Contributions of the wastewater treatment main stages to the human enteric virus loads reduction : approach to involved mechanisms
Contributions des principales étapes du traitement des eaux usées à l’abattement des charges en virus entériques humains : approche des mécanismes mis en jeu
Résumé
Human enteric viruses (HuEV), which are responsible for the majority of acute gastroenteritis, arereleased in large quantities into the water environment via faeces. Analysis of HuEV loads in wastewatertherefore represents a real public health issue, both at the treatment plant inlet (1st epidemic alert level)and at the outlet (contamination of downstream environments).Through this work, we wanted to contribute to the effort to improve the analysis of HuEVs inwastewater, which, faced with a complex and changing environment, is still too constrained by the limitsof the techniques used. We also wanted to provide elements for interpreting the contribution of the playersinvolved in virus retention in WWTPs.In the 1st chapter, a methodology for the analysis of viral loads in wastewater was optimised in termsof human and material resources available to an environmental analysis laboratory. The protocol wassubsequently applied throughout the remainder of the thesis. With regard to the sampling process, ourresearch was conducted as part of an investigation into the potential of innovative techniques for theextraction of viruses using adsorbent materials, namely activated carbon and chitosan. These have resultedin the creation of prototype samplers, from which a field passive sensor will be developed.Before going into detail about the effects of treatments on viral loads, it was necessary to examine thereality of their abatement under real conditions in a WWTP. The 2nd chapter presents the operation of theGrand Chambéry UDEP through some of the plant's self-monitoring analyses, supplemented byquantifications of norovirus (NoV) and adenovirus (AdV). A multiple correlation analysis shed light on themutual relationships between concentrations and abatement rates of HuEVs, as well as their relationshipswith some of the variables that explain their physical and chemical environment.The primary treatment of the UDEP is the removal of suspended solids through decantation, facilitated bythe addition of polymers. The 3rd chapter presents a comparative analysis of the effects of differentpolymers, selected on the basis of their physical and chemical properties, in terms of retention and viabilityof viral loads. In general, the findings indicate that a significant number of HuEVs pass through this phasewithout being retained. Infectivity measurements indicate that the majority of the particles retain theirinfectious nature, although the majority are retained in the flocs.The relative contributions of the various processes involved in virus retention in biological reactors,whether physical, chemical or biological, remain poorly understood. In this context, we aim to contributeto the existing body of knowledge by presenting the tests described in the 4th chapter, which represent apreliminary approach to the subject matter. The retention of HuEVs was conducted at two distinct scales:firstly, at the laboratory pilot level, which simulated the biofilters of the UDEP; and secondly, at themicrocosm level, represented by grains of pozzolan colonised by biofilms. The results elucidated the extentand temporality of the physical and biological processes involved in HuEV retention.In conclusion, the work emphasises the value of a comprehensive approach to the processes involved ineliminating viral loads from wastewater in WWTPs in order to gain a deeper understanding of theirperformance and to inform improvements.
Les virus entériques humains (VEH), responsables de la majorité des gastroentérites aiguës, sont rejetés engrande quantité dans l’environnement hydrique à travers les fèces. L’analyse des charges en VEH dans leseaux usées représente donc un réel enjeu de santé publique, aussi bien à l'entrée de station d’épuration(STEP) (1ère niveau d’alerte d'épisodes épidémiques) qu'à la sortie (contamination des milieux situés enaval).A travers ce travail, nous avons souhaité participer à l’effort d’amélioration de l'analyse des VEH dans leseaux usées, qui, confrontée à un milieu complexe et changeant, est encore trop contrainte par les limitesdes techniques employées. Nous avons également voulu apporter des éléments d'interprétation de lacontribution des acteurs de la rétention des virus au sein des STEPs.Dans un 1er chapitre, une méthode d’analyse des charges virales des eaux usées de STEP, a été optimiséedans le respect des moyens humains et matériels dont dispose un laboratoire d’analysesenvironnementales. Le protocole a été appliqué dans la suite des travaux de la thèse. Sur le plan del’échantillonnage, nos essais se sont inscrits dans la recherche de techniques innovantes d'extraction desvirus par l’utilisation de matériaux adsorbants : charbon actif et chitosan. Ils ont conduit au développementd’échantillonneurs prototypes, à partir desquels un capteur passif de terrain sera mis au point.Avant d'entrer dans le détail des effets des traitements sur les charges virales, il convenait d'examiner laréalité de leur abattement dans les conditions réelles d’une STEP. Le 2ème chapitre présente lefonctionnement de l'UDEP Grand Chambéry à travers une partie des analyses d’autosurveillance del’établissement, complétées par des quantifications de norovirus (NoV) et d’adénovirus (AdV). Une analysede corrélations multiples a permis d’éclairer les relations mutuelles entre les concentrations et les tauxd'abattement des VEH, mais également leurs relations avec quelques-unes des variables explicatives deleur environnement physique et chimique.Le traitement primaire de l’UDEP repose sur l'élimination des matières en suspension par décantation,assistée par l’ajout de polymères. Le 3ème chapitre aborde la comparaison des effets de différentspolymères, sélectionnés selon leur propriétés physiques et chimiques, en termes de rétention et deviabilité des charges virales. Dans leur ensemble, les résultats font apparaitre qu'une grande part des VEHtraverse cette étape sans être retenue. Les mesures d’infectivité montrent que la plupart conservent uncaractère infectieux mais sont toutefois retenus majoritairement dans les flocs.Les contributions relatives des différents acteurs de la rétention des virus – relevant de processusphysiques, chimiques ou biologiques – au niveau des réacteurs biologiques, sont encore mal connues. C'està ce sujet que nous avons souhaité apporter des connaissances, avec les essais décrits dans un 4èmechapitre, et qui se sont donc inscrits dans une logique de premières approches. La rétention des VEH a étéconduite à l'échelle de pilotes de laboratoire simulant les biofiltres de l’UDEP, et à celle de microcosmesreprésentés par des grains de pouzzolane colonisés par des biofilms. Les résultats ont mis en évidencel'amplitude et la temporalité des processus physiques et biologiques impliqués dans la rétention des VEH.En conclusion, le travail souligne l’intérêt d'une approche détaillée, des processus qui participent àl’élimination des charges virales dans les eaux usées dans les STEPs pour mieux en comprendre lesperformances et dans la perspective de leur apporter des améliorations.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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