Etude de la dénitrification biologique hétérotrophe sur substrat cellulosique naturel - Post-traitements et qualité de l'eau

Abstract

Cette étude à l’échelle du pilote de laboratoire met en œuvre une technique de dénitrification biologique hétérotrophe appliquée à des eaux contenant des concentrations en nitrates variant de 100 à 350 mg L⁻¹ selon l’essai. Ce travail est basé sur l’utilisation de la tige de la canne de Provence broyée comme source de carbone pour les bactéries dénitrifiantes et support organique en mélange avec le sable pour garnir les réacteurs. Ce matériau est majoritairement cellulosique et peut être valorisé en dénitrification biologique. Les réacteurs mis en œuvre sont des filtres immergés à flux vertical (colonne) ou à flux horizontal (bassin) avec une alimentation ascendante. Des post-traitements sont placés en aval de ces réacteurs dénitrifiants sous forme d’une aération et/ou d’une filtration sur sable / charbon actif granulé (C.A.G.) suivis des essais de désinfection à l’eau de Javel en recherchant certains sous-produits de chloration. Les performances dénitrifiantes des réacteurs dénitrifiants dépendent des vitesses de flux appliquées ainsi que des temps de séjour. Le réacteur à flux vertical optimisé fonctionne à un temps de séjour de 5 heures. Il permet de traiter une charge massique de l’ordre de 2 g NO₃⁻kg⁻¹ de canne j⁻¹. Les rendements de dénitrification sont de l’ordre de 85 %, les teneurs en nitrites varient de 0.4 à 0.6 mg NO₂ L⁻¹ mais les taux de matière organique sont relativement élevées (oxydabilité = 12 à 22 mg O₂ L⁻¹). Une simple filtration sur sable de ces eaux permet de ramener les nitrites dans les normes mais, ne permet d’éliminer qu’une minime partie de la matière organique relarguée dans les eaux dénitrifiées. Le réacteur à flux horizontal, optimisé est un bassin garni de la tige de la canne mélangée avec le sable à une proportion massique de 40 % dans le mélange. Le temps de séjour est de 16 heures et la charge journalière de traitement est de 4.5 NO₃⁻ kg⁻¹ de canne. Il présente les meilleures performances dénitrifiantes, les rendements de dénitrification sont de l’ordre de 88%, les teneurs en nitrites ne dépassent pas 0.1 mg NO₂⁻ L⁻¹ et les taux de matière organique (oxydabilité = 8 à 10 mg O₂ L⁻¹) dépassent légèrement les valeurs guides recommandées par l’O.M.S. L’altération et la filtration bicouche (sable + C.A.G.), en aval des bassins dénitrifiants, améliorent nettement la qualité des eaux produits (oxydabilité = 1.5 m O₂ L⁻¹; NO₂⁻ = 0.06 mg L⁻¹). La chloration des eaux dénitrifiées brutes produites par les colonnes ou filtrées sur sable nécessite des demandes en chlore aux points de rupture très élevées et entraîne la formation des composés organochlorés, en particulier les trihalométhanes à des concentrations supérieures aux C.M.A. recommandées par l’O.M.S. dans les eaux de consommation. Cependant, les plus petites demandes en chlore ainsi que les plus faibles teneurs en sous-produits de chloration sont obtenues pour les eaux dénitrifiées au sein du bassin subissant, une aération et une filtration sur C.A.G. / sable.