Etude d'un traitement combiné bio-physico-chimique pour la décontamination des eaux polluées en atrazine
par Sophie Gendrault-Derveaux
Thèse de doctorat en Sciences et techniques du déchet
Sous la direction de Rémy Gourdon.
Soutenue en 2004
à Lyon, INSA , en partenariat avec LAEPSI - Laboratoire d'Analyse Environnementale des Procédés et Systèmes Industriels (Lyon, INSA) (laboratoire) .
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Résumé
Ce travail concerne l'étude d'un procédé bio-physico-chimique pour le traitement d'eaux polluées par de l'atrazine. Le procédé étudié consiste en une biofiltration, utilisant l'écorce de pin comme support d'adsorption et comme agent de biodégradation la souche bactérienne Pseudomonas ADP sp. , connue pour sa capacité à minéraliser l'atrazine en tant que source d'azote. Cette technique vise à éliminer totalement le polluant par minéralisation, valorisant l'écorce de pin, un déchet de l'industrie du bois, le tout à faible coût. Dans un premier temps, les essais d'adsorption ont montré que l'atrazine était retenue en faible quantité sur l'écorce de pin, comparé à la capacité d'adsorption d'un charbon actif, rendant le pesticide disponible pour les micro-organismes engagés dans le traitement. L'approche biologique en milieu liquide a montré que la biodégradation de l'atrazine pouvait avoir lieu à pH acide (jusqu'à pH 4,4) imposé par la présence de l'écorce en solution aqueuse et à des températures relativement basses (jusqu'à 12ʿC) permettant d'exploiter ce procédé de manière rustique : pas de chauffage ni besoin de tamponner l'eau à traiter. Pseudomonas ADP sp. A prouvé qu'elle était capable de survivre en présence des composés organiques de l'écorce de pin et de les consommer en tant que source unique de carbone. D'autre part, aucune source d'azote supplémentaire à l'atrazine ne doit être apportée au cours du traitement sous peine de voir la minéralisation de celle-ci diminuer. La microflore indigène de l'écorce de pin a montré une légère capacité à minéraliser l'atrazine pour des concentrations en atrazine comprises entre 45 æg. L-1 et 20 mg. L-1 permettant, à forte concentration uniquement, d'augmenter le rendement global du traitement. D'une manière générale, la présence de cette microflore n'aurait qu'un très léger effet inhibiteur vis à vis de la croissance de Pseudomonas ADP sp. Et de sa capacité à minéraliser l'atrazine. L'étude du traitement combinant adsorption et biodégradation a été réalisée en essais batch et en colonnes. En batch, 50% de l'atrazine sont minéralisés en 4 jours ; 50% restent adsorbés irréversiblement à l'écorce et donc non disponibles pour les bactéries. En colonne, l'apport de Pseudomonas ADP sp. Améliore l'efficacité du traitement de 50% à 100% par rapport au procédé d'adsorption seul. Le traitement étudié semble inexploitable pour traiter des eaux contenant une faible concentration en atrazine (quelques æg. L-1). En revanche, ce procédé combiné pourrait être envisagé comme pré-traitement pour des eaux fortement polluées (quelques mg. L-1).
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Titre traduit
= Study of a combined bio-chemical and physical treatment for the decontamination of water polluted with atrazine
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Résumé
This work concerns the study of a combinated process for the treatment of waters contaminated with atrazine. The treatment consists in a biofiltration ; it uses pine bark as the support of adsorption and the strain Pseudomonas sp. ADP, known for its capacity to mineralize atrazine, using the pesticide as sole nitrogen source. This process aims at a total elimination of the pollutant, recycling pine bark, a by-product of wood industry, at low cost. In a first step, the adsorption assays showed that atrazine was relativelyslightly retained by pine bark, as compared to the adsorption capacity of an activated carbon. This characteristic makes the pollutant easily available for the micro-organisms involved in the treatment. The biological approach in liquid medium showed that atrazine biodegradation could occur under acidic conditions (down to pH 4. 4) imposed by the presence of the bark in an aqueous solution and at low temperatures (until 12°C), allowing the development of the process in rustic conditions: without heating and without buffering. Pseudomonas sp. ADP proved that it was able to survive in the presence of the pine bark organic compounds and metabolize them as a carbon source. Moreover, no other nitrogen source in more of atrazine has to be added during the treatment, otherwise considerably decreasing the mineralization of atrazine. The indigenous microflore of the bark showed a low capacity for the mineralization of atrazine for concentrations ranging from 45 µg. L-1 to 20 mg. L-1. At high atrazine concentration, this effect increases the global capacity of the treatment. The presence of the pine bark microflora was shown to inhibit very slightly the growth of Pseudomonas sp. ADP and its capacity to mineralize atrazine. The study of the combinated process was done in batch and in column experiments. In batch assays, 50% of atrazine were mineralized in 4 days, as the other 50% stayed irreversibly adsorbed onto pine bark and were not available for the micro-organisms. In column assays, the contribution of Pseudomonas sp. ADP improves by 50 to 100% the efficiency of the treatment as compared to the adsorption process. The studied treatment appears be inexploitable for the treatment of waters contaminated with low concentrations of atrazine. However, the combinated process could be considered as a pre-treatment for the decontamination of water highly polluted.
