Devenir des résidus de médicaments dans les sols, biodégradation-sorption : discussion dans un contexte de réutilisation des eaux usées

par Zhi Li

Thèse de doctorat en Hydrogéologie UM1

Sous la direction de Hélène Fenet et de Maria Elena Gomez Hernandez.


  • Résumé

    L'irrigation par les eaux usées est une pratique intéressante dans les régions arides et semi-arides où la ressource en eau subit une pression accrue. Cependant, cette pratique risque de contaminer les sols par des contaminants chimiques tels que les polluants organiques émergents comme les médicaments. Les mécanismes de transfert et de transformation de ces molécules sont encore peu connus. L'objectif de cette thèse a été d'étudier les processus de biodégradation et de sorption des médicaments en conditions contrôlées, avec une réflexion dans le contexte de la réutilisation des eaux usées pour l'irrigation. Nous avons exploité la signature chirale de l'antidépresseur venlafaxine (VEN) et de son métabolite humain majeur O-desméthyl venlafaxine (ODV) afin de discriminer le processus biologique et les processus abiotiques. Les résultats au laboratoire ont montré une corrélation entre le taux de biodégradation et le changement de fraction énantiomérique. La fraction énantiomérique de la VEN a été ensuite suivie à la sortie d'une STEP et dans une rivière recevant ce rejet, où un changement de la fraction énantiomérique a été observé, montrant l'intérêt de mieux développer cette approche pour des études de biodégradation in situ. Le processus de sorption des molécules cationiques VEN et ODV a été étudié avec deux approches, statique en batch et dynamique en colonne de lixiviation, avec une comparaison avec les molécules neutres carbamazépine et son métabolite trans-10,11-dihydro-10,11-dihydroxy carbamazepine. L'étude en batch a montré que pH et force ionique a influencé la sorption des molécules cationiques mais pas celle des molécules neutres. L'échange cationique pourrait ainsi jouer un rôle important dans la sorption des molécules cationiques. L'étude de la lixiviation a montré que les molécules neutres ont été plus mobiles que les molécules cationiques et elles sont susceptibles de contaminer l'eau souterraine dans le cas de l'irrigation par des eaux usées.

  • Titre traduit

    Fate of pharmaceutical residus in the soil, biodegradation and sorption : discussion in the case of wastewater irrigation


  • Résumé

    Wastewater irrigation represents great interest in arid and semi-arid regions where water demand is important. However, wastewater irrigation results in, for example, soil contamination by emerging organic pollutants such as pharmaceuticals. Transport and transformation mechanisms of these substances are still poorly understood. The objective of this thesis was to study the processes of biodegradation and sorption of pharmaceutical products in laboratory experiments, with a special reflection in the context of wastewater irrigation. Firstly, we exploited the chiral signature of the antidepressant venlafaxine (VEN) and its major human metabolite O-desmethyl venlafaxine (ODV) in order to discriminate the biological processes from other processes. Laboratory experiment showed a correlation between the biodegradation rate and the change in enantiomer fraction. The VEN was then monitored at the outlet of a WWTP and in the river receiving the discharge. A change in enantiomer fraction showed the interest for a better development of this application to investigate in situ biodegradation. Secondly, the sorption of cationic molecules VEN and ODV, as well as the neutral molecules antiepileptic carbamazepine and its human metabolite trans-10,11-dihydro-10,11-dihydroxy carbamazepine, was studied in batch and soil column leaching experiments. The pH and ionic strength conditions in batch experiment influenced the sorption of VEN and ODV, while there was little impact for neutral compounds. The cationic exchange should play an important role in the sorption process of cationic molecules. Leaching study showed that neutral compounds are much more mobile than cationic compounds; therefore they may contaminate groundwater in the case of wastewater irrigation.


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