Chlorination of Toxic Cyanobacterial Cells and their Associated Toxins

Les cyanobactéries (algues bleu-verts), sont des microorganismes photosynthétiques aérobies qui sont présentes dans les milieux aquatiques situés partout sur le globe. L'eutrophisation croissante des eaux et le changement climatique tendent à favoriser la prolifération de cyanobactéries et la formation des fleurs d'eau (blooms). Les cyanobactéries sont généralement considérées comme des sources de goût et d'odeur dans les systèmes d'approvisionnement en eau potable. En particulier, les cyanotoxines produites par certaines espèces de cyanobactéries peuvent nuire à la santé humaine et animale. Par conséquent, les cyanobactéries suscitent une grande inquiétude dans le monde entier. La pré-chloration est utilisée dans certaines usines de traitement des eaux en Amérique du Nord. La chloration directe de cyanobactéries peut permettre d'enlever des cellules et des toxines. Toutefois, elle peut aussi causer des problèmes de qualité de l'eau, telles que la lyse cellulaire, le relargage des toxines et du COD (Carbone organique dissous), l'augmentation de la demande en chlore et la formation des sous-produits de désinfection (SPD). La présente étude vise à examiner les effets de la pré-chloration des cyanobactéries (Microcystis aeruginosa cultivée et fleurs d'eau naturels) et leur toxines associées. Les objectifs spécifiques de ce projet sont de : (1) déterminer et modéliser la lyse cellulaire de M. aeruginosa, le relargage des toxines et du COD et l'oxydation des MCs (Microcystines) pendant la chloration de l'eau ultra-pure et de l'eau naturelle dopée avec des cultures en laboratoire; (2) estimer la demande en chlore pour chaque cellule de M. aeruginosa lorsque la lyse cellulaire survient suite à la chloration; (3) étudier la formation de SPD associés avec la chloration des composés provenant de la cellule de M. aeruginosa; (4) évaluer l'efficacité de la chloration des cellules des cyanobactéries toxiques dans des échantillons naturels de fleurs d'eau toxiques.

Abstract

Cyanobacteria (Blue-green algae) are photosynthetic micro-organisms commonly existing in most aquatic systems. Because of climate change and increasing eutrophication of waters, the occurrence of algae blooms is becoming more frequent worldwide. Cyanobacteria are widely considered as sources of taste and odour in drinking water supplies. Cyanotoxins produced by a number of cyanobacteria species are a hazard for the health of human and animals. Therefore, cyanobacteria are a global concern. Pre-chlorination is still practiced in many North American water treatment plants. Direct chlorination of cyanobacteria can increase the removal of their cells and toxins. However, it may also cause some water quality problems, such as cell lysis, which leads to toxin and DOC (Dissolved organic carbon) release, an increase in chlorine demand and disinfection by-products formation. This study is to examine the effects of pre-chlorination on cyanobacteria (cultured Microcystis aeruginosa and natural bloom) and their associated toxins. The major objectives of this work are: (1) to determine and to model M. aeruginosa cell lysis, toxin and DOC release, and MCs oxidation during chlorination of ultrapure and natural waters spiked with laboratory cultures; (2) to estimate the M. aeruginosa cellular chlorine demand when cell lysis occurs due to chlorination; (3) to study the DBP formation associated with the chlorination of M. aeruginosa cell-bound materials; (4) to evaluate the efficiency of chlorination of toxic cyanobacterial cells in natural bloom samples.