FR2801580A1

FR2801580A1 - Procede d'elimination des protozoaires, notamment des amibes d'un flux aqueux colonise, procede de traitement d'un milieu aqueux par ultrasons et application pour detruire des protozoaires

Info

Publication number: FR2801580A1
Application number: FR9914954A
Authority: FR
Inventors: Jean Luc Laborde; Stephane Trevin; Alain Hita
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2001-06-01
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: FR2801580B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'un milieu aqueux colonisé par des cellules par application d'ultrasons, dans lequel on soumet le milieu aqueux colonisé à des ultrasons d'une fréquence allant de 20 kHz à 1 MHz, ainsi que son application à la destruction des protozoaires, et des amibes libres notamment. Elle concerne aussi un procédé de destruction de protozoaires.

Description

La présente invention concerne un procédé d'élimination protozoaires libres ou amalgamés colonisant un milieu aqueux l'application d'ultrasons au milieu, ainsi qu'un procédé de traitement milieu aqueux colonisé, par insonification et son application â l'élimination des protozoaires, notamment des amibes libres.

Des amibes thermophiles sont dites libres car elles peuvent reproduire sans passer par un hôte intermédiaire. Parmi les nombreuses espèces d'amibes libres, certaines peuvent être à l'origine de pathologies chez l'homme : il s'agit des amibes appartenant aux genres Naegleria (espèce fowlerr), Acanthamoeba (plusieurs espèces), et Balamuthia (espèce mandrillaris). Les amibes libres existent sous plusieurs formes - forme végétative ou trophozoïte, infectante, et sous laquelle elles peuvent se multiplier (20 à 25 gym), - forme kystique, de résistance, lorsque les conditions extérieures sont défavorables (par exemple, une température inférieure à 20 C ou présence d'agents oxydants ... ), - la forme flagellée (10 à 15 #tm), seulement pour certaines d'entre elles (notamment Naegleria fowieri).

milieu naturel de développement des amibes libres est l'eau douce. Acanthamoeba semble pouvoir survivre dans l'eau de mer, Naegleria tolère pas une salinité supérieure à 5 gll. N. Fowleri croît et se multiplie au-dessus d'une température de 20 C, avec une température optimale de 25 à 45 C. D'autres facteurs, tels que la présence de particules organiques en suspension, de bactéries ou de nutriments, semblent également nécessaires à leur multiplication. Enfin, la présence d'une interface solide chaude, notamment s'il y a peu de courant, serait particulièrement propice à leur développement. Ainsi, les milieux susceptibles d'être colonisés par les amibes sont en général des milieux aqueux, chargés en matière organique (nutriment), la température étant un facteur important pour leur développement.

Dans <SEP> les <SEP> milieux <SEP> naturels, <SEP> dans <SEP> les <SEP> régions <SEP> tempérées, <SEP> l'abondance
<tb> d'amibes <SEP> est <SEP> essentiellement <SEP> observée <SEP> lors <SEP> d'étés <SEP> chauds. <SEP> On <SEP> peut
<tb> également <SEP> la <SEP> retrouver <SEP> dans <SEP> les <SEP> eaux <SEP> artificiellement <SEP> réchauffées <SEP> (piscines,
<tb> rejet <SEP> de <SEP> sites <SEP> industriels). <SEP> Par <SEP> exemple, <SEP> une <SEP> eau <SEP> chaude <SEP> naturelle <SEP> en
<tb> Australie <SEP> pu <SEP> contenir <SEP> 900 <SEP> à <SEP> 1000 <SEP> N. <SEP> fowleri <SEP> par <SEP> litre. <SEP> -Acantf#amoeba <SEP> est
<tb> couramment <SEP> retrouvée <SEP> dans <SEP> les <SEP> eaux <SEP> domestiques <SEP> et <SEP> dans <SEP> les <SEP> eaux
<tb> douces <SEP> naturelles. <SEP> Par <SEP> ailleurs, <SEP> un <SEP> portage <SEP> humain <SEP> a <SEP> été <SEP> observé <SEP> de <SEP> façon
<tb> directe <SEP> dans <SEP> de <SEP> nombreux <SEP> pays, <SEP> dans <SEP> les <SEP> cavités <SEP> nasales, <SEP> la <SEP> gorge <SEP> ou <SEP> le
<tb> tube <SEP> digestif <SEP> dans <SEP> une <SEP> faible <SEP> proportion <SEP> des <SEP> populations <SEP> étudiées. <SEP> En
<tb> revanche, <SEP> dans <SEP> les <SEP> pays <SEP> chauds, <SEP> une <SEP> majorité <SEP> de <SEP> sujets <SEP> peut <SEP> présenter <SEP> des
<tb> anticorps <SEP> sanguins <SEP> dirigés <SEP> contre <SEP> N. <SEP> fowleri <SEP> et <SEP> Acanthamoeba, <SEP> et <SEP> on <SEP> conclut
<tb> qu'il <SEP> y <SEP> a <SEP> donc <SEP> une <SEP> large <SEP> exposition <SEP> aux <SEP> amibes <SEP> libres <SEP> dans <SEP> ces <SEP> populations.
<tb> N. <SEP> fowleri <SEP> provoque <SEP> une <SEP> méningo-encéphalite. <SEP> La <SEP> voie <SEP> exclusive <SEP> de
<tb> contamination <SEP> est <SEP> la <SEP> muqueuse <SEP> nasale, <SEP> les <SEP> amibes <SEP> traversant <SEP> ensuite <SEP> les
<tb> barrières <SEP> muqueuses <SEP> et <SEP> osseuses <SEP> pour <SEP> atteindre <SEP> le <SEP> cerveau. <SEP> tout <SEP> risque
<tb> de <SEP> contamination <SEP> par <SEP> voie <SEP> digestive, <SEP> notamment <SEP> pour <SEP> l'eau <SEP> boisson, <SEP> est
<tb> exclu <SEP> de <SEP> l'ensemble <SEP> des <SEP> cas <SEP> rapportés, <SEP> un <SEP> grand <SEP> nombre <SEP> cas <SEP> paraît
<tb> associé <SEP> ' <SEP> l'exposition <SEP> aquatique <SEP> dans <SEP> une <SEP> eau <SEP> relativement <SEP> chaude, <SEP> par
<tb> baignade <SEP> ou <SEP> sports <SEP> nautiques. <SEP> On <SEP> appelle <SEP> usuellement <SEP> une <SEP> propre <SEP> à <SEP> la
<tb> baignade <SEP> une <SEP> eau <SEP> comportant <SEP> moins <SEP> de <SEP> 200 <SEP> N. <SEP> fowleri <SEP> par <SEP> litre. <SEP> On <SEP> pourrait
<tb> expliquer <SEP> la <SEP> maladie <SEP> frappe <SEP> plus <SEP> fréquemment <SEP> les <SEP> enfants <SEP> et <SEP> les <SEP> jeunes
<tb> gens <SEP> en <SEP> raison <SEP> d'une <SEP> pratique <SEP> plus <SEP> importante <SEP> des <SEP> sports <SEP> nautiques. <SEP> Ce <SEP> fait
<tb> peut <SEP> aussi <SEP> correspondre <SEP> à <SEP> une <SEP> immunité <SEP> moins <SEP> développée <SEP> que <SEP> chez
<tb> l'adulte <SEP> ' <SEP> -à-vis <SEP> de <SEP> ces <SEP> protozoaires. <SEP> La <SEP> maladie <SEP> est <SEP> très <SEP> rare, <SEP> puisque
<tb> seulement <SEP> 180 <SEP> cas <SEP> ont <SEP> été <SEP> rapportés <SEP> au <SEP> 1 <SEP> er <SEP> janvier <SEP> 1998 <SEP> pour <SEP> l'ensemble
<tb> de <SEP> la <SEP> planète. <SEP> La <SEP> disparité <SEP> entre <SEP> l'ubiquité <SEP> du <SEP> protozoaire <SEP> et <SEP> la <SEP> rareté <SEP> des
<tb> manifestations <SEP> pathologiques <SEP> qu'il <SEP> entraîne <SEP> est <SEP> donc <SEP> frappante, <SEP> même <SEP> s'il
<tb> est <SEP> très <SEP> probable <SEP> que <SEP> certains <SEP> cas <SEP> ont <SEP> pu <SEP> échapper <SEP> au <SEP> diagnostic, <SEP> en <SEP> raison
<tb> même <SEP> de <SEP> la <SEP> rareté <SEP> de <SEP> la <SEP> maladie, <SEP> et <SEP> du <SEP> fait <SEP> de <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> spécificité <SEP> du
<tb> tableau <SEP> clinique. <SEP> Après <SEP> l'exposition <SEP> à <SEP> un <SEP> milieu <SEP> aquatique <SEP> contaminé, <SEP> le
<tb> délai <SEP> d'apparition <SEP> des <SEP> signes <SEP> cliniques <SEP> semble <SEP> être <SEP> de <SEP> trois <SEP> à <SEP> cinq <SEP> jours. <SEP> De très nombreux traitements antibiotiques ont été tentés. résultats sont décevants ; la littérature ne rapporte que six cas de survie. Par ailleurs, diverses especes du genre Acanthamoeba peuvent provoquer des kératites, notamment chez les porteurs de lentilles de contact (problème du rinçage avec de l'eau non stérile). Enfin, diverses èspecës du genre Acanthamoeba et du genre Balamuthia peuvent entraîner des encéphalites granulomateuses, chez des personnes dont les défenses immunitaires sont déficientes. Dans ce cas, la porte d'entrée est souvent cutanee.

En terme de prévention, il faut souligner que le risque croît de façon exponentielle avec le niveau de colonisation, ce qui explique le peu de cas observes de par le monde, mais aussi la possibilité d'émergence de cas groupés ' une même source est très contaminée (1 decès liés à des baignades dans une piscine en République tchèque). Ainsi lorsque la surveillance métrologique d'un milieu fait apparaître un risque trop élevé de méningo-encephalite, un traitement s'impose.

Jusqu'à présent, l'éradication a essentiellement ' basée sur la chloration (lacs américains), ou la chloramination, comme en Australie dans le réseau d'eau potable. Ces méthodes sont efficaces si les niveaux de chlore libre résiduels sont suffisamment importants et si traitement est continu. Dans le cas de forts débits à traiter, surtout eau brute, ce traitement entraîne la production de sous-produits qui sont alors relâchés dans l'environnement. Ces produits pouvant avoir une toxicité pour l'homme à long terme, il a paru nécessaire de rechercher une autre méthode de traitement.

II existe un besoin pour un procédé et des installations capables de détruire de façon générale des protozoaires et notamment des amibes libres de façon efficace, sans entraîner d'effet secondaire et qui puisse être mis en oeuvre en permanence dans de bonnes conditions économiques et écologiques.

Le document DE 4226848 décrit un procédé et une installation pour tuer des micro-organismes dans du lait ou des produits laitiers. Le traitement a lieu de préférence à des températures de plus de 58 C ou moins Les fréquences utilisées sont d'au moins 18 kHz et la densité du milieu d'au moins 1,01 glcm3. Le traitement aux ultrasons effectué pour une durée de 5 à 30 secondes ; le réchauffement, dans le cas du lait semble un élément déterminant des conditions de mise en oeuvre. Le procédé permet de descendre le taux de micro-organismes à environ %. Les micro-organismes ne sont pas précisément définis.

document DE 3844374 évoque l'inactivation de micro organismes mobiles, par un traitement aux ultrasons pour lequel aucune donnée chiffrée n'est décrite (puissance, fréquence, température) et l'efficacité traitement n'est pas non plus évoquée.

L'effet des ultrasons sur des bactéries ou des virus a été décrit dans gammes de fréquence et de puissance citées très variables 20 à 1 pour 0 à 150 W), et les quantités insonifiées sont de l'ordre de 15 résultats, très dispersés, montrent des abattements d'environ 75% pour temps allant de 10 à 30 min.

demandeurs ont maintenant mis au point des procédés traitement de milieux aqueux, notamment de flux aqueux, par application d'ultrasons.

Ainsi, l'invention concerne un procédé de traitement d'un milieu aqueux colonisé par des protozoaires, dans lequel on applique au milieu colonisé des ultrasons.

Elle concerne également un procédé de traitement d'un aqueux, dans lequel on applique au flux des ultrasons de puissance, notamment des ultrasons ayant des fréquences de l'ordre de 20 kHz à 2 MHz.

Elle concerne aussi un procédé de destruction de protozoaires dans un milieu aqueux colonisé par des protozoaires, dans lequel des ultrasons sont appliqués au milieu.

procédé de traitements des milieux colonisés, comparé à la chloration la chloramination, a la particularité d'être une méthode moins invasive vis à vis de l'environnement. En effet, toute remanescence chlore ou dérivés chlorés est évitée ; le traitement ne met en effet en ceuvre produit chimique.

procédés remédient aux inconvénients des procédés connus, notamment pour de grands volumes à traiter. De plus, les courts temps d'insonification, qui sont suffisants par application du procédé selon l'invention permettent d'éviter un échauffement du milieu traité, ce qui permet aussi des avantages d'ordre économique et écologique.

façon générale, le procédé s'applique aux protozoaires, la taille des protozoaires candidats à une telle destruction s'étend de 1 pm pour du zooplancton à environ 100 j.m pour des paramécies.

Avec ces procédés, comme cela apparaîtra dans les exemples, selon conditions utilisées, on peut parvenir à une décontamination totale des amibes libres dans certains milieux aqueux.

Ainsi, l'invention concerne également l'application du procédé traitement d'un milieu aqueux colonisé de l'invention à l'élimination protozoaires, en particulier des amibes.

Selon l'invention, le milieu peut être traité en écoulement, sous forme , que ce flux soit continu ou séquentiel, en pulsation statique mais procedé de l'invention peut également être mis en oeuvre discontinu, -à-dire en batch.

Pour qui est de la fréquence des ultrasons appliqués, de façon générale, appelle ultrasons de puissance des ultrasons de fréquence supérieure égale à 16 kHz, la limite supérieure étant d'environ 2 Selon l'invention, celle-ci peut être en général de l'ordre de 20 à 2 MHz, mais on préfère des fréquences de l'ordre de 140 kHz ou supérieures, notamment des fréquences de l'ordre de 450 kHz à 1,2 MHz, et de façon préférentielle des fréquences de l'ordre de 480 à 950 kHz.

La puissance appliquée nécessaire au traitement peut varier et être, par exemple de l'ordre de 8 W ou supérieure, par exemple environ 100 Elle peut être choisie pour des fréquences de l'ordre de 480 à kHz, dans une fourchette allant de 20 à 85 W.

Par destruction des protozoaires selon l'invention, on comprend abattement d'environ 2 log des concentrations initiales de protozoaires solution, dans un temps déterminé de l'ordre de 10 s ou moins, 1 log correspondant à une diminution du nombre d'individus d'un facteur 10.

Par milieu colonisé selon l'invention, on entend tout milieu aqueux domestique, naturel ou industriel pouvant comporter ou comportant protozoaires, notamment des amibes, et particulièrement des amibes libres comme des eaux de baignade naturelles ou réchauffées, piscines bains des eaux de rejets industriels, des milieux aqueux des circuits refroidissement ou de chauffage, des milieux aqueux des circuits ventilation et de climatisation, des eaux potables, des eaux de parcs huîtres, des marais, des eaux de rivières, des eaux stagnantes résiduaires, des égouts et de façon générale tout milieu où des protozoaires libres ou amalgamés, et notamment des amibes sont susceptibles de vivre, survivre ou se multiplier. Par protozoaires amalgamés, on entend des protozoaires aggrégés les uns aux autres, comme c'est le cas dans des milieux où a lieu une floculation.

Ces milieux peuvent avoir des températures de l'ordre de 1 à 99 C, plus précisément de 5 à 60 C, et plus particulièrement de 15 à 45 C. L'invention sera mieux comprise au vu de la figure unique annexée et la description détaillée ci-après.

La figure représente schématiquement une installation utilisable pour mettre en oeuvre le procédé décrit. Le récipient cylindrique 1 contient quantité déterminée de milieu 2 à traiter. Les réacteurs utilisés peuvent être de forme classique cylindrique ; l'émission d'ultrasons peut se faire toute manière appropriée, par exemple par le fond du réacteur.

La géométrie des réacteurs peut être optimisée au regard fréquence utilisée. A une fréquence donnée, la transmission répartition de l'énergie dépendent de la hauteur (H) du niveau d'eau, du rayon (r) la source ultrasonore 4, du rayon (R) du réacteur cylindrique et de la nature de la surface supérieure 3 du milieu.

ultrasons sont émis par des dispositifs usuels de production d'ultrasons, par exemple des céramiques piézo-électriques.

Les procédés de l'invention peuvent être mis en oeuvre dans des installations en flux continu ou séquentiel, ou en batch (flux discontinu).

De plus, les ultrasons peuvent être appliqués en mode continu d'excitation de la source, ou en mode séquentiel, comme cela apparaîtra ci-dessous. La largeur des intervalles de temps entre insonifications peut varier, par exemple de l'ordre d'une microseconde a une minute. La durée des insonifications peut aussi varier de l'ordre d'une microseconde à une heure.

Exemple 1 Un innoculum a été préparé à partir de souches naturelles de Naegleria Fowleri. Ainsi, des trophozoïtes et des kystes cette espèce ont été ensemencés dans l'eau déminéralisée, pour concentrations d'environ individus par litre.

volume de travail a été de 200 ml. Le réacteur a été choisi en verre, de forme cylindrique, sa géométrie optimisée par modélisation pour une meilleure transmission des ultrasons et répartition d'énergie. Ainsi, un réacteur Basse Fréquence optimisé (28 kHz) ayant pour caractéristique - surface libre (interface air/milieu) - hauteur d'eau : 4 cm - rayon du cylindre de verre: 4 cm - rayon la source : 3 cm, a été utilise.

a utilisé un réacteur Haute Fréquence optimise (923 kHz) ayant pour caractéristique - surface libre (interface air/milieu) - hauteur d'eau : 7 cm - rayon du cylindre de verre : 3 cm - rayon de la source : 2,2 cm.

On a réalisé les insonifications à température ambiante. La puissance électrique nominale est de 80 25 W ou 15 W. Des temps d'insonification différents ont été testés : 1 min, 4 x 30-s (intervalle 1 mn entre les périodes d'insonification), ' et 10 min. Deux souches, trophozoïte et kyste, étaient présentes ont fait l'objet des analyses biologiques. Les résultats ont été obtenus après cinq jours d'incubation par la méthode de comptage statistique usuelle du Nombre le Plus Probable NPP (méthode référencée par la norme T90-400 de décembre 1987 recueil des noms français 1987, qualité de l'eau, Tome 4, méthodes d'analyse Tome 3, analyse biochimique et biologique, analyse microbiologique : essais des eaux, directives générales pour les examens microbiologiques 9, dénombrement après ensemencement en milieu liquide). Ce nombre NPP représente le nombre d'amibes survivantes après traitement.

Les résultats obtenus sont présentés dans les deux tableaux suivants.

L'échauffement durant le test est très limité (inférieur à 3 C dans tous les cas).

Les trophozoïtes ont été éradiqués à toutes les fréquences, pour des temps d'insonification courts (30 s à 5 min), dans des proportions importantes (allant jusqu'à 4 log) pour une puissance fixée à W. Les meilleurs rendements ont été obtenus à la fréquence de- kHz, le nombre de Naegleria Fowleri par litre passe de 1,8 million à 1 en 30 s, soit un abattement de 99,93% équivalent à 3 log. résultats comparables ont été obtenus à 923 kHz.

kystes ont été détruits aux fréquences plus élevées. tests menés à fréquence de 923 kHz montrent une éradication 3 log (réduction de 1,3 million à 700) en 2 minutes, pour une puissance de 25 W seulement.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement d'un milieu aqueux colonisé par protozoaires, caractérisé en ce que l'on applique au milieu colonisé ultrasons.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu est traité sous forme d'un flux continu ou séquentiel, ou en batch.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce les frequences des ultrasons appliquées sont de l'ordre de 20 à 2

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que fréquences des ultrasons appliquées sont supérieures à 140 kHz.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé les fréquences des ultrasons appliquées sont de l'ordre de 450 kHz à 1 MHz.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications de 1 à caractérisé en ce que la puissance développée est de l'ordre de 8 à 100

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que la puissance développée est comprise entre 20 85 W.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que les protozoaires sont des amibes, en particulier amibes libres.

9. Procédé de traitement d'un flux aqueux, caractérisé en ce l'on applique au flux des ultrasons, à une fréquence de l'ordre de 20 à 2 MHz.

10. Procédé de destruction de protozoaires dans un milieu aqueux colonisé par des protozoaires, caractérisé en ce que des ultrasons sont appliqués au milieu.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le milieu est traité en flux continu ou séquentiel, ou en batch.

12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les ultrasons sont appliqués à une fréquence de l'ordre de 140 kHz ou supérieure. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce les ultrasons sont appliqués avec une fréqüence-â-e l'ordre de 450 a 1,2 MHz. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce les ultrasons sont appliqués avec une fréquence de l'ordre de 480 à kHz. Procédé selon l'une quelconque des revendications de 1 à 14, caractérisé en ce que la puissance développée est de l'ordre de à 100 W. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à caractérise en ce que la puissance développée est de l'ordre de 20 à 85 1 Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à caractérisé en ce que les protozoaires sont des amibes sous forme trophozoïte ou de kystes. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à caractérisé en ce que les protozoaires sont des amibes, en particulier amibes libres. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que des ultrasons sont appliqués en mode d'excitation la source continu ou séquentiel. 20. Application du procédé selon l'une des revendication 1 à 9 à l'élimination des protozoaires, notamment des amibes.