Encapsulation de Dehalococcoides: avantage pour la déhalogénation des solvants chlorés en sites contaminés

Abstract

Le tétrachloroéthène (PCE) et les éthènes chlorés qui lui sont apparentés ont été abondamment utilisés pour plusieurs applications en industrie dès le début du 20e siècle. Ils sont cependant comptés parmi les polluants les plus communs des sols et de l’eau et beaucoup d’efforts sont déployés afin de les éliminer. Nous croyons que la conversion des éthènes chlorés en éthènes par des microorganismes est une solution prometteuse. Le premier aspect du projet visait donc à établir les conditions pour lesquelles un consortium enrichi en Dehalococcoides ethenogenes permettrait la conversion complète de PCE en éthène. Les expériences réalisées nous ont permis de souligner le rôle de l’acide lactique ajouté aux cultures comme source de carbone et source indirecte d’électrons pour la déhalorespiration. Nous avons également pu établir l’effet de la concentration initiale de biomasse dans les cultures sur le profil de déhalogénation du PCE. Le deuxième aspect du projet visait à développer un protocole d’encapsulation du consortium dans une matrice polymérique afin de profiter des nombreux avantages potentiels de l’encapsulation. Nous avons testé trois montages d’encapsulation différents : atomisation avec jet d’air, atomisation avec vibrations ultrasoniques et « drop-wise ». Le dernier montage prévoyait l’encapsulation des cultures dans des billes d’alginate enrobées de chitosane gélifié par du lignosulfonate. C’est le seul montage qui nous a permis d’encapsuler le consortium de façon efficace sans effet significatifs négatifs sur son activité de déchlorination. Aussi, la comparaison des profils de déhalogénation du PCE de cellules encapsulées et cellules libres a montré une plus faible accumulation de TCE, 1,2-DCE et VC dans les échantillons de cellules encapsulée et, par conséquent, une conversion plus rapide et plus complète du PCE en éthène. Finalement, nous avons observé une tendance favorable à l’idée que les microorganismes encapsulés bénéficient d’un effet de protection contre de faibles concentrations d’oxygène.

Tetrachloroethylene (PCE) and other chlorinated ethenes have been used for industrial purposes since the beginnning of 20th century. However, they are now considered common pollutants of soil and water. A lot of efforts are directed toward elimination of these compounds and we believe degradation of these chlorinated ethenes by microorganisms is the best solution. The first step of this project was to establish a complete conversion of PCE to its non-toxic product ethylene using an enriched consortium of Dehalococcoides ethenogenes. Our results show the importance of lactic acid as a carbon source and indirect source of electrons in a reaction known as dehalorespiration. We have been able to establish the effect of initial biomass on the biodegradation profile of PCE. The second step of the project was to obtain a working protocol for encapsulation of the consortium in a polymeric matrix. Such immobilization procedure would then allows numerous possible advantages as shown in the literature. We tested three encapsulation setups: air atomization, ultrasonic atomization and drop-wise technique. In the last setup, we successfully encapsulated the bacterial consortium into particles made of an alginate core surrounded by a chitosan layer. Thus the drop-wise technique allowed encapsulation of the consortium without negative effects on its dechlorination activity. In addition, the dechlorination profiles of encapsulated cells showed a lower accumulation of chlorinated intermediates TCE, 1,2-DCE and VC which yield a more rapid and complete conversion of PCE to ethylene. Finally, our results support the idea that encapsulated microorganisms may benefit from a protective effect when oxygen is present in the medium.