caractéristiques du substrat

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Est appelé substrat l’ensemble des produits contenus dans une eau et susceptibles d’être utilisés par les bactéries pour leur croissance. Ces éléments peuvent être classés de la façon suivante :

  • éléments majeurs : C, H, O et N ;
  • éléments mineurs : P, K, S et Mg ;
  • vitamines et hormones ;
  • éléments traces ou oligoéléments (Co, Fe, Ni…).

Dans le milieu particulièrement complexe que représente la plupart des eaux résiduaires, les éléments tra­ces, les vitamines et les hormones sont généralement en concentration suffisante pour assurer une épura­tion correcte. Il en est de même pour K, S et Mg. En revanche, il peut arriver que l’eau à traiter ne contienne pas assez de phosphore, ni même d’azote, cas typique de certaines ERI (même en mélange avec des ERU ) ; il faut alors en rajouter.

La lutte contre l’eutrophisation peut nécessiter, en revanche, l’élimination de ces éléments (voir page 3 des cultures libres boues activées).

pollution carbonée

Le carbone organique est généralement la pollution principale à éliminer. Il est aussi le principal consti­tuant de la biomasse (formule très simplifiée : C5H7O2N soit 53 % de C). Compte tenu de la diversité des for­mes de pollutions carbonées, on a généralement recours à des méthodes de caractérisation globale à savoir (voir langage des analystes de l'eau) :

  • demande biochimique en oxygène (DBO) ;
  • demande chimique en oxygène (DCO) ;
  • carbone organique total (COT).

La figure 4 représente l’évolution de la DBO mesurée à partir de l’oxygène consommé par une culture bac­térienne. Pour être complète, celle-ci demande environ trois semaines à 20 °C. On obtient alors la DBO ultime ou DBO21.

Si, dans une eau, toutes les matières organiques étaient biodégradables, on devrait avoir :

DCO =DBO21 pollution carbonée

C’est le cas du glucose pour lequel on a

pollution carbonée glucose

(voir d’autres exemples au chapitre chimie et réactifs)

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Figure 4. Évolution de la demande en oxygène

S’il y a des matières organiques non biodégradables (cas des eaux ménagères et de nombreux rejets industriels), on a :

pollution carbonée - matières organiques non biodégradables

Comme exemple type de composés organiques non biodégradables, on peut citer la cellulose, la lignine, les tanins…

Au cours d’un traitement biologique, le rapport

pollution carbonée au cours d'un traitement biologique

de l’effluent augmente sensiblement et d’autant plus que l’épuration est plus poussée.

La figure 4 montre également l’erreur qui est faite si l’on confond l’oxygène réellement consommé pour l’élimination de la pollution carbonée et celui consommé par la nitrification de l’azote ammoniacal ou orga­nique de l’effluent.

pollution azotée

Dans une eau résiduaire « fraîche », l’azote est essentiellement contenu dans les protéines et l’urée mais au cours du séjour dans le réseau d’égouts, une forte proportion de l’azote organique est hydrolysée en ammoniaque. À l’entrée de la station, l’azote se répartit typiquement en ammoniaque (60 à 75 %) et en azote organique (25 à 40 %) sous forme soluble et particulaire.

Les sources d’azote susceptibles d’être utilisées par les différents micro-organismes (voir cycle de l'azote) incluent pratiquement toutes les sources d’azote organique et minéral. L’azote est métabo­lisé pour fournir essentiellement des protéines, des acides nucléiques et les polymères des parois cellulai­res. On peut estimer que l’azote constitue environ 12,4 % du poids sec d’une biomasse pure. En traitement d’eau résiduaire, cette valeur est généralement ramenée à moins de 10 %, typiquement de 5 à 10 %.

pollution phosphorée

Le phosphore est présent dans les eaux usées, soit sous forme d’orthophosphates, soit sous forme de polyphosphates ou de phosphore organique.

Ce phosphore est incorporé essentiellement dans les acides nucléiques, les phospholipides et les polymè­res des parois bactériennes. Dans certains cas particuliers, il peut être stocké dans la cellule, sous des formes diverses (déphosphatation biologique, voir cultures libres (boues activées) des cultures libres boues activées)

Hors cas de déphosphatation biologique, le phosphore représente 1,5 à 2,5 % du poids sec d’une biomasse.