La pollution des eaux superficielles et souterraines par des composés organiques est bien connue comme une préoccupation majeure de l'environnement dans de nombreux pays. Si les polluants prioritaires sont actuellement surveillés par la directive cadre européenne sur l'eau, il est désormais urgent de prendre en considération les nouveaux polluants dérivés de principes actifs des produits pharmaceutiques et d'identifier leurs produits de transformation à risque. Ce travail de thèse propose une étude globale sur l'état et l'avenir des produis pharmaceutiques dans l'environnement, sur l'exemple de deux pharmaceutiques choisis, dans le cadre de cette importante problématique environnementale. Nous avons donc appliqué les procédés électrochimiques d'oxydation avancée, électro-Fenton (EF), oxydation anodique(OA) et photoélectro-Fenton solaire (PEFS), ainsi que le couplage électro-Fenton/traitement biologique pour une élimination effective des polluants médicamenteux furosémide et ranitidine. Les résultats obtenus confirment l'efficacité de ces technologies électrochimiques pour la minéralisation quasi-totale des produits pharmaceutiques étudiés. En outre, l'utilisation du pré-traitement par EF suivi d'un procédé biologique confirme la capacité de l'EF de transformer les polluants organiques en produits biodégradables qui peuvent être consommés par des microorganismes lors d'un traitement biologique, démontrant ainsi l'applicabilité potentiel de cette technique combinée, en termes d'une consommation énergétique réduite. L'identification des produits de transformation (PTs) des pharmaceutiques étudiés par voie électrochimique (électro-oxydation) et biologique (bioconversion) a été effectuée par différentes techniques d'analyse physico-chimiques. La biotransformation du FRSM a conduit à la formation de trois PT principales; saluamide, pyridinium et un dérivé céto-alcool. Les deux premiers ont aussi été détectés lors du traitement électrochimique, ce qui suggère la probabilité de les trouver dans l'environnement comme les produits de transformation les plus plausibles par des différentes conditions de dégradation. Les tests de toxicité basés sur l'inhibition de la bioluminescence des bactéries marines Vibrio fischeri ont montré que certains PT formés lors de traitement électrochimiques sont plus toxique que la molécule mère, car une augmentation de la toxicité globale de la solution a été observée au début des électrolyses. Néanmoins, la toxicité de la solution est complètement éliminée à la fin des traitements électrochimiques, ce qui indique l'efficacité de ces technologies aussi pour la détoxification des solutions des médicaments traités. Par conséquent, cette étude constitue une contribution importante à l'évaluation des risques environnementaux des produits pharmaceutiques / The present project contributes with valuable data for a better fundamental understanding on the fate of pharmaceutical residues in the environment, dealing with the main challenges concerning this increasingly worrying environmental issue. The used Electrochemical Advanced Oxidation Processes (EAOPs), electro-Fenton (EF) and anodic oxidation (AO), showed to be a very efficient alternative for the mineralization of acid solutions of the pharmaceuticals RNTD and FRSM, attaining almost complete mineralization of the drugs after 6h of electrolysis. A comparative study on the mineralization of RNTD solutions by EF and SPEF processes in a 2.5 L capacity pre-pilot flow plant demonstrates the higher oxidation capacity of SPEF, achieving very good mineralization rates, thus evidencing the potentiality of this technology at greater scale for the treatment of wastewaters containing pharmaceutical products. The application of an EF pre-treatment coupled with a biological process for the degradation of both drugs was conducted. EF pre-pretreatment was capable of enhancing the solution biodegradability envisaging a biological treatment, which efficiently removed the short-chain carboxylic acids that had been formerly generated during the pre-applied electrolysis. In this way, the combination of both processes was confirmed as a very promising technology for the treatment of pharmaceuticals-containing wastewater. Several transformation products (TPs) were detected and identified during the electrochemical oxidation of the studied drugs. Toxicity tests based on the bioluminescence of the marine bacteria V. fischeri. evidenced the toxicity some of these oxidation by-products, since the toxicity of the solution increased on the first stages of the electrolysis. However, the abatement of the toxicity in the final stages of the electrochemical treatments, demonstrated the effectiveness of these technologies for both the mineralization and detoxification of the RNTD and FRSM solutions. The use of the fungi Cunninghanella echinulate for the bioconversion of FRSM led to the formation of three main bio-transofrmation products: the previously identified saluamide and pyridinium, and the new detected keto-alcohol derivate. These TPs were generated by both, biological and electrochemical approches, evidencing their high probability to be found in environmental compartments as the most likely TPs of FRSM by different oxidation conditions. This study is thus presented as a very useful alternative for the assessment of the fate of pharmaceutical residues in the environment
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2014PEST1179 |
| Date | 17 December 2014 |
| Creators | Olvera Vargas, Hugo |
| Contributors | Paris Est, Erasmus Mundus EteCoS3, Oturan, Mehmet Ali |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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