Memotec n7
RVISION A
DATE : 01/01/2006
www.gls.fr Llimination des nitrates pour la production
deau potable PAGE 1
PRSENCE DES NITRATES DANS LEAU Les nitrates (NO3-) sont prsents
naturellement dans leau. Ils sont en effet issus du cycle naturel
de dgradation de la matire organique. Cependant les apports dus aux
activits agricoles (fertilisants et levages), industrielles et
domestiques (rejets non traits), restent prpondrants. Il est
difficile dtablir des concentrations moyennes dans les eaux
franaises, car il existe de fortes disparits rgionales. LInstitut
Franais de lEnvironnement (IFEN), dans son dernier rapport sur la
qualit des eaux en France, fait tat que sur le millier de sites
surveills, 62 % prsentent une concentration de nitrates suprieure
10 mg/l, 10 % prsentent des teneurs (50 100 mg/l) incompatibles
avec une distribution de leau sans un traitement spcifique, et 1 %
sont totalement impropres la production deau potable.
EFFETS ET NUISANCES
Leffet des nitrates sur la sant humaine a fait lobjet de trs
nombreuses tudes lorigine de la rglementation actuelle. Les
nitrates sont rputs comme tant cancrignes et provoquant la
mthmoglobinmie du nourrisson (asphyxie qui peut aller dans les cas
extrmes, mais trs rares, jusqu la mort). Pourtant, une tude publie
en 1996* qui fait le bilan sur les donnes pidmiologiques connues,
fait ressortir quil nexiste objectivement aucun rsultat permettant
de corrler labsorption de nitrates et les consquences sur la sant
quon lui attribue. En fait, cette tude met en exergue les relations
entre les nitrites et certains drglements du corps humain. Or, au
del de lge de 6 mois et en dehors de toute fragilit maladive, le
corps a naturellement les capacits dliminer les nitrites. Dans le
cas contraire, les nitrites ragissent avec des amines et amides
pour produire des nitrosamines qui sont cancrignes. * Les nitrates
et lhomme. Le mythe de leur toxicit. Par le professeur Jean
Lhirondel et le docteur Jean-Louis Lhirondel. Les ditions de
lenvironnement.1996.
RGLEMENTATION La directive europenne 98/83/CE du 3 novembre 1998
et sa transposition en droit franais par dcret n2001-1220 du 20
dcembre 2001, codifi en 2003 dans le code de la sant publique (voir
Memotec n12), mentionnent une limite de qualit de 50 mg/l pour les
nitrates. En ce qui concerne les nitrites, la limite de qualit est
de 0,50 mg/l, avec une restriction : la concentration en nitrites
doit tre infrieure 0,10 mg/l en sortie des usines de production
deau potable. En outre, il existe un critre supplmentaire
respecter, savoir [NO3-]/50 + [NO2-]/3 < 1 mg/l.
TECHNIQUES DLIMINATION ENVISAGEABLES Aujourdhui, trois
techniques prvalent pour respecter les normes concernant les
nitrates : o le procd biologique de dnitrification ; o la
dnitratation par rsines changeuses dions ; o la nanofiltration.
La dnitrification biologique : un procd efficace mais trs dlicat
mette en oeuvre La dnitrification biologique repose sur
lutilisation de bactries, essentiellement de la famille des
Pseudomonas, qui utilisent les nitrates la place de loxygne de
lair, et qui les transforment en azote gazeux. La chane de
dcomposition des nitrates peut tre simplifie de la faon suivante
:
Il existe deux types de dnitrification : autotrophe et
htrotrophe. Pratiquement, seule la dnitrification htrotrophe est
utilise pour des raisons de cintique de raction. Celle-ci suppose
les conditions dexploitation suivantes : o milieu anoxique (absence
dO2) ; o renouvellement constant dune source de carbone
organique ; o apport de phosphore ; o mlange homogne des
bactries, des nutriments et des
nitrates.
On utilise principalement des lits fixs dans lesquels un matriau
granulaire sert de support aux bactries (figure 1). Cette technique
est efficace mais dlicate mettre en uvre, car elle suppose de
maintenir en quilibre les conditions cites ci-dessus. En outre,
plusieurs facteurs influencent la dnitrification : o la temprature
: on considre en gnral quune lvation de temprature favorise la
dnitrification, o le brassage biologique : il doit tre efficace
afin que les bactries soient en contact avec les nitrates et le
carbone, o lge des boues : de meilleurs rendements sont obtenus si
lge des boues nest pas trop lev.
NO3- NO2- NO N2O N2
Aration
Racteur biologique Filtre
Coagulant (FeCl3)
Eau traite
Air de lavage non chlore
Air de lavageEau traiter
Etha
no
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ide
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horiq
ue
Figure 1
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Aprs passage de leau dans le racteur biologique leau est are,
puis filtre La dnitratation par change dions : un procd simple qui
pose le problme de ses propres rejets Le principe de ce procd
repose sur lchange des ions nitrates et autres anions prsents dans
leau avec les ions chlorures contenus dans la rsine, selon lquation
suivante :
Lordre daffinit entre les diffrents anions varie avec les
caractristiques des rsines, car il existe des rsines plus ou moins
slectives des nitrates. Aprs saturation, les rsines doivent tre
rgnres, soit co-contre, le rgnrant percolant dans le mme sens que
leau en cycle production, soit contre-courant. Cette dernire mthode
permet surtout dconomiser du rgnrant, et de rduire les fuites de
nitrates la reprise de la production. Elle ncessite le blocage de
la rsine. Ce blocage peut seffectuer selon trois mthodes : o par un
courant deau introduit la partie suprieure de lappareil ; o par
lair ; o mcaniquement.
Les deux premires mthodes ont t aujourdhui pratiquement
abandonnes, au profit du blocage mcanique, et en particulier de la
technique qui consiste bloquer le lit de rsine par un plancher
crpin plac en partie suprieure de lappareil, laide dun fort courant
deau ascendant (figure 2). Le plancher suprieur tant trs proche du
niveau haut de la rsine, le lavage priodique des rsines ne peut
seffectuer dans lappareil. Pour ce faire les rsines sont transfres
hydrauliquement dans une colonne de lavage.
La rgnration contre-courant se dcompose en quatre phases : o un
compactage du lit par un fort courant deau ascensionnel ; o une
rgnration de la rsine contre-courant ; celle-ci seffectue avec une
saumure de NaCl dilue 10 % ; o un rinage lent contre-courant, le
lit tant toujours bloqu ; o un rinage rapide co-courant.
Les luats de rgnration concentrs en nitrates posent le problme
de leur devenir. Plusieurs voies dlimination sont envisageables : o
rejet vers une station dpuration dans les limites de ce quelle peut
absorber en terme de charges polluante et
hydraulique ; o envoi vers une lagune dvaporation ; aprs
vaporation ( 90 %), les rsidus sont envoys en CET ; o dispersion en
rivire petit dbit pour bnficier du phnomne de dilution, et donc
limiter limpact de la pollution ; ces
rejets sont rglements par larrt du 23 fvrier 2001.
La nanofiltration : pour un traitement combin de plusieurs
problmatiques Le taux dlimination des nitrates par les membranes de
nanofiltration, est de lordre de 45 %. Ce procd est conomiquement
envisageable que si un ou plusieurs paramtres supplmentaire sont
corriger : duret, sulfates, pesticides, matires organiques. Pour
plus de dtails se reporter au Memotec n1.
CONCLUSION
La dnitrification biologique a lavantage de procder la
dcomposition totale des nitrates, et dtre peu sensible le teneur en
MES de leau traiter. Par contre, son exploitation est trs
contraignante, car non automatisable, et sensible aux variations de
dbit et de temprature ; elle ncessite en outre un personnel
spcifiquement form. Le procd utilisant les rsines changeuses dions
est automatisable. Ses performances sont indpendantes des
variations des dbits ; par contre, leau traiter doit prsenter une
faible teneur en MES et ne pas comporter doxydants. En outre, les
luats, quil faut liminer, sont concentrs en nitrates et sulfates.
Enfin, la nanofiltration peut tre envisage si leau ncessite dautres
traitements que celui de la seule limination des nitrates.
4 R-Cl + {NO3- + SO42- + HCO3-} {R-NO3 + 2 R-SO4 + R-HCO3}+
4Cl-
Figure 2
Eau traiter Colonne de lavage
Saumure dilue
Eau de service
Eau traite
