Impact microbiologique des systèmes de traitement des odeurs sur les bioaérosols émis par les stations de traitement des eaux usées

Les stations de traitement des eaux usées (STEU) sont reconnues comme des sources émettrices de bioaérosols générés par l'aération et le mélange nécessaires à certains procédés de traitement. Ces bioaérosols peuvent être contaminés par des microorganismes allergènes et pathogènes de taille respirable, tels Legionella pneumophila ou Mycobacterium. Plusieurs cas sporadiques d’infections pulmonaires ont été associés à la dispersion de bioaérosols sur plusieurs kilomètres au-delà de leur point d'émission. Les systèmes de traitement des odeurs utilisés par certaines stations pourraient ainsi contribuer à mitiger la charge en biomasse aéroportée après traitement de l’air. Le premier objectif de cette étude consiste à évaluer la capacité de trois technologies de traitement des odeurs à réduire la concentration microbienne aérosolisée en termes de bactéries totales, de Legionella spp., de L. pneumophila, de mycobactéries non tuberculeuses et de spores de Cladosporium. Le travail de recherche a également pour but de décrire l’écologie microbienne propre à chaque système de traitement des odeurs et d’évaluer son impact sur la diversité microbienne de l’air une fois traité. L’influence de la saison et des spécificités de fonctionnement de chacun des procédés a notamment été suivie. L’étude de la constitution physico-chimique du bioaérosol a également été abordée. Une revue de la littérature a d'abord été effectuée afin de caractériser l’occurrence des bioaérosols émis par le traitement des eaux usées et d’identifier les technologies de traitement de odeurs les plus répandues en STEU. Une première phase d’échantillonnage préliminaire d’un système de biofiltration des odeurs a été conduite en juin 2021, permettant l’optimisation des méthodes d’échantillonnage d’air et la mise au point des méthodes d’analyses au laboratoire. En 2022, les campagnes d’échantillonnage sur le terrain ont été réalisées dans trois STEU de la région de Montréal (Québec, Canada), traitant chacune leur air vicié par un système de contrôle des odeurs différent. La filtration biologique déjà caractérisée, l'adsorption physique sur charbon actif et le lavage chimique sont les trois technologies comparées dans cette étude. Un volume de 18 m3 d'air a été échantillonné à l'entrée et à la sortie de chaque système de traitement des odeurs à l'aide d'un SASS 3100 de Research International Inc.® (Washington, USA). Un total de 91 échantillons d’air a été collecté sur filtre électrostatique pendant les saisons d'été et d'hiver 2022. Les filtres ont été élués et l'ADN a été extrait à l'aide du kit PowerSoil PowerLyser de Qiagen® (Californie, USA). Les cibles microbiologiques choisies ont été quantifiées par méthode d’analyses biomoléculaires vi qPCR (réaction quantitative de polymérase en chaîne). Le bioséquençage haut débit sur plateforme MiSeq Illumina® (Californie, USA) des espèces bactériennes et eucaryotes aéroportées a également été réalisé dans l’air vicié et traité des 3 STEU étudiées. L’analyse statistique a été menée sous XLStat V.2021.5 et RStudio V.4.1.2. Le traitement bioinformatique a été réalisé sous Mothur V.1.48.0 et la visualisation graphique sous R Studio (librairie phyloseq).»

Abstract

Wastewater treatment plants (WWTPs) are important sources of infectious bioaerosols generated through the aeration and mixing involved in some processes. These bioaerosols can be contaminated with allergenic and pathogenic microorganisms of respirable size, such as Legionella pneumophila or Mycobacterium. Several sporadic cases of pulmonary infections have been associated with the dispersal of bioaerosols over several kilometers beyond the point of emission. The odor treatment systems used by some WWTPs could thus contribute to mitigate the airborne biomass load after air treatment. The first objective of this study is to evaluate the capacity of three technologies of odor control systems to reduce the aerosolized microbial concentration in total bacteria, Legionella spp., L. pneumophila, non-tuberculous mycobacteria and Cladosporium spores. The research also aims to describe the microbial ecology specific to each odor treatment system and determine its impact on treated air microbial diversity. The influence of the season and the operating parameters of each process was notably investigated. The influence of the season and of the specificities of operation of each of the processes was notably followed. The study of the physicochemical constitution of the bioaerosol was also addressed. A literature review was first performed to characterize the occurrence of bioaerosols emitted by wastewater treatment and to identify the most common odor treatment technologies used in WWTPs. A preliminary sampling campaign of an odor biofiltration system was conducted in June 2021, allowing optimization of air sampling methods and development of analytical methods in the laboratory. In 2022, the field sampling campaigns were conducted in three WWTPs in the Montreal area (Quebec, Canada), each treating their exhaust air with a specific odor control system. Biological filtration (already characterized), physical adsorption on activated carbon and chemical scrubbing were the three technologies compared in this study. A volume of 18 m3 of air was sampled at the inlet and the outlet of each odor control system using a SASS 3100 (Research International Inc.®, Washington, USA). A total of 91 air samples was collected on electrostatic filters over summer and winter 2022 seasons. The filters were eluted and DNA was extracted using the PowerLyser PowerSoil kit (Qiagen®, California, USA). Selected microbiological targets were quantified by qPCR (quantitative polymerase chain reaction). High throughput biosequencing on Illumina® MiSeq platform (California, USA) of airborne bacterial and eukaryotic species was also performed in the used and treated air of each WWTP. Statistical analysis was conducted with XLStat V.2021.5 and RStudio V.4.1.2. Bioinformatics processing was performed with Mothur V.1.48.0 and graphical visualization with R Studio (phyloseq library).»