élimination des nitrates

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L’élimination des nitrates peut se réaliser par voie physico-chimique ou par voie biologique.

procédés physico-chimiques – le procédé azurion

Les procédés envisageables pour éliminer les nitrates sont l’osmose inverse, l’électrodialyse et l’échange d’ions.

Ni l’osmose inverse (voir le chapitre séparation par membranes) ni l’électrodialyse (voir la section membranes de dialyse) ne sont spécifiques de l’ion NO3. Elles ne sont donc employées que si l’on cherche en même temps un dessalement (eau saumâtre).

Le procédé de dénitratation par échange d’ions et les résines utilisables en vue de la production d’eau de consommation ont été agréés dans de nombreux pays. Avant tout projet, il importe de vérifier la législation du pays considéré.

conditions générales d’emploi

L’emploi d’échangeurs d’ions doit être examiné en fonction de plusieurs paramètres :

  • teneur en MES de l’eau à traiter : elle doit être inférieure à 1 mg · L–1. Dans le cas contraire, la rétention des MES provoque une augmentation importante de la perte de charge, des lavages fréquents et une usure prématurée de la résine ;
  • composition ionique de l’eau : outre les ions NO3, l’échange d’ions retient les ions SO42– et une partie des ions HCO3, et les échange contre des ions Clorsque la résine est régénérée par le chlorure de sodium. Il peut en résulter, dans l’eau traitée, une concentration trop importante en ions Cℓ. Le fonction­nement en échange HCO3 pourrait représenter une solution, mais il est plus délicat à mettre en œuvre et plus coûteux.

Remarque 1 : les éluats de la régénération contiennent tous les sulfates et nitrates de l’eau brute avant trai­tement, une partie des ions bicarbonates, et une forte proportion du chlorure de sodium utilisé comme régé­nérant. Il est indispensable de pouvoir disposer d’un exutoire permettant l’évacuation de ces éluats.

Remarque 2 : l’échange d’ions a l’avantage de pouvoir être utilisé quelle que soit la température de l’eau à traiter.

mise en œuvre

Un exemple d’application du procédé Azurion est donné par l’usine du Rest à Plouenan, qui traite une eau de surface pour le compte du syndicat de l’Horn. La chaîne de traitement est schématisée sur la figure 38. On peut en voir une autre application sur la photo 24.

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Figure 38. Installation du Rest à Plouenan (Finistère). Débit : 14 500 m3 · j–1
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Photo 24. Schéma de l’installation de Louveciennes (Yvelines). Débit : 120 000 m3 · j–1

Les éluats sont stockés pendant la saison sèche dans une lagune, d’où ils sont pompés pour dilution en rivière pendant la saison des pluies.

La technologie choisie à l’usine du Rest pour l’échange d’ions proprement dit est la régénération à contre- courant avec couche essorée (blocage à l’air), mais les installations plus récentes font appel à la technique UFD (voir la section blocages mécaniques).

les procédés biologiques de dénitrification

conditions générales d’emploi

Ces techniques mettent en œuvre des bactéries fixées. Des essais ont été effectués pour utiliser des bac­téries autotrophes dont la croissance est rendue possible en utilisant par exemple l’hydrogène ou un sup­port soufré selon les réactions :

Formule : Les procédés biologiques de dénitrification - bactéries autotrophes

Dans ce dernier cas, il faut du CaCO3 pour neutraliser l’acidité engendrée.

Les résultats ont montré que ces bactéries ont une cinétique très lente : les vitesses de percolation utilisa­bles sont faibles (0,5 à 2 m · h–1). Ces techniques sont donc peu applicables à l’échelle industrielle.

L’utilisation de bactéries hétérotrophes est le procédé le plus courant (voir aussi les sections cycle de l'azote et transformations de l'azote). Ces bactéries tirent leur énergie d’un nutriment carboné, principalement l’éthanol, selon la réaction globale :

Formule : Les procédés biologiques de dénitrification - bactéries hétérotrophes

Les caractéristiques principales de ce procédé sont :

  • transformation des nitrates en azote gazeux ;
  • boues (biomasse en excès) pouvant être traitées après mélange avec des boues urbaines ;
  • peu d’influence sur l’équilibre calcocarbonique de l’eau ;
  • procédé sensible à la température. Il est difficilement utilisable si la température s’abaisse en dessous de 7-8 °C ;
  • procédé sensible à la présence d’O2 dissous dans l’eau brute (les bactéries consomment l’O2 libre avant celui lié aux nitrates, d’où une consommation plus importante de nutriment carboné) ;
  • première mise en route nécessitant environ un mois.

mise en œuvre – le procédé nitrazur DN

La figure 39 schématise ce procédé.

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Figure 39. Ligne de traitement du procédé de dénitrification

Le réacteur Nitrazur DN (voir aussi à la section transformations de l'azote) fonctionne à courant ascendant, en cocourant avec l’azote libéré, ce qui évite les inconvénients dus à l’embolie gazeuse provoquée par l’azote. Les vitesses usuelles sont de l’ordre de 6 à 10 m · h–1, pour une hauteur de biolite de 3 m.

Outre l’aliment carboné, il faut injecter à l’entrée du phosphore (environ 0,5 g de PO43– pour éliminer 100 g de nitrates), indispensable au développement des bactéries. Le pH optimal est de l’ordre de 7,5.

Le charbon actif, outre son effet filtrant, a un rôle de finition qui permet l’élimination biologique du nutri­ment carboné résiduel, ainsi que la fixation des traces de pesticides souvent présentes avec les nitrates (lors­que ceux-ci proviennent d’une pollution d’origine agricole). L’aération intermédiaire peut aussi être remplacée ou complétée par un traitement à l’ozone.

Le traitement est réglé sur une certaine teneur résiduelle en nitrates, pour limiter le coût du traitement et consommer la totalité du nutriment carboné introduit.

Le lavage du réacteur se fait à l’eau non chlorée. L’introduction d’eau de javel pour la désinfection se fait dans une deuxième bâche de stockage.

avantages comparés des deux techniques d’élimination des nitrates

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Tableau 9. Avantages comparés des deux techniques d’élimination des nitrates