Fate and Removal of Antibiotics and Antibiotic Resistance Genes in a Rural Wastewater Treatment Plant
Microbiologie environnementale
Traitement des eaux
Échantillonnage & analyses
Data processing
Cadre légal et administratif
Le devenir des micropolluants et des gènes de résistance aux antibiotiques
Les micropolluants (MP), les bactéries résistantes aux antibiotiques (ARB) et les gènes de résistance aux antibiotiques (ARG) constituent une menace croissante pour notre environnement et notre santé humaine, ce qui se traduit par des règlementations de plus en plus strictes en matière de gestion des eaux usées, notamment dans la directive révisée sur le traitement des eaux urbaines résiduaires (UWWTD, 2024/3019/UE).
C’est dans ce cadre que le projet CoMinGreat a vu le jour entre 2021 et 2023. Celui-ci avait pour objectif la mise en place d’une plateforme dédiée aux micropolluants pour la Grande Région. Un article dédié à la présentation du projet avait été publié en 2023 sur le site internet du CEBEDEAU. Celui-ci est disponible via le lien
Les résultats obtenus étant prometteurs, une publication scientifique dans le journal MDPI (Microorganism) a été rédigée au sein de la Special Issue : Sustainable Approaches to Mitigate Antimicrobial Resistance in the Environment. Auteurs : Lena Brouwir, Hetty KleinJan, Charlotte Balent, Gilles Quabron, Fanny Gritten - CEBEDEAU et Irene Salmerón et Silvia Venditti - Université du Luxembourg.
Cet article met en avant l’évaluation de l’efficacité d’un filtre planté vertical (FPV) comme solution naturelle pour éliminer les MP, les ARB et les ARG des eaux usées urbaines. Le FPV a été comparé à deux traitements quaternaires conventionnels : le charbon actif en grains (CAG) et l'ozonation combinée au CAG (O3-CAG). Trois antibiotiques ont été quantifiés (par LC-MS/MS) en parallèle avec les ARG (par qPCR et métagénomique) et le profilage bactérien (métabarcoding et comptage sur plaque).
L’efficacité du filtre planté évaluée sous différents aspects
Les résultats indiquent que, dans les conditions testées, le FPV permet une élimination efficace et stable des micropolluants et des ARG. Cette étude met en évidence le potentiel des solutions basées sur la nature pour égaler les traitements quaternaires avancés en termes de performances d'élimination et de fiabilité opérationnelle, offrant ainsi un moyen durable et rentable de réduire la propagation des micropolluants et des ARG via les eaux usées.
En effet, la station d'épuration a permis de réduire de plus de 80 % les concentrations de N-SMX (N-acetylsulfamethoxazole) et de 66,3 % pour SMX (sulfamethoxazole). En revanche, pour la CLA (clarithromycine), une augmentation de 23,5 % a été calculée, ce qui démontre la faible efficacité de la station d'épuration seule pour éliminer cette molécule. Lorsque le filtre planté est ajouté au traitement, la CLA est éliminée à plus de 80 % et le N-SMX à plus de 75 %, montrant ainsi l’efficacité de traitement quaternaire pour éliminer les micropolluants. Il y a cependant une augmentation de la concentration du SMX.
Les taux d'élimination des ARG et de l’intégrase de classe 1 ont été calculés afin d'évaluer la capacité de la station d'épuration à les éliminer. Pour les quatre ARG analysés (blaAmpC, ermB, sul1 et tetW), les efficacités d'élimination variaient de 35,17 % (blaAmpC) à 97,82 % (ermB). La station d'épuration a permis de réduire de plus de 80 % le gène ermB au cours des deux campagnes. En revanche, la concentration en intI1 a augmenté (313,99 %) au cours de la deuxième campagne, ce qui indique une prévalence plus élevée des transferts de gènes en sortie de la station d’épuration par rapport à l’entrée. En général, dans cette étude, les traitements quaternaires ont réduit les quantités d'ARG (blaAmpC, ermB, sul1 et tetW) et d'intI1 plus efficacement que la station d'épuration seule. L’ajout du filtre planté permet une élimination adéquate et fiable de tous les ARG et intI1, avec une faible variabilité temporelle par rapport à O3 + CAG et CAG. Seuls des effets mineurs de libération d'ARG ont été observés dans FPV. Bien que O3 + CAG ait atteint une élimination moyenne similaire à celle de FPV, son incapacité à éliminer intI1 a souligné l'avantage de FPV.
Il a également été observé que les communautés bactériennes retrouvées en sortie de station d’épuration, et dans le FPV ne présentaient pas de différence significative (p = 0,063), ce qui correspond aux études précédentes, dans lesquelles il a été rapporté que les communautés décrites dans les FPV sont dominées par les mêmes phyla que ceux trouvés dans les effluents. En revanche, les communautés du CAG et de l'O3 + CAG différaient significativement de celles de la station d'épuration OUT (p = 0,036 et p = 0,029, respectivement). Le traitement O3 + CAG a induit un changement distinct et significatif dans la communauté microbienne par rapport au CAG (p = 0,028), comme rédigé dans la littérature scientifique.
Plusieurs genres bactériens ont été signalés comme contribuant à l'élimination des nutriments et des antibiotiques dans les filtres plantés par biotransformation, par biosorption ou par des mécanismes connexes. Dans cette étude, des genres associés à la nitrification (Nitrosomonas et Nitrospira) ont été détectés dans l’effluent (0,15 à 1,26 %, qui sont respectivement les abondances minimale et maximale pour toutes les campagnes) et dans les filtres plantés (0 à 3,41 %), alors qu'ils étaient faibles ou absents dans le CAG (<0,29 %) et l'O3 + CAG (< LOD).
Conclusion
Dans le contexte étudié, les filtres plantés verticaux se sont révélés être une méthode robuste et fiable pour traiter les eaux usées urbaines contaminées par des micropolluants. Les résultats renforcent la valeur ajoutée des solutions fondées sur la nature en tant que traitements quaternaires pour la gestion des eaux usées dans les zones rurales. De plus, les filtres plantés permettent la production d'effluents conformes aux normes de la catégorie de réutilisation B (eau réutilisée pour des applications telles que les cultures alimentaires consommées crues, les cultures transformées et les cultures non alimentaires), les concentrations d'E. coli restant inférieures à 100 UFC/100 ml.
Les connaissances acquises durant ce projet seront également exploitées dans le cadre du projet QualiSûre qui vise à identifier les hotspots d’émissions et à évaluer les performances épuratoires, à l'échelle pilote, des filtres plantés verticaux optimisés pour le traitement des rejets des stations d’épuration et des surverses des déversoirs d'orage. Plus d'infos sur QualiSûre.
Ces études ont été réalisées grâce aux financements des Fond de recherche régional (FEDER) et de la Région Wallonne via le programme Interreg V A Grande Région (interreg-gr.eu)
