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 SO₄^2– et une partie des ions HCO₃^–, et les échange contre des ions Cℓ^–lorsque 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.

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 :

Dans ce dernier cas, il faut du CaCO₃pour 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 :

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.

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 PO₄^3– 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.