Chercheur Alison Franklin, doctorant à la faculté des sciences agronomiques, met le bouchon sur un échantillon de sol prélevé sur le filtre vivant de Penn State avec un échantillonneur de sol hydraulique Giddings. Elle cherchait des antibiotiques. Crédit :Jack Watson Research Group/Penn State
Le sol peut être un filtre naturel pouvant servir de traitement tertiaire des eaux usées, empêcher les antibiotiques de contaminer les eaux souterraines, selon les chercheurs qui ont mené une étude au Living Filter de Penn State.
Les chercheurs ont analysé le devenir et le transport de trois antibiotiques importants pour la santé humaine :le sulfaméthoxazole, ofloxacine et triméthoprime—dans le sol et les eaux souterraines au filtre vivant, un système de réutilisation des eaux usées vieux de 50 ans qui irrigue par pulvérisation les effluents traités de l'usine de traitement des eaux usées du campus de University Park sur 600 acres de ferme et de forêt. En général, les chercheurs ont découvert que chaque antibiotique se comportait différemment lorsqu'il était exposé au profil du sol, mais ils ont compris comment le sol pouvait améliorer le traitement des eaux usées.
Actuellement, la plupart des eaux usées traitées dans le monde sont rejetées par les stations d'épuration dans les rivières. Cependant, la plupart de ces installations ne sont pas capables d'éliminer complètement les produits pharmaceutiques tels que les antibiotiques. Par conséquent, de nombreuses rivières transportent de faibles niveaux de produits pharmaceutiques soupçonnés de nuire à la vie aquatique. Dans les cours d'eau qui fournissent de l'eau potable, de faibles niveaux d'antibiotiques peuvent présenter des risques pour la santé humaine, contribuant au développement de la résistance aux antibiotiques.
Une alternative au rejet des eaux usées traitées dans les cours d'eau et peut contribuer à la résistance aux antibiotiques et à d'autres problèmes écologiques est de les pulvériser sur la terre, comme Penn State le fait depuis plus de cinq décennies au Living Filter, a noté Jack Watson, professeur de physique des sols et de biogéochimie des sols. Son groupe de recherche au Collège des sciences agricoles de l'Université a dirigé l'étude.
« Avec de faibles niveaux d'antibiotiques dans l'environnement en raison du rejet des effluents des stations d'épuration dans les cours d'eau, on s'inquiète de plus en plus des impacts sur la santé humaine, " dit-il. " Le sol, en raison de sa nature physique et chimique, dans de nombreux cas, pourrait offrir un autre niveau de traitement pour éliminer les antibiotiques des eaux usées traitées. Cette étude commence à évaluer l'efficacité de ce concept."
Les eaux usées traitées sont pulvérisées sur les cultures et les espaces boisés au Filtre Vivant. Il y a peu d'installations comme celle-ci dans l'est des États-Unis, mais la réutilisation des eaux usées pour fournir de l'eau d'irrigation et recharger les aquifères est une pratique courante dans l'Ouest américain aride et dans les déserts du Moyen-Orient. Crédit :Université d'État de Pennsylvanie
Il existe peu d'installations comme le Living Filter de Penn State dans l'est des États-Unis, mais la réutilisation des eaux usées pour fournir de l'eau d'irrigation et recharger les aquifères est une pratique courante dans l'Ouest américain aride et dans les déserts du Moyen-Orient, a souligné la chercheuse principale Alison Franklin, doctorant en sciences du sol et biogéochimie.
Franklin a collecté des échantillons de sol sur un site du filtre vivant qui n'avait pas été irrigué depuis sept mois, puis sur le même site après un événement d'irrigation et de nouveau après 10 semaines d'irrigation. Franklin a également prélevé des échantillons d'eau souterraine trois fois par an pendant cinq ans pour saisir la variabilité saisonnière.
Les chercheurs ont généralement trouvé du sulfaméthoxazole aux concentrations les plus élevées dans les effluents des usines de traitement des eaux usées avec de l'ofloxacine et du triméthoprime à des concentrations plus faibles. Dans le sol, l'ofloxacine était présente aux concentrations les plus élevées après sept mois sans irrigation, mais le sulfaméthoxazole n'a pas atteint des concentrations supérieures à celles de l'ofloxacine avant l'application continue de l'effluent. Le triméthoprime n'a été détecté dans le sol qu'après 10 semaines d'irrigation par effluent.
Ces résultats suggèrent que l'ofloxacine peut rester dans le sol pendant de longues périodes, Franklin a expliqué, tandis que le sulfaméthoxazole et le triméthoprime peuvent ne pas rester après l'arrêt des irrigations par effluent.
Les concentrations dans les eaux souterraines étaient généralement beaucoup plus faibles que les concentrations dans le sol ou les effluents d'eaux usées, seul le sulfaméthoxazole étant constamment trouvé.
Le filtre vivant de Penn State est un système de réutilisation des eaux usées vieux de 50 ans qui irrigue par pulvérisation les effluents traités de l'usine de traitement des eaux usées du campus de University Park sur 600 acres de ferme et de forêt. Unique dans l'est des États-Unis, l'installation offre aux chercheurs la possibilité de mener un large éventail d'expériences sur la qualité de l'eau. Crédit :État de Pennsylvanie
"Étant donné que les antibiotiques interagissaient avec le profil du sol et que les concentrations dans les eaux souterraines étaient souvent supérieures à 1, 000 fois plus faible que les effluents, le profil du sol apparaît comme un traitement tertiaire adéquat pour les effluents des stations d'épuration, ", a-t-elle déclaré. "Cela conduirait à une amélioration de la qualité de l'eau et à la protection de la santé humaine."
Les conclusions de la recherche, qui ont été publiés aujourd'hui, 10 septembre, dans le Journal de la qualité environnementale , sont importants, Franklin croit, parce qu'ils suggèrent que l'épandage des eaux usées traitées dans certains cas peut présenter un moyen rentable pour les usines de traitement des eaux usées d'être modernisées pour éliminer les antibiotiques et peut-être d'autres contaminants émergents, trop, de leurs effluents.
Cela pourrait être critique, Franklin croit, si le gouvernement décide d'établir des normes de qualité de l'eau pour les antibiotiques et autres produits pharmaceutiques.
« De nombreuses recherches examinent ce qui peut être fait dans les usines de traitement des eaux usées pour améliorer leurs capacités à éliminer les contaminants émergents, mais les solutions sont coûteuses à mettre en œuvre et peuvent être efficaces à moins de 100 %. " dit-elle. " Alors, notre travail suggère que, surtout avec les pénuries d'eau, nous pourrions réutiliser l'eau et la purifier au fur et à mesure qu'elle descend dans le profil du sol avant qu'elle n'atteigne le système d'eaux souterraines. »
Tous les profils de sol ne peuvent empêcher les antibiotiques d'atteindre les eaux souterraines, Franklin a concédé, cela dépend donc de la qualité et du type de sol. Mais ces résultats suggèrent que, par endroits, l'épandage d'eaux usées traitées, comme cela se fait à Penn State, pourrait s'avérer un moyen économique d'éliminer les antibiotiques des eaux usées traitées.
"Peut-être que certaines stations d'épuration n'ont pas besoin d'être complètement rénovées, ", a déclaré Franklin. "Peut-être qu'ils peuvent être réaménagés pour réutiliser l'eau en pulvérisant des eaux usées traitées sur la terre."
