Description des procédés biologiques

 

L’épuration de l’eau consiste à réduire les pollutions solubles et en suspension. Cela  pour le respect de la santé publique et pour minimiser l’impact sur l’environnement. Aujourd’hui les filières d’épuration des eaux résiduaires urbaines (ERU) ou industrielles ont pour objectifs de traiter les pollutions par matière organiques (quantifiée en DCO et DBO) ainsi que les pollutions en nutriments azotés et phosphorés. A terme les substances cibles tels que les micropolluants seront éliminés par des techniques couteuses et plus sophistiquées que nous ne détaillerons pas ici.

 

 

 

Les eaux brutes récupérées contiennent essentiellement de l’azote sous forme organiques, d’ammoniaque ou encore d’azote oxydé.

N global = N organique + NO3- + NO2-

 

Mais aussi du phosphore sous forme organique ou de polyphosphates ou encore d’ortho phosphates.

P total = P organique + Poly-P + P-PO4

 

 

1ère étape: la décomposition des formes organiques (avant le filtre horizontal)

 

  •             L'ammonification est la production d'ammoniac (NH3) ou d’ions ammonium (NH4+) à partir de matière organique azotée. Elle comporte différentes étapes. La première est une protéolyse, réalisée par différentes bactéries (Bacillus, Pseudomonas, Micrococcaceae, Achromobacteriaceae). Les produits issus de cette protéolyse sont des acides aminés qui subissent une désamination lors de la deuxième étape par différentes bactéries (Achromobacteriaceae, Bacillus, Pseudomonas, Corynebacterium). Suite à celle-ci, de l'ammoniac (NH3) ou des ions ammonium (NH4+) sont produits suivant le pH du milieu.

Source: http://aquatrop.cirad.fr/encyclopedie/biologie_et_ecologie_aquatique/reseau_trophique_aquatique/l_activite_bacterienne

 

 


Désamination en milieu aqueux en absence d’oxygène.

 

 

Source 2

 


 

 

 


 


2ème étape:La nitrification  (filtres verticaux)

 

Cette étape consiste à transformer les ions ammonium en nitrites (NO2-) (on parle de nitritation) puis les ions nitrites en nitrates (NO3-) (on parle de nitratation). Les ions nitrites sont extrêmement toxiques et leur transformation nécessite beaucoup d’oxygènes.

Les bactéries nitrifiantes sont dites chimiolithtrophes. Lithitrophes car l’accepteur d’électrons est minérale et chimiotrophes car elles tirent leur énergie d’une réaction chimique par l’intermédiaire du cytochrome C. On compte parmi ces bactéries nitrosococcus, nitrosomonas…

 

 


Réaction de nitritation sous contrôle des bactéries

 


Source 2

 


Réaction de nitratation sous contrôle des bactéries

 

Source 2

 

 

De même que pour la nitritation les bactéries intervenantes sont dites chimiolithotrophes. Parmi ces bactéries on peut citer nitrococcus et nitrobacter…

 

 

 

3ème étape: la dénitrification et déphosphatation (filtre horizontal)

 


  • Pour compléter le traitement de l’azote, il faut ensuite réduire les nitrates en composés gazeux. Cette étape n’est possible qu’en milieu anoxique, et à l’aide de bactéries de type cyanobactéries, pseudomonas… Cette étape nécessite des conditions anaérobies car la nitrate réductase des bactéries, responsable de la réaction, ne fonctionne pas en présence d’oxygène. De plus ces réactions sont lentes et nécessites un temps de séjour des eaux en traitement assez long ( de l'ordre de 2 jours)

 

NO3- donne NO2- donne N2

 

 

Le N2 produit sera dissipé dans l’atmosphère.

 

 

  • Dans les eaux usées domestiques, le phosphore est présent sous forme de polyphosphates phosphores organiques orthophosphates.Les deux premiers sont hydrolysés, par l’action des microorganismes présents dans le milieu, en orthophosphates (H2PO4-, HP042- P043-). Ces orthophosphates vont être adsorbés aux oxydes de Fer, d’Aluminium et autres métaux, ainsi qu’à la calcite de la surface des graviers, pour former un complexe phosphato-métallique, par des actions d’échange de liguant. Ils sont stockés autour des graviers et mis à la disposition des plantes.

    Les roseaux assimilent les orthophosphates pour leur croissance. L’exportation est d’environ 200 kg de phosphore par an et par hectare.

    Ce mécanisme est relativement long. C’est pourquoi, il ne peut se réaliser que sur une filtration horizontale.

    L’élimination du phosphore est donc plus problématique que celle de l’azote. Le phosphore une fois minéralisé est essentiellement utilisé par les plantes ainsi des eaux brutes riches en phosphore seront difficilement épurées. 

 

 

 Conclusion

Contrairement à ce que l'appelation phytoépuration sous entend (épuration par les plantes) l'analyse des mécanismes mis en jeux montre que l'épuration est en réalité effectuée majoritairement par des micro-organismes. Il s'agit en véridiquement d'une symbiose entre végétaux et bactéries. L'épuration par lit planté de roseau est efficace en terme d'élimination de la DBO et d'élimination des nitrates mais elle reste moins efficace pour l'élimination des phosphates. L'élimination des micro polluants reste difficile, une partie d'entre eux est adsorbé ou absorbé par les matière en suspension une autre partie sera directement rejeté dans le milieu.