Abstract:
De nombreux antibiotiques sont rejetés dans l'environnement avec les eaux usées
de l'industrie pharmaceutique ; l'accumulation de ces molécules dans les ressources en eau a
de nombreux effets nocifs sur l'environnement et la santé humaine. Leur élimination
incomplète par les méthodes traditionnelles de traitement des eaux usées a nécessité le recours
et au développement de méthodes alternatives adaptées. Dans cette recherche, l’élimination
de l'antibiotique métronidazole (MTZ) a été étudiée par un procédé Bio-Electro-Fenton (BioEF), une technologie hybride innovante qui combine un traitement biologique avec des
processus d'oxydation avancés. L'optimisation a été réalisée grâce à la méthodologie de
surface de réponse (MSR), utilisant un plan composite central (PCC) à trois facteurs pour
optimiser les paramètres de fonctionnement clés : le débit d'oxygène, l'intensité du courant et
la concentration en Fe2+. Les modèles quadratiques ont démontré une grande fiabilité avec
une valeur R2
de 0,936 pour le Bio-EF (CEM-EF). Dans des conditions optimales (0,264
L/min O2, 0,312 A, 0,589 mmol/L Fe2+), le Bio-EF a atteint une efficacité d'élimination du
MTZ de 85,678 % en 1 h avec une consommation d'énergie de 0,1872 kWh/m³. Afin de
démontrer les performances améliorées du procédé Bio-EF (CEM-EF), une étude comparative
utilisant le procédé Electro-Fenton (EF) a été menée. Dans des conditions d'élimination
optimales (0,282 L/min O2, 0,213 A, 0,408 mmol/L Fe2+), l'EF a permis d'éliminer 87,429 %
de MTZ en 1 h, mais a nécessité une consommation énergétique nettement supérieure, soit
9,585 kWh/m³. Cette comparaison a mis en évidence la performance énergétique supérieure
du Bio-EF (CEM-EF), qui consomme 98,05 % d'énergie en moins tout en conservant une
efficacité de dégradation comparable.
La pile à combustible microbienne intégrée au procédé EF (PCM-EF) a montré que les
conditions optimales pour l'élimination du MTZ étaient une concentration de Fe2+ de 0,8
mmol/L, une concentration de [MTZ]0 de 100 mg/L et une quantité de boues de 30 % pour
atteindre un taux d'élimination maximal du MTZ de 92,644 %, la valeur R2
élevée de
l'équation du modèle (0,9721) démontre sa pertinence.
L'analyse des voies de dégradation par la simulation (DFT) a révélé une minéralisation
complète du MTZ en CO2 et H2O et HNO3.
Ces résultats montrent que les systèmes Bio-EF sont économes en énergie et respectueuse
de l'environnement pour le traitement des eaux usées pharmaceutiques.
