughly reported and discussed. Key-words: Membrane Bioreactors, Mass transfer, Quorum Quenching, QQ media, QQ bacteria