Etude de la biodénitrification sur support ligno-cellulosique en présence de 4-éthylphénol
Authors: Fdil Rabiaa , Lhadi El Kbir , Morvan Jean 
Published: June 2015

In some Moroccan areas, ground waters are contaminated with nitrates. The concentrations can reach 100 to 400 mg/L. Such ground waters are the only source for rural people daily demand. Therefore, itis needful to ensure a rustic denitrification treatment.In the lab, a biodenitrification process has beenstudied using reed cellulose as carbon source andreducing agent. Moreover, the denitrified water(NO3- < 50 mg/L, NO2- < 0,1 mg/L) contained organicmatter. As the last step of treatment chain waschlorination, THMs were formed in levels higher asallowable.So, reed and the effluent were extracted with organicsolvents and a few organic compounds, especiallyphenols, were identified by gas chromatographycoupled to the spectrometry of mass (GC/MS).Therefore, the aim of this work was the study of the 4-ethylphenol effect on the biodenitrification. Thismolecule was present in both, reed and denitrifiedwater.Series of experiments has been conducted as described:Experiment 1: reference assay with reed cellulose,Experiment 2: tests with reed chips and 4-ethylphenol,Experiment 3: assays with 4-ethylphenol and without reed (table 3),Some 250 mL vessels were filled with solutioncontaining nutrients (nitrate and phosphate), the pHwas adjusted at 7,5 with NaHCO3 and NaOH. Then the solution was deaerated by nitrogen bubbling for 10 minutes and isolated from atmosphere through a water bath (figure 1). The yield of denitrification was calculated after analysis of nitrate and nitrite ions levels. The organic matter was evaluated fromdissolved COD and 4-ethylphenol was quantifiedby UV spectrometry at 192,3 nm.For the reference run, a full biodenitrification wasobserved after 36 hours (figure 2).If 4-ethylphenol was added (experiment 2), theinhibition effect is detectable only for high concentrations,nitrite accumulation reached 9 and 19,5mg/L respectively for 250 and 600 mg/L of 4-ethylphenoland the time for complete removal is longer.The lethal level seemed to be 800 mg/L (figure 3). In experiment 3, without reed chips, the dissolved organic matter coming from cellulose hydrolysis was in sufficient amount to allow the denitrification. Indeed, the theorical amount of 4-ethylphenol necessary to reduce 1 mg of nitrate in gaseous nitrogen is 0,245 mg. Therefore, 4-ethylphenol atlow concentrations was not responsible of biodegradation(figure 8).Results show that the yield of nitrate removal wasdecreased (figure 6) and the nitrite accumulationwas risen above 30 mg/L at low concentration of 4-ethylphenol (figure 7).This behaviour may be explained by the adsorptionof 4-ethylphenol on the reed chips and the nitriteaccumulation. Then we measured the adsorption of 4-ethylphenol on the reed chips and found that 1g of organic matter solids adsorb approximatively 40 mg of phenol (figure 10). The inhibitory power of nitrite was checked, by adding 10 or 40 mg/L of nitrite in experiment according to run 1. Biodenitrification was slowed down but occurred completely (figures 11 and 12).To conclude, this work shows that 4-ethylphenol is toxic for denitrifying biomass and affects the whole nitrate reducing chain. The reed cellulose can be able to adsorb 4- ethylphenol and then decrease the toxic effect; the 4-ethylphenol is not biodegradated in our anoxic conditions. The release of adsorbed compounds may be responsible of short life time of continuous flow biodenitrification reactors.

Les expériences de dénitrification effectuées ont montré que les microorganismes dénitrifiants sont très sensibles à l’action d’inhibiteurs tels que l’accumulation de nitrites ou la présence d’un toxique dans les eaux à dénitrifier. Ces expériences ont consisté à étudier l’effet de concentrations variées de p-éthylphénol sur la dénitrification biologique hétérotrophe, sur substrat cellulosique naturel (la canne de Provence). Les essais sont effectués en flacons ensemencés par un inoculum constitué de bactéries indigènes et contenant un substrat carboné, des nitrates, des phosphates et du bicarbonate de potassium, afin que les conditions de croissance bactérienne ne limitent pas la dénitrification. Des prélèvements sont effectués à différents temps, et les échantillons sont analysés pour un suivi de nitrates et de nitrites, et sont dosés en spectrophotométrie UV à 192,27 nm, lors du troisième essai où le p-éthylphénol est utilisé en tant que substrat organique.En présence du substrat cellulosique, les faibles concentrations en p-éthylphénol (0,3 à 1 mg/L) n’affectent pas de manière significative le processus de dénitrification. Quand la concentration augmente, on constate un effet inhibiteur qui affecte les microorganismes responsables de la réduction des nitrites. Jusqu’à des concentrations de 600 mg/L de p-éthylphénol, la biomasse paraît s’adapter et la dénitrification est menée jusqu’à son terme. Une teneur de 800 mg/L est létale pour les organismes dénitrifiants. En présence de 4-éthylphénol (sans ajout de substrat cellulosique), les résultats obtenus sont comparables à ceux de l’expérimentation précédente ; on constate toutefois un effet inhibiteur de 4-éthylphénol qui se traduit par une diminution sévère du rendement de la dénitrification même à faible concentration avec une accumulation très élevée en nitrites (supérieure à 30 mg/L). Cette différence de comportement s’explique par l’adsorption de l’éthylphénol sur les copeaux de canne apportés par l’inoculum.