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H2020

POLIS — Résultat en bref

Project ID: 661429
Financé au titre de: H2020-EU.1.3.2.
Pays: Italie
Domaine: Changement climatique et Environnement

La stabilité favorise les stratégies de traitement des eaux usées

Les objectifs politiques européens mettent l’accent sur le besoin d’augmenter l’efficacité énergétique dans les processus industriels et de valoriser les déchets. Ce qui demande une meilleure compréhension des mécanismes mis en place dans les approches biotechnologiques.
La stabilité favorise les stratégies de traitement des eaux usées
Les stratégies de traitement biologique des eaux usées utilisent des micro-organismes pour lesquels les polluants constituent des substrats et qui ainsi, récupèrent l’énergie nécessaire pour leur croissance à partir de la transformation de ces polluants en produits non nuisibles. Ce sont notamment les bactéries anammox (oxydation anaérobie de l’ammonium) qui possèdent cette capacité unique de mélanger l’ammonium et le nitrite pour former de l’azote gazeux. Cette caractéristique des bactéries a été utilisée pour prélever l’azote des eaux usées avec des concentrations élevées d’ammonium.

En raison de la faible vitesse de croissance des bactéries anammox, une préservation efficace de la biomasse est essentielle pour l’exploitation des réacteurs. La formation d’agrégats granulaires microbiens qui se caractérisent par des propriétés de tassement excellentes renforce les performances des réacteurs et contribue à la stabilité des technologies anammox.

Les scientifiques au sein du projet POLIS financé par l’UE se sont concentrés sur l’étude du processus de granulation et l’identification des paramètres qui ont un impact sur la formation de la boue granulaire anammox. «Notre objectif est d’élucider le mécanisme nécessaire pour la stabilité mécanique des bactéries anammox, qui constitue une condition préalable au traitement des eaux usées municipales», explique le professeur Malpei, coordinateur du projet.

Processus bactériens anammox

La stabilité granulaire est étroitement liée aux propriétés des substances exopolymériques (SEP) sécrétées par les bactéries anammox. Les chercheurs du projet POLIS ont utilisé de nombreuses méthodes, y compris la spectrométrie de masse et la chromatographie liquide, pour identifier les structures SEP et découvrir les mécanismes essentiels à la stabilité granulaire. Pour étudier les interactions entre les composantes principales des SEP, à savoir les protéines et les polysaccharides, et les cations, des techniques modernes rhéologiques ont été combinées à la diffusion de la lumière et la microscopie.

Après extraction, l’analyse des SEP a révélé la présence de protéines, de polysaccharides et de lipides ainsi que d’acides nucléiques. 251 protéines ont été identifiées au total, dont la plupart faisaient partie intégrante de la membrane cellulaire bactérienne. Du point de vue structurel, «l’identification des SEP en tant que fibrilles de type amyloïdes contribuera à l’amélioration de la formation et de la stabilité de la boue granulaire anammox constituant les éléments clés des applications actuelles», poursuit le Dr Tommaso Lotti, le chercheur principal, titulaire de la prestigieuse bourse individuelle Marie Skłodowska-Curie.

Il est intéressant de noter que les SEP extraites de la boue granulaire anammox ont été utilisées pour créer un biomatériau viscoélastique qui pourrait être utile dans d’autres secteurs de l’industrie. La caractérisation physico-chimique du biomatériau récupéré a identifié ses propriétés rhéologiques en tant que fonction de la concentration des SEP. En général, la compréhension de la composition et des fonctions des SEP dans les granules anammox contribuera à la mise en œuvre innovante des processus basés sur l’anammox dans les stations d’épuration municipales et à la réutilisation de la boue granulaire résiduelle produite.

Promouvoir l’économie circulaire

Dans les applications anammox, la biomasse produite contient un mélange de bactéries et de SEP sécrétées par ces bactéries. Actuellement, cette boue est considérée comme un déchet, et les coûts liés à son élimination représentent jusqu’à 50 % des frais de fonctionnement du traitement des eaux usées.

Les conclusions du projet POLIS suggèrent que la récupération du biomatériau basé sur les SEP peut être utilisée dans d’autres secteurs industriels, ce qui augmenterait considérablement la viabilité et l’économie du traitement des eaux usées. Comme l’indique le Dr Tommaso Lotti, «cette approche promouvra le développement de l’économie circulaire, contribuant ainsi à la transformation des stations traditionnelles de traitement des eaux usées en des bioraffineries efficaces».

Les résultats du projet POLIS sur les SEP anammox couvrent également la formation d’un biofilm bactérien et amplifient leur portée scientifique, étant donné qu’elles peuvent être bénéfiques à d’autres domaines tels que le bioencrassement et la biocorrosion. Le professeur Malpei prévoit que les conclusions du projet POLIS «seront utilisées par les sociétés existantes et les administrations des eaux pour mener plus efficacement la recherche et le développement des futurs processus reposant sur les biofilms et l’anammox».

Mots-clés

POLIS, substances exopolymériques (SEP), eaux usées, bactéries, oxydation anaérobie de l’ammonium (anammox), biofilm, boue granulaire