Brevet FR2588850A1 — publié le 19870424

La présente invention a trait au domaine du traitement des eaux en vue de les débn##sser, notamment, des divers polluants organiques considérés comme des produits toxiques. Elle concerne tout spécialement un procédé d'épuration d'eau en vue d'éliminer les polluants précités et dans lequel on fait intervenir le couple enzyme-protéine fourni par un déchet biologique constitué par du sang. Compte-tenu des problèmes posés par la protection de l'environnement et de l'aggravation des risques pour la santé humaine, on a entrepris ces dernières années un certain nombre d'études basées sur l'utilisation d'enzymes dans le traitement des eaux. Par exemple, il a été montré, au stade du laboratoire, que des polluants fréquemment présents dans les eaux tels que des phénols et des amines aromatiques pouvaient être partiellement éliminés par des systèmes enzymatiques tels que des couples : peroxydase du Raifort/H2 02, polyphénol oxydase/.02. De tels systèmes présentent l'inconvénient d'être particulièrement onéreux à cause du coût du catalyseur enzymatique. D'autre part, on sait que l'oxydation des molécules d'enzymes conduit normalement à une polymérisation non enzymatique en produits insolubles qui peuvent être séparés de l'eau Toutefois, ce phénomène de précipitation n'existe pas lorsque les concentrations en molécules organiques des polluants sont inférieures à 10 mg/l environ. Or, un tel taux reste supérieur aux quantités de toxiques organiques que l'onpeut tolérer dans les eaux traitées. Parmi les buts visés par l'invention, l'un des principaux consiste à mettre au point un procédé à système enzymatique permettant de séparer de l'eau polluée les molécules organiques toxiques présentes à des concentrations inférieures à 10 mg/l. Un autre but est de trouver un milieu enzymatique peu coûteux et apte à être obtenu en grandes quantités, afin de réduire au maximum le coût du traitement de l'eau. Pour parvenir à ces buts et résoudre les problèmes posés, l'invention propose un procédé de traitement selon lequel liteau à dépolluer est mise en contact avec un hémolysat de sang aux protéines coréticulées, en présence d'un peroxyde. Conformément à l'invention, c'est le sang total, ou hémoglo bine, qui est utilisé comme matériau de base et non les produits de purification de cette dernière tels que l'hème, principe actif, qui n'apporte pas tous les résultats visés. Ainsi la matière première est disponible en grandes quantités, comme cela est le cas, par exemple pour le sang bovin dans les abattoirs. On sait en effet que la quantité de sang animal disponible en France est de l'ordre de 200 millions de litres par an. Sans entrer ici dans le détail des mécanismes réactionnels les plus plausibles, il apparait que les protéines du sang agissent, en présence du catalyseur enzymatique et de l'agent oxydant, sur la matière organique polluante pour donner des produits d'oxydation du polluant qui se fixent sur les protéines et peuvent être facilement séparés de l'eau à traiter. Dans la mise en oeuvre du procédé, le sang hémolysé est "immobilisé" par la technique bien connue de coréticulation des protéines à l'aide de réactifs bifonctionnels comme par exemple le glutaraldéhyde ou composés équivalents. On sait que le traitement par un dialdéhyde suivi d'un cycle congélation-décongélation, ou encore d'une dilution dans une solution non isotonique au plasma, permet d'obtenir une masse sanguine spongieuse (voir par exemple brevet français no 1 604 982 et ses additions). Une telle masse spongieuse est ici utilisable en l'état, sans que l'origine du sang constitue un facteur critique. L'agent destiné à l'oxydation des molécules organiques toxiques est constitué le plus couramment par de l'eau oxygénée mais cette dernière peut, bien entendu, être remplacée par des produits équivalents tels que des péroxydes organiques ou, d'une façon générale, tout système enzymatique ou électrochimique générateur de peroxydes. Pour obtenir une bonne efficacité du procédé selon l'invention, l'hémolysat doit être maintenu en milieu aqueux et non à l'état desséché et l'on met en oeuvre, avantageusement, 4 a200 mu d'hémoglobine contenue dans un hémolysat réticulé et 4 à 170 mu de peroxyde d'hydrogène pour traiter 1 litre d'eau. Bien entendu, ces proportions sont les plus courantes mais peuvent varier selon le degré de pollution de l'eau. Conformément à un mode de réalisation préféré, on effectue un apport continu du peroxyde pendant le traitement de l'eau. En pratique, l'hémolysat est utilisé sous forme granuleuse ou dispersable dans une phase de décantation de l'eau. Selon une variante intéressante, on peut adjoindre un support minéral ou organique au moment de la réticulation des protéines sanguines. Le support ainsi enrobé peut servir de filtre, par exemple en réacteur ouvert dans une installation d'épuration d'eau. Enfin, le traitement de l'eau peut être effectué en lit fixe, en lit mobile ou encore en phase fluidisée L'invention sera mieux comprise par la description détaillée des modes de réalisation non limitatifs. Essais préliminaires et tests de contrôle De nombreuses études ont été faites dans le cadre de l'invention et ont permis de prouver l'absence de produits engendrés par la réac- tion de type paroxydasique mise en oeuvre, ceci par des techniques aussi différentes que des tests de toxicologie, des mesures analytiques pous sées et la disparition d'un substrat radioactif A cet égard, les essais de toxicologie au moyen du test "Daphnies" (norme AFNOR NF T 90-301 de janvier 1983) ont montré que le procédé n'engendrait pas de molécules toxiques, lors de l'oxydation enzymatique du dichloro-2,4 phénol. Les essais de détection des molécules toxiques par chromatographie et par spectrographie de masse se sont révélés totalement négatifs. On a pu montrer que les produits réactionnels de la matière pol luante se lient de façon covalente aux protéines sanguines. Les études faites sur du dichloro-2,4 phénol marqué-au carbone 14 ont montre que la radioactivité restait associée aux protéines lorsque le milieu réac tionnel contenait de l'eau oxygénée. Par exemple, on a traité 10 ml d'une solution aqueuse contenant 200 mg de méthémoglobine (forme oxydée connue de 1'hémoglobine) et du dichloro-2,4 phénol uniformément marqué au carbo ne 14, par 0,19 mg/minute d'eau oxygénée. La radioactivité était comptée dans le surnageant de précipitation par un compteur à scintillation. On a représenté sur les courbes de la figure 1 l'évolution de la quantité de dichloro-2,4 phénol (2,4 DCP) se liant à la protéine. L'axe des or données correspondant à des taux de 2,4 DCP exprimés en partes par billion (ppb) alors que l'axe des abscisses correspond au temps en minutes. La courbe A illustre la variation des quantités de 2,4 DCP libre alors que la courbe B, selon le procédé de l'invention, montre l'évolution du 2,4 DCP lié à l'hémoglobine. Exemples de réalisation i) 5n a fait percoler 30 mg d'hémoglobine, contenue dans du sang bovin aux protéines corét eulées par un dialdéhyde, par une solution aqueuse contenant 5 ng/l de dichloro-2,4 phénol (dont 0,03 mgXl radioactif) et 170 mg/l d'eau oxygénée à la vitesse de 80 cm/h. On peut voir sur la figure 2 annexée l'évolution au cours du temps (abcisse exprimée en heures) de la concentration en 2,4 DCP (ordonnée) exprimée en mgjl dans un affluent d'eau (courbe C) et un effluent d'eau traitée (courbe D), en réacteur de type lit fixe. 2) On a cherché n éliminer deux phénols à l'aide du procédé de l'invention à savoir le phénol ordinaire et le 2,4 DCP. Ceci dans un traitement de l'eau en réacteur fermé en mettant. en oeuvre 5 g/l d'hémoglobine (sang hémolysé aux protéines coréticulées) et 200 mg/h d'eau oxygénée par litre de milieu aqueux à traiter. Les courbes de la figure 3 mettent en évidence l'évolution au cours du temps (abscisse en minutes) de la concentration en mg/l (ordonnée) de phénol -selon la courbe E et de 2,4 DCP, selon la courbe F. Les courbes G et H représentent, respectivement, les essais témoins pour le phénol et les essais témoins pour le 2,4 DCP. 3) On a cherché, dans ces expérimentations, à éliminer d'une eau deux amines aromatiques à savoir la benzidine et l'ortho-dianisidi- ne et l'on a obtenu les résultats résumés dans les tableaux 1 et 2 cidessous où la concentration en hémoglobine correspond à celle d'un hémolysat de sang bovin aux protéines réticulées par 0,3 % de glutaraldéhyde Tableau 1 O.dianisidine Concentration Concentration % de Temps (mg/l) hémoglobine peroxyde disparition (en (mg/l) (mu/1) à 10 et 200C minutes) 2 0 0 0 4 2 200 0 0 4 2 0 5 0 4 50 200 5 96 4 2 200 5 90 2 Tableau 2 Benzidine Concentration Concentration % de Temps (mg/l) hémoglobine ptroxyde disparition (en (mg/l) (mg/l) minutes) 6,2 0 0 0 4 6,2 200 0 o 4 6,2 o 5 0 4 6,2 200 5 97 4 6,2 200 5 93 3 4) Dans cette série de manipulations on a cherche à éliminer le phénol d'une eau potable de réseau qui avait été dopée par 20 mi de phénol. Le réacteur, de type lit fixe, contenait 7,8 g d'hémoglobine (sang bovin dilué) aux protéines immobilisées par 0,35 % de glutaraldéhyde, en présence d'un support minéral de type ISOBUL (marque déposée de LAFARGE REFRACTAIRES). On a représenté sur la figure 4 annexée la courbe d'évolution dans le temps (abcisse en jours) du pourcentage (ordonnée) d'abattement en phénol en réacteur de traitement ouvert, du type lit fixe. Les flêches indiquent les périodes et quantités (exprimées en millimolaire mM) d'addition d'eau oxygénée. Après 38 jours, on a arrêté l'ajout d'eau oxygénée et introduit pendant 48 heures des antibiotiques et antifongiques afin d'éliminer du milieu du traitement toutes biomasses susceptibles d'interférer. 5) Enfin, par des séries d'expérimentations systématiques, on a essayé toute une série de substrats aptes à convenir pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention afin de déterminer les principales molécules organiques de polluants toxiques qui pouvaient être facilement éliminées lors de la mise en oeuvre du procédé. On a pu ainsi dresser une liste non limitative de ces polluants, parmi lesquels il faut citer - parmi les amines : l'awiline, la chloro-2 aniline, la méthyl-4 aniline, la méthoxy-3 aniline, la méthoxy-4 aniline, la benzidine, la diméthoxy 3,3' benzidine, la benzylamine, la bétaphényléthylamine... etc. - parmi les phénols : le phénol, le chloro-2 phénol, le chloro-3 phénol, le méthoxy-2 phénol, le dichloro-2,4 phénol, le diméthyl-2,4 phénol, le diméthyl-2,6 phénol, le diméthoxy-2,6 phénol, le p-crésol etc... - parmi les produits divers : la quinoléine, la l-dopamine, la l-tyroti- ne, la l-tyramine, la tryptamine, la l-tryptophane, la 1-phénylalanine, l'in~dole... etc. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration d'une eau en vue de l'élimination de polluants organiques toxiques, caractérisé en ce que l'eau est mise en contact avec un hémolysat de sang aux protéines coréticulées et un peroxyde. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le peroxyde est choisi dans le groupe de l'eau oxygénée, des peroxydes organiques et de tout système enzymatique ou électrochimique générateur de peroxydes. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on met en oeuvre 4 à2OOmg d'hémoglobine contenue dans un hémolysat non desséché et 4 à 17Umg de peroxyde d'hydrogène, par litre d'eau à traiter. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'hémolysat est utilisé sous forme granuleuse ou dispersable dans une phase de décantation de l'eau. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'hémolysat est fixé sur un support organique ou minéral , l'ensemble étant mis en oeuvre dans une phase de filtration de l'eau. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, pendant le traitement, on effectue un apport continu d'agent générateur d'oxygène. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le traitement de l'eau est effectué en lit fixe, en lit mobile ou en phase fluidisée.