Microbes : une pièce importante du puzzle de la qualité de l’eau

Tout le monde préfère les lacs, les rivières et l’eau potable propres. Une partie de la concrétisation de cette préférence consiste à nettoyer le sol et les eaux usées qui se déversent dans les cours d’eau. Bien que le puzzle du nettoyage comporte de nombreuses pièces, un facteur important est le rôle que jouent les microbes dans la maîtrise des contaminants environnementaux. La biotechnologie a exploité ces processus naturels de biodégradation pour faire du traitement biologique des sols et des eaux usées un outil puissant d’amélioration de la qualité de l’eau.

Cibles clés du traitement des eaux usées

L’état des eaux rejetées par les installations industrielles ou les stations d’épuration a un impact direct sur l’environnement. Par conséquent, l’une des priorités du traitement des eaux usées est de purifier l’eau à un état raisonnablement acceptable pour le rejet dans les cours d’eau. La DBO, ou demande biologique en oxygène, est l’une des mesures utilisées pour évaluer la qualité de l’eau.

La DBO est un indicateur de la quantité de déchets organiques biodégradables dans les eaux usées. Au cours d’un processus de digestion aérobie, l’oxygène libre est utilisé pour la décomposition des matières organiques. Une DBO plus élevée reflète un niveau plus élevé de teneur en déchets organiques dans l’eau (c’est-à-dire qu’il faut plus d’oxygène pour suivre le processus de dégradation). Des niveaux élevés de déchets chimiques organiques peuvent eux-mêmes être toxiques pour l’environnement. De plus, étant donné que la qualité de l’eau dépend fortement de la quantité d’oxygène dissous dans l’eau et affecte la santé des poissons et d’autres espèces aquatiques, il est important que le traitement des eaux usées réduise suffisamment les niveaux de DBO avant que les eaux usées ne soient rejetées dans l’environnement. Sinon, la surcharge organique (demande élevée en oxygène) se transférera dans les étangs ou les cours d’eau, épuisant l’oxygène à un niveau qui ne peut pas soutenir la vie aquatique et pourrait entraîner des odeurs putrides ou des conditions septiques.1

Un autre polluant courant des eaux usées est l’azote, qui comprend l’azote organique, l’ammoniac, les nitrites et les nitrates. Des niveaux élevés d’azote peuvent causer une pollution par les nutriments dans les lacs. La pollution par les nutriments favorise le problème de croissance des algues. L’excès d’ammoniac est dangereux pour les poissons et consomme également de l’oxygène lors de sa conversion en nitrites puis en nitrates, qui favorisent la croissance des algues.deux Ce sont là des raisons essentielles pour surveiller et cibler l’élimination de l’azote pendant le traitement des eaux usées.

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Bioaugmentation des eaux usées

Les systèmes de traitement des eaux usées standard reposent déjà sur l’activité microbienne naturelle pour dégrader les déchets. Les micro-organismes hétérotrophes naturels utilisent les déchets pour la nourriture, décomposant les gros contaminants en plus petites portions qu’ils digèrent dans le cadre de leurs processus de croissance et de reproduction métaboliques, dégageant du dioxyde de carbone et de l’eau comme sous-produits finaux.3 Parfois, cependant, la population microbienne d’origine n’est pas en mesure de suivre le niveau élevé de déchets organiques. Dans de tels cas, la station d’épuration est un bon candidat pour la bioaugmentation.

La bioaugmentation augmente ou ajoute à la population microbienne existante en introduisant des bactéries non pathogènes dans les eaux usées. En effet, il appelle des renforts pour s’attaquer à un travail trop important pour la « main-d’œuvre » biologique actuelle. En favorisant la croissance d’une plus grande population microbienne qui consomme des déchets organiques et de l’azote (entre autres macro et micro éléments tels que le phosphore, le soufre, le fer, etc.), le processus de traitement des déchets peut être effectué plus efficacement et avec moins de problèmes d’odeur. Parfois, des « biostimulants » (par exemple, des micro ou macro nutriments pour les microbes) sont ajoutés pour promouvoir davantage la santé de la population microbienne et leur efficacité.

La bioaugmentation peut être effectuée à la station d’épuration municipale (généralement lors du traitement secondaire) ou dans des installations industrielles et commerciales, qui sont parfois confrontées à des fins de dépassement des exigences de DBO pour le rejet soit dans la station d’épuration, soit, dans certains cas, directement dans l’environnement. Plusieurs cas illustrent comment cela peut fonctionner.

Conformité de décharge d’usine d’amidon4

Sans installation locale de traitement des eaux usées, une usine d’amidon en Russie s’est retrouvée avec le défi de rejeter 1 100 m³ (290 589 gallons) d’eaux usées par jour conformément aux réglementations locales. Cependant, ils dépassaient de loin les limites acceptables de TSS (matières en suspension totales – un autre indicateur clé de la qualité du traitement des eaux usées) et de DBO5 autorisées. Pour remédier au problème, ils ont ajouté deux produits à base biologique avec un nombre élevé de «bonnes» bactéries dans le drain de la zone de production. En seulement deux semaines, le laboratoire de l’autorité municipale a analysé les résultats et a constaté une réduction du TSS de 65,5 % et une réduction de la DBO5 de plus de 88 %.

Tableau de réduction de l'ammoniac, microbes, qualité de l'eau
Réduction de l’ammoniac d’avril à juin 2020. Bionetix Case History #39.

Traitement des effluents de la lagune d’élevage porcin5

Une ferme porcine en Europe étudiait les options de traitement pour les lagunes d’eaux usées à haute teneur en ammoniac. Ils souhaitaient également réduire la DCO (un autre indicateur des niveaux de contamination des eaux usées). Les échantillons d’effluents de la lagune ont été soumis à des tests en flacon agité en laboratoire. Les résultats ont montré une action de nitrification classique dans l’échantillon auquel des bactéries nitrifiantes ont été ajoutées, avec une baisse globale de l’ammoniac de 93,8 %. La concentration en nitrate était élevée car l’ammoniac est converti en nitrites puis en nitrates lors de la nitrification. L’autre échantillon a été traité avec un autre mélange de bactéries non nitrifiantes à teneur élevée et a connu une réduction de 41 % de la DCO tendant à la baisse au bout de six jours. La réduction de l’ammoniac a été moins drastique (18,8 % au total) mais n’a pas entraîné un niveau élevé de nitrates, contrairement à l’échantillon de bactéries nitrifiantes. Cela démontre que différentes bactéries sont parfois mieux adaptées à différentes voies de traitement (procédés).

Réduction de l'azote inorganique, microbes, qualité de l'eau
Réduction totale de l’azote inorganique d’avril à juin 2020. Bionetix Case History #39.

Traitement des lagunes d’eaux usées des pâtes et papiers6

Les hétérotrophes anaérobies facultatifs agissent comme des dénitrifiants en l’absence d’oxygène libre ou faiblement dissous. Dans un autre cas encore, ces bactéries ont été utilisées pour traiter des lagunes d’eaux usées alimentées principalement par des déchets de pâtes et papiers. Ces bactéries utilisent l’azote organique pour leur croissance et, à de faibles niveaux d’oxygène dissous, peuvent utiliser l’oxygène lié aux nitrates, convertissant les nitrates en azote au cours du processus. L’aération des lagunes a commencé au printemps, et le dénitrificateur a été ajouté aux lagunes et au bassin d’accumulation alimentant les lagunes pendant un mois. Au cours des mois d’été, l’ammoniac a été presque complètement éliminé et l’azote inorganique total a chuté de 89 %. Une légère augmentation de la concentration de nitrate est restée en dessous du niveau de réduction de l’ammoniac, suggérant qu’un processus différent de la nitrification était à l’œuvre.

Biorestauration des sols

La qualité de l’eau est influencée par la qualité du sol. Les déversements d’hydrocarbures contaminent le sol avec des hydrocarbures et peuvent prendre des années à se résoudre d’eux-mêmes. Pire encore, ces contaminants pourraient progressivement s’infiltrer dans les lacs et les eaux souterraines à proximité. La bioremédiation accélère le processus de nettoyage en introduisant des micro-organismes (et souvent des nutriments de soutien) spécialement adaptés pour dégrader les hydrocarbures. La bioremédiation peut être effectuée sur place (in situ) ou hors site (ex situ) et constitue un substitut bienvenu à d’autres options telles que la remédiation physique ou chimique (p. ex. brûlage ou extraction par solvant, respectivement).7

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Réduction du phénanthrène et du naphtalène8

Lors d’un essai bulgare, une société d’extraction de pétrole et de gaz a décidé de tester les résultats de la bioremédiation sur un tas de sol contenant 39 574 mg/kg de produits pétroliers. L’objectif était de le réduire à 5 000 mg/kg. Des micro-organismes ont été ajoutés au sol ainsi que divers nutriments pour soutenir leur santé et leur croissance. L’aération a été effectuée périodiquement. À la fin du premier mois, les deux contaminants les plus courants (phénanthrène et naphtalène) étaient presque absents (hydrocarbures aromatiques polycycliques [PAH] les composés sont très résistants à la biodégradation ; le phénanthrène et le naphtalène sont des composés typiques appartenant aux HAP). Le total des hydrocarbures pétroliers (TPH) avait chuté d’environ 49 %. Malheureusement, les tests ont d’abord été interrompus par COVID et plus tard par des températures hivernales glaciales. Cependant, au bout de 16 mois, la réduction avait diminué d’environ 85 %, se rapprochant de l’objectif de l’essai d’atteindre 5 000 mg/kg de TPH. Un pic temporaire de TPH à 17 semaines peut avoir été dû soit à un troisième traitement inutile, soit à un faux positif, soit à une augmentation des hydrocarbures à chaîne plus petite détectables dans la gamme C10-C40 à la suite d’une dégradation des hydrocarbures à chaîne plus longue.

Réduction du TPH, microbes, qualité de l'eau
Réduction des TPH (hydrocarbures pétroliers totaux) dans le temps. Histoire de cas Bionetix #38.

Traitement d’étang naturel et artificiel

Les étangs naturels et artificiels sont également contaminés par la pollution par les nutriments (par exemple, les eaux de ruissellement contenant des engrais) ou les déchets des poissons et d’autres espèces aquatiques. Encore une fois, l’ajout des bons micro-organismes désignés pour ces applications peut favoriser des étangs plus propres et des environnements d’aquaculture plus sains.

Un bon exemple vient d’un étang sur un terrain de golf au Chili. L’étang était sombre, avec de mauvaises odeurs et des algues. Un mélange microbien spécial apte à réduire les déchets organiques, l’azote (y compris l’azote ammoniacal) et le phosphore a été ajouté deux fois à l’étang, à 15 jours d’intervalle. Un mois après le premier traitement, la mauvaise odeur avait disparu, il y avait moins d’algues et le bassin était plus clair. Les résultats ont été attribués à la réduction de la pollution par les nutriments.9 Le même traitement peut être utilisé pour améliorer la qualité des étangs artificiels pour la pisciculture (pisciculture).

Il est temps d’ajouter la pièce de bioaugmentation au puzzle

La protection et l’amélioration de la qualité de l’eau comportent de nombreuses facettes, notamment le traitement approprié des eaux usées et des sols pollués qui pourraient alimenter l’écosystème. La bioaugmentation et la bioremédiation exploitent et améliorent les processus naturels de biodégradation pour aider à préparer les eaux usées pour le rejet et nettoyer les contaminants du sol. Compte tenu des résultats encourageants des essais de bioaugmentation et de bioremédiation mentionnés ci-dessus, il est peut-être temps pour davantage d’industries d’ajouter délibérément des micro-organismes au puzzle de la qualité de l’eau.


les références

1 Britannique. “Sources de pollution de l’eau.” Consulté le 2.14.22 https://www.britannica.com/technology/wastewater-treatment/Sources-of-water-pollution

deux idem. “L’étang d’oxydation.” Consulté le 2.14.22 https://www.britannica.com/technology/wastewater-treatment/Oxidation-pond

3 idem. “Traitement primaire.” Consulté le 14/02/22 https://www.britannica.com/technology/wastewater-treatment/Primary-treatment

4 Bionetix International. “Améliorer la qualité des eaux usées pour éviter les frais municipaux.” Antécédents de cas #32. Novembre 2019. Consulté le 2.14.22 https://www.bionetixinternational.com/wpcontent/uploads/Restricted_Case_Histories/ch032.pdf

5 idem. “Réduction de la DCO et de l’ammonium dans les eaux usées agricoles.” Histoire de cas #28. Mai 2019. Consulté le 14/02/22 sur https://www.bionetix-international.com/wp-content/uploads/Restricted_Case_Histories/ch028.pdf

6 idem. “Abaisser la concentration d’ammoniac dans les lagons.” Antécédents de cas #39. Octobre 2021. Consulté le 14.02.22 https://www.bionetix-international.com/wp-content/uploads/Restricted_Case_Histories/ch039.pdf

7 Decterov, Tonya, Ph.D. “La biorestauration des sols et la place des produits Bionetix.” Présentation Powerpoint. 5 août 2016.

8 Bionetix. “Expérience de bioremédiation des sols en Bulgarie.” Antécédents de cas #38. Août 2021. Consulté le 15/02/22 https://www.bionetix-international.com/wp-content/uploads/Restricted_Case_Histories/ch038.pdf

9 idem. “Traitement de l’étang au parcours de golf de Saint-Domingue.” Histoire de cas #24. Janvier 2019. Consulté le 2.14.22 https://www.bionetix-international.com/wp-content/uploads/Restricted_Case_Histories/ch024.pdf