Effets de la digestion anaérobie sur les micropolluants et germes

  • View
    214

  • Download
    1

Embed Size (px)

Transcript

  • Effets de la digestion anarobie sur les micropolluantset germes pathognes

    Christian Couturier

    SOLAGRO, 2 Juillet 2002

    Le retour au sol de la matire organique desdchets et sous-produits dorigine urbaine,industrielle ou agricole (sous forme de composts,boues, l isiers, granuls), participe au bouclage des cycles du carbone et desminraux. Ce bouclage du cycle des matiresorganiques est indispensable pour rduire lespollutions et les besoins en nergie. En effet :

    Il maintient les teneurs en humus et la quantit decarbone stocke dans les sols.

    Il rduit (directement ou indirectement) les besoinsen engrais minraux, dont la production estparticulirement nergivore, et les rejets dazote etdes minraux dans leau et lair,

    Cependant, les dchets organiques sontpotentiellement contamins par diffrents polluantsorganiques ou mtalliques (acides organiques,hydrocarbures et drivs, pesticides, cadmium,).Ces contaminants rsultent de lutilisation deproduits divers au long de la chane de production ettransformation des produits que nous consommons,ou du mlange des dchets organiques avec desdchets non organiques (par exemple dans lespoubelles ou le tout--lgout)1. Les dchetsorganiques contiennent galement des bactries,virus ou parasites dont certains sont pathognespour lhomme, les animaux ou les vgtaux.

    Diffrentes stratgies permettent dassurer le retourau sol des matires organiques tout enmatrisant les risques sur lenvironnement et lasant. Il conviendrait en premier lieu, de gnraliserle recours la source de produits et procdspropres ; en second lieu, de sparer les flux enfonction de leur nature2, ensuite, de donner laprfrence aux traitements qui transforment lesmolcules polluantes contenus dans les dchets encomposs inoffensifs, ou qui permettent de lesisoler. Cest ce stade quintervient lamthanisation. Son action est reconnue pour cequi concerne la rduction des pollutions organiques,des odeurs et nuisances, ainsi que pour son intrtsur le plan nergtique. Elle est moins connue pour

    1 Les susbstrats organiques ne produisent pas de polluants :ils ne sont que des vecteurs et non des sources de pollutions. Onsait que lune des principales sources de Cadmium en Franceprovient de lutilisation de phosphates minraux. En supprimantla source (recyclage des phosphates), on arrte laccumulation.2 Par exemple par la collecte sparative des dchets mnagersspciaux.

    ses effets sur les micropolluants et les germespathognes.

    Cet article donne un tat des connaissance de ceseffets, partir dune tude bibliographique ralisesous la direction de SOLAGRO pour le compte delADEME en 19993, et de publications plus rcentes.Il ressort de ces travaux, prsents ci-aprs, que ladigestion anarobie ou mthanisation :

    Dgrade ou transforme en composs non oupeu toxiques la plupart des compossaliphatiques ou monoaromatiques, halogns. Lescomposs polycycliques plus rsistants forment engnral des composs moins toxiques.

    Fixe les mtaux lourds sous des formesinassimilables et non toxiques par les organismesvivants.

    Rduit de 100 10.000 les concentrations enbactries, virus et pathognes.

    Les micropolluants organiques4

    Dgradation des micropolluants organiques

    La plupart des hydrocarbures aliphatiques5 sontbiodgradables par fermentation anarobie. Cest lecas bien entendu des acides organiques,aldhydes, alcools, amines, ctones, esters Cestaussi le cas des aromatiques monocycliques6.Ainsi, les micro-organismes prsents dans lesboues urbaines sont capables de dgraderentirement lacide benzoque et les compossphnoliques en mthane et gaz carbonique.

    Les micropolluants halogns aliphatiques7 etmono-aromatiques8 sont dgrads par digestionanarobie, par des mcanismes biologiques (lesplus rpandus), ou chimiques, et parfois les deux(cas des composs du brome par exemple). Leshalogns possdant 1 2 atomes de carbones

    3 Le devenir des agents de dangers au cours de la digestionanarobie , ADEME - 1999. C. Couturier, L. Galtier(SOLAGRO), P. Pouech (ARM), H. Brugre, L. Marache (EcoleNationale Vtrinaire de Toulouse), M. Kaemmerer (EcoleNationale Agronomique de Toulouse).4 Molcules composes de chanes datomes de carbone etdhydrogne, combins avec des atomes doxygne, dazote, desoufre, ou datomes halogns (chlore, fluor).5 chanes non cycliques.6 benzne, tolune, benzoates, benzaldhydes, phnols,phtalates, nitrobenzne 7 composs de synthse, toxiques voire cancrignes8 qui entrent par exemple dans la composition des pesticides.Toxiques, gnotoxiques

  • Effets de la digestion anarobie sur les micropolluants et germes pathognes p. 2/5 - Christian Couturier SOLAGRO, 2 Juillet 2002

    sont biodgradables 90 % par fermentationanarobie en quelques jours. Ils sont transformsen mthane et gaz carbonique, et en chloreionique9.

    Les hydrocarbures poycycliques aromatiques(HPA) et leurs avatars halogns (notamment lespesticides, PCB et dioxines) sont plus toxiques etpersistants. Ils rsistent galement mieux ladigestion anarobie10.

    Les HPA halogns subissentg n r a l e m e n t l adhalognation rdutrice,avec le plus souvent formationde composs moins riches enatomes halogns, plus oumoins biodgradables, et plusou moins toxiques. Certainss o n t totalementbiodgradables en quelques dizaines de jours.Daures, comme le DDT et le Lindane convertisrespectivement en DDD et ttrachlorocyclohexane,aboutissent des composs moins toxiques. Ladgradation anarobie de la dioxine 2,3,7,8-ttraCDD, a t tudie dans des sdiments. Elleest transforme en une autre dioxine, la 2-monoCDD, dont limpact environnemental nest pasdmontr11. Une tude franaise rcente confirmeque les HPA peuvent tre dgrads par digestionanarobie : 50 % pour le fluoranthne par exemple.

    Phnomnes en jeu

    La dgradation des composs halogns se droulesouvent en plusieurs phases : aprs une premiretape de d-halognation, le produit intermdiaireest son tour dgrad en molcule simple (parexemple de lactate), puis ensuite en biogaz12.Dans dautres cas, la conversion nest pascomplte13. La dgradation dpend du t e m p sdaccl imatat ion des bactries capables de

    9 Par exemple, la biodgradation de 1,2 dichlorothane : C2H4Cl2+ 3/2 H2O 3/4 CO2 + 5/4 CH4 + 2 H+ + 2 Cl-

    10 Une exprience montre que 3 composs sur 14 tests ont tsignificativement rduits par voie anarobie. Le phnomne enjeu est ici chimique. La non dgradabilit nest pas imputable un problme de dure dacclimatation. Une autre exprienceconclu la dgradation de lanthracne et du pyrne en 20 72heures, selon des voies biologiques. Ces rsultats contradictoiresne permettent donc pas de conclure de faon univoque quant audevenir de ces composs en digestion anarobie.11 Il se pourrait toutefois que les composs noforms aientdautres effets toxiques que la molcule de dpart, et enparticulier des effets mutagnes12 Le 3-CBA (acide 3-chlorobenzoque), molcule prsente aussibien dans les boues urbaines papetires que dans les lixiviats dedcharge, est dgrade dabord en chlore ionique et acidebenzoque. Lacide benzoque son tour est transform enactate, hydrogne et gaz carbonique. Suivent enfin les voiesclassiques de mthanognse qui transforment ces compossen mthane et gaz carbonique13 Le ttrachlorthylne perd un atome de chlore et esttransform en trichlorthylne. Les chlorophnols sonttransforms en mthane, gaz carbonique, 4-chlorophnol etphnol

    transformer le compos en question14.

    Les phnomnes en jeu sont les suivants :

    Dabord une dhalognation rductrice, qui aboutit la formation dun compos non (ou moins)halogn

    Ensuite, dans le cas de composs monocycliques,une rupture du noyau aromatique qui gnre des

    composs alphatiques

    Ces composs sontensuite dgrads par lesmcanismes classiquesde la mthanognse

    On pense que les deuxpremiers mcanismessont biologiques pluttque chimiques. Lesbactries mthanognes

    sont riches en cofacteurs mtalliques rducteurs etpourraient catalyser les ractions d edchlorination rductive en milieu anarobie.

    En conclusion, la digestion anarobie dgrade outransforme en composs non ou peu toxiques laplupart des composs aliphatiques oumonoaromatiques, halogns ou non, sous rservedune dure de digestion suffisante pour permettrelacclimatation des bactries. Les composspolycycliques sont plus rsistants et partiellementdgrads. Ils perdent une partie de leurs atomeshalognes et forment en gnral des compossmoins toxiques.

    En milieu arobie, certains composs aromatiqueshalogns ont tendance polymriser, et lesmolcules ainsi formes sont rsistantes touteautre attaque bactrienne. Cependant, certainesexpriences montrent que les mcanismes arobiespeuvent attaquer des molcules qui ne sont pasbiodgradables par voie anarobie. Do lintrt depoursuivre un traitement anarobie par un post-traitement arobie (ou de le faire prcder dunpr-traitement arobie), pratiques dailleursfrquentes : maturation du digestat de biodchetsmunicipaux, finition arobie du traitement deffluentsindustriels, compostage de boues urbainesdigres.

    Effet des micropolluants organiques sur lesphnomnes de fermentation

    La prsence de micropolluants organiques peutthoriquement inhiber la digestion soit parmodification du milieu (pH, potentiel rdox) soit paraction directe sur lactivit microbiologique. Aucuncas dinhibition na t mis en vidence, les seuilsdinhibition sont plus levs que les concentrationsrencontres pour les boues15. Si ncessaire, on peut

    14 Le temps ncessaire pour dgrader le 3,4 et 3,5 chlorophnolpasse de 6 semaines 14 jours lorsque les bactries sontacclimates. Dans le cas du 4-chlorophnol, cette dure passede 16 semaines 8, dure cependant suprieure au temps desjour habituel dans un digesteur.

    Dhalognation puis rupture du cyclebenznique: Lindane, DDT, Dioxi