Biodénitrification sur substrat ligno-cellulosique : Influence de la matière organique sur la chloration des eaux traitées-effet sur le processus biologique

Abstract

Une filière conventionnelle de traitement (biodénitrification sur support ligno-cellulosique, notamment la canne de Provence, et chloration) alimentée par une eau souterraine chargée en nitrates est insuffisante pour satisfaire aux normes concernant la concentration de sous-produits de chloration particulièrement les THM. L’ajout d’une aération suivie d’une filtration sur charbon actif en grains-sable (CAG/sable) constitue une solution pouvant éliminer ces problèmes récurrents. Une comparaison des spectres obtenus par analyse en chromatographie phase gazeuse (CPG) couplée à la spectrométrie de masse (SM) des extraits phénoliques issus de la canne, des eaux souterraines et de seaux biodénitrifiées et/ou post-traitées a été effectuée. Cette comparaison a permis de vérifier la présence de précurseurs, à structures phénolées, et d’évaluer la capacité du post-traitement pour leur élimination. Sur les eaux dénitrifiées brutes, les résultats obtenus ont montré la présence d’une diversité de composés phénoliques forts consommateurs de chlore. Certains d’entres eux sont des dérivés de la lignine constitutive de la canne de Provence ; les autres sont des micro-polluants d’origine anthropique de l’effluent à traiter ou formés dans le réacteur. L’aération des eaux dénitrifiées brutes semble favoriser l’élimination partielle des précurseurs, notamment à structures phénolées, probablement par biodégradation. En effet sur l’extrait phénolique des eaux aérées, très peu de produits aromatiques ont été identifiés, les composés extraits sont pour la plupart des hydrocarbures linéaires saturés et des dérivés d’acides gras de consommation en chlore faible. Après passage sur charbon actif-sable, on observe une amélioration notable de la qualité de l’eau produite et une diminution beaucoup plus importante des sites consommateurs de chlore vraisemblablement dues à la biodégradation et à l’adsorption des précurseurs de THM sur le matériau filtrant. Dans le but d’appréhender les sous-produits d’interactions entre le chlore et la matière organique présente en fin de filière de traitement, nous avons cherché à connaître, la nature des sous-produits non volatils de désinfection obtenus, dans un premier temps, par chloration de composés synthétiques à base de phénol contenus dans le substrat pour la biomasse dénitrifiante et susceptibles d’être présents dans les eaux biodénitrifiées (p-crésol ; 4-éthylphénol ; 4-tert-butylphénol ; 3,5-di-tert-butylphénol ; 2,6-di-tert-butylphénol et 2,4,6-tri-tert-butylphénol), puis dans un second temps, par chloration des eaux biodénitrifiées filtrées sur CAG/sable. Enfin, des expériences de dénitrification ont été effectuées en présence de concentrations variables en 4-éthylphénol. Le but de ces expériences a été d’étudier l’action vis-à-vis de la biomasse dénitrifiante de cette molécule phénolique, à bas poids moléculaire, la plus retrouvée dans les différentes étapes du traitement. En présence du substrat cellulosique, les résultats obtenus montrent que les faibles concentrations en p-éthylphénol (0,3 à l mg/L) n’affectent pas de manière significative le processus de dénitrification. Quand la concentration augmente, on constate un effet inhibiteur qui affecte les microorganismes responsables de la réduction des nitrites. Jusqu’à des concentrations de 600 mg/L de p-éthylphénol (sans ajout de substrat cellulosique), les résultats obtenus sont comparables à ceux de l’expérimentation précédente ; on constate toutefois un effet inhibiteur de 4-éthylphénol qui se traduit par une diminution sévère du rendement de la dénitrification même à faible concentration avec une accumulation très élevée en nitrites (supérieures à 30 mg/L). Cette différence de comportement s’explique par l’adsorption de l’éthylphénol sur les copeaux de canne apportés par l’inoculum