Evaluation de la biodégradabilité des intermédiaires réactionnels

III.1.1 Dispositif et conditions expérimentales de biodégradation

La biodégradabilité des intermédiaires réactionnels est évaluée en utilisant le test de Sturm présenté dans le chapitre II. La composition des réacteurs dans le test de Sturm mis en place pour estimer la biodégradabilité des intermédiaires de la TC, est indiquée dans le Tableau III. 2.

Tableau III. 2 : Composition des réacteurs et objectifs visés pour chacun des réacteurs

Réacteur Rôle Composition

1 Test de biodégradation de la tétracycline.

- Média de Sturm (solutions a, b, c et d, V = 13 mL),

- Tétracycline (41,83 mg/L de carbone), - Inoculum : boues activées lavées

([MES] = 30 mg/L).

2 et 3 Test de biodégradation de la tétracycline et de ses sous-produits.

-Média de Sturm (solutions a, b, c et d,

V = 13 mL), - Intermédiaires : COD (2) = 30,09 mg/L,

COD (3) = 32,51 mg/L - Inoculum : boues activées lavées

([MES] = 30 mg/L).

4

Test de biodégradation d’un polluant de référence, connu pour être facilement biodégradable (benzoate de sodium).

- Média de Sturm (solutions a, b, c et d, V = 13 mL),

- benzoate de sodium (45,72 mg L-1 de COD), - Inoculum : boues activées lavées

([MES] = 30 mg/L).

5

Témoin inoculum afin d’évaluer la production de CO2 si aucune source de

carbone n’est ajoutée.

- Média de Sturm (solutions a, b, c et d, V = 13 mL),

- Inoculum : boues activées lavées ([MES] = 30 mg/L).

6

Témoin abiotique afin d’évaluer la production de CO2 si aucune source de

microorganismes n’est ajoutée.

- Média de Sturm (solutions a, b, c et d, V = 13 mL),

- Sous-produit (31,09 mg/L de carbone), - Hypochlorite de sodium (désinfectant).

III.1.2 Validation du dispositif expérimental

La biodégradation du benzoate de sodium est évaluée afin de vérifier le fonctionnement du dispositif expérimental, c’est un contrôle de procédure. Dans la Figure III. 2, l’évolution du pourcentage de biodégradation benzoate de sodium au cours du test est présentée. Au bout du 15 ième jour, ce composé est minéralisé à 63 % et à la fin du test de Sturm il est biodégradé à 70%. La valeur de 100 % ne peut pas être atteinte car une partie du carbone est consommée par les microorganismes et utilisée pour le développement des cellules (Calmon et al., 2000). Ainsi, la valeur de 70 % est considérée comme correspondant à la biodégradation complète du benzoate de sodium. Un autre critère de contrôle du dispositif expérimental est le CO2 formé dans le témoin inoculum. Selon la norme ISO 9439, la quantité

121 de gaz libérée dans ce témoin doit être inférieure ou égale à 70 mg. Dans cette expérience, 66 mg de CO2 a été formé dans le témoin inoculum. Etant donné que le benzoate de sodium

utilisé pour vérifier le dispositif expérimental a été minéralisé et que la quantité de CO2

produite dans le témoin inoculum répond aux exigences de la norme, le dispositif expérimental ainsi que l’ensemble de l’expérience peuvent être validés.

Figure III. 2 : Evolution du pourcentage de biodégradation du benzoate de sodium en fonction de la durée du test de Stum

III.1.3 Résultats et discussion sur la biodégradabilité des intermédiaires

Le Tableau III. 3 présente les valeurs de CO2 obtenues dans chacun des réacteurs à la

fin du test. Dans le réacteur 1, la biodégradation de la TC est évaluée. La quantité de CO2

dans ce réacteur est de 96 mg/L. Cette quantité de CO2 correspond au CO2 issu

respectivement de la biodégradation, de la respiration endogène des bactéries (estimée dans le réacteur 5) et des réactions abiotiques (estimée dans le réacteur 6). Cependant, la somme des quantités de CO2 produites dans les réacteurs 5 (66 mg/L) et 6 (59 mg/L) est supérieure à la

quantité de CO2 obtenue dans le réacteur 1. De ce fait, il peut être conclu que seule la

respiration endogène des bactéries et le processus abiotique ont conduit à la production de CO2 dans le réacteur 1 et donc que la tétracycline n’a pas été biodégradée. Ce résultat a été

également obtenu par Gartiser et al., (2007) et Prado et al., (2009). Ces auteurs ont examiné la biodégradation de la tétracycline respectivement par le test de Zahn–Wellens et le test de Sturm et ils n’ont pas observé de biodégradation de la TC.

0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6 8 10 12 14 16 % d e b io d ég ra d a ti o n d u b en zo a te d e so d iu m

122 Tableau III. 3 : Masse (en mg) de CO2 produite dans chaque réacteur à la fin du test de Sturm

Réacteurs

1 2 3 4 5 6

CO2 (mg) 96 77 78 170 66 59

Dans les réacteurs 2 et 3, la biodégradabilité des intermédiaires formés au cours du procédé photocatalytique est évaluée. La quantité de CO2 obtenue dans ces réacteurs est

respectivement de 77 et 78 mg/L. Comme dans le réacteur 1, cette quantité de CO2 correspond

au CO2 issu respectivement de la biodégradation, de la respiration endogène des bactéries

(estimée dans le réacteur 5) et des réactions abiotiques (estimée dans le réacteur 6). Ici aussi, la somme des quantités de CO2 produites dans les réacteurs 5 et 6 est supérieure à la quantité

de CO2 obtenue respectivement dans les réacteurs 2 et 3. Ainsi, il peut être conclu que tout

comme l’hydrochlorure de tétracycline, les intermédiaires réactionnels obtenus par dégradation photocatalytique dans les conditions expérimentales de cette étude ne sont pas biodégradables.

Des travaux antérieurs menés par d’autres chercheurs ont montré qu’en appliquant des procédés d’oxydation avancés tels que le photo-Fenton, l’ozonation, la photocatalyse, ou l’UV/H2O2, la biodégradabilité des composés pouvait être améliorée. Selon ces auteurs, les

intermédiaires réactionnels sont plus oxydés et ils peuvent ainsi être facilement biodégradés (Klavarioti et al., 2009 ; Arslan-Alaton et al., 2004). Par exemple, dans l’étude où Reyes et ses co-auteurs ont évalué l'augmentation de la biodégradabilité au cours de la photodégradation de la tétracycline, ils ont utilisé comme indicateur le rapport DBO/DCO (DBO : Demande Biochimique en Oxygène, DCO : Demande Chimique en Oxygène) et ont observé une augmentation de ce rapport DBO/DCO. Dans leur étude, ce rapport indique la capacité du traitement photocatalytique à améliorer la biodégradabilité. La principale explication à la différence entre leurs conclusions et celles de cette présente étude peut être attribuée au fait que les méthodes utilisées pour évaluer la biodégradabilité sont différentes.