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UN NOUVEAU PROCÉDÉ À LIT MOBILE (MBBR), EFFICACE ET ÉCONOMIQUE POUR LA RÉDUCTION DE NITRATES (NO3) PRÉSENTS DANS LES EAUX SOUTERRAINES

Les nitrates (NO3) et les nitrites (NO2) sont ions présents dans la nature en petites quantités, dans le cadre  du cycle naturel de l’azote sur la terre,  en provenant  la lixiviation de terrains (forêts, minéraux  et  roches) grâce à la pluie. Dans les rivières et les eaux souterraines qui ne sont  pas affectées par l’activité humaine, la concentration normale de NO3 habituellement est autour de 10 ppm, mais dans les cours d’eau proches de zones où il y a  de l’activité industrielle, cette concentration peut se développer jusqu’à valeurs hautement démesurées, concentrations qui arrivent à être dangereuses pour la santé en cas d’ingestion.

INTRODUCTION

La cause principale de la forte incidence de NO3 dans des eaux souterraines est souvent l’apport de déchets liquides provenant de fermes de mammifères (les porcs, les moutons et les bovins en particulier). Dans des zones où le déchet animal a été utilisé comme engrais sans contrôle, ont atteint des niveaux de 180 ppm de NO3 dans les eaux phréatiques.

 Une étude réalisée par des enquêteurs de l’Université de Vic – Barcelone (publié dans  Tecnoaqua à l’édition d’octobre 2013), indique que douze (12) régions de la Catalogne, souffrent d’une forte pollution de leurs eaux souterraines et sources par (NO3).  Ces régions  coïncident toutes à  une forte concentration d’exploitations d’élevage, sauf une qui concentre une grande activité agricole. D’autre  part  il est connu que la Belgique a plus du  65 % du sous-sol contaminé  par les nitrates et la même chose s’applique dans d’autres pays européens et les états  du Midwest Américain.

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ll est connu que les sols agricoles ont besoin d’un apport continu d’azote et de phosphore pour maintenir des performances optimales et pour ce motif s’est généralisé l’apport de déchets organiques animaux originaires de fermes où les activités agricoles et d’élevage coexistent ensemble. Où il n’y a pas d’activité d’élevage, sont des composés chimiques industriels qui sont utilisés pour l’engrais des sols, comme est indiqué par l’exception ci-dessus mentionnée des régions catalanes fortement contaminées par NO3.

Étant donné  que  ne pas  toujours sont  réalisés les contrôles qui seraient nécessaires sur la quantité d’Azote qui peut supporter  un sol déterminé, il  affecte la sursaturation des mêmes,  avec le résultat de la contamination des bases  couches et des nappes phréatiques, aussi avec l’aide de la pluie, Le NO3 est  très facilement  lixivié et  par cela il atteint rapidement les couches inférieures du sol.

CONSÉQUENCES DE LA PRÉSENCE DE FORTES CONCENTRATIONS DE NO3 DANS L’EAU

High concentrations of NO3 in food are extremely harming to the health of the animals, including humans. The World Health Organization has established a maximum tolerable limit of 50 ppm. NO3 complicates the oxygenation of the blood becoming nitrites (NO2). Hemoglobin mutates to metahemoglobin and, as a consequence, less oxygen reaches the organs and tissues. This can cause the death of fetuses in pregnant mammals and, in human babies, it can produce the so-called “blue baby” effect (lack of oxygen in the tissues).

Cow

Dans le cas de l’industrie de l’élevage, alimenter aux animaux avec l’eau qui contient une forte concentration de NO3, il produit d’énormes pertes économiques, la mort de jeunes animaux et les femelles enceintes qui avortent, en causant la perte de kilos de la viande, faire de nouvelles inséminations, réduit la production laitière des femelles enceintes et d’autres effets secondaires. Par conséquent, une augmentation de coûts de production, ou en d’autres termes, la diminution ou la perte de bénéfices dans les exploitations.

En ce qui concerne des populations dans les zones rurales qui sont approvisionnées en puits contaminés, sont à risque de graves problèmes de santé.

 

QUEL EST LE NOUVEAU SYSTÈME DE TRAITEMENT BIOLOGIQUE ANAÉROBIE À LIT FLUIDISÉ AVEC L’AJOUT DE MICRO-ORGANISMES ADAPTÉS ?

Ce système reproduit le cycle naturel de dénitrification. A  été réalisé une expérience pilote avec un grand succès, avec l’eau de puits d’une ferme d’animaux, dont la concentration de NO3 était > 160 ppm, après le traitement a été obtenu un  effluent avec 4ppm de  NO3. Le résultat de cette expérience a conduit à la première installation industrielle de traitement de l’eau, pour traiter l’eau de puits d’une ferme de plus de deux cents têtes de bétail bovin.

Le système est composé d’un premier réacteur anaérobie à flux continu (1) qui contient un garnissage  (carrier) plastique à haute surface spécifique en  flottation (MBBR) (2), où se logent des colonies de bactéries d’origine naturelle, combinées avec bactéries spécialisées additionnées au système, où  se produit la transformation du NO3 à  N  gaz en  conditions anoxiques, avec l’aide d’une source d’énergie (matière organique) et des nutriments. L’azote  gazeux est éliminé à l’atmosphère (3).

Dans un deuxième réacteur (4),  aérobie (boues activées),  on élimine la matière organique (la contenue dans  l’affluent,  l’ajoutée dans le processus de dénitrification, ou qui pouvait avoir été généré par la transformation de produits, dans le système aérobie).

Finalement, un système physique de séparation de biomasse (5) et d’eau, obtient un effluent parfaitement clarifié et pratiquement libre des nitrates (6).

Anaerobic continuous flow reactor

 

LA DÉNITRIFICATION COMMENT SE PRODUIT-ELLE?

La dénitrification se produit par l’action de bactéries du groupe hétérotrophe facultatives  du genre pseudomonas (groupe 1 non pathogènes), paracoccus et alcaligenes. Ces bactéries se trouvent d’une forme naturelle dans l’environnement et sont inoffensives pour les personnes et les animaux.

Le processus de transformation de nitrates à gaz a lieu dans des étapes sérielles, catalysées par des systèmes enzymatiques différents, en apparaissant  dans le processus des produits intermédiaires différents comme les nitrites (NO2), le monoxyde d’azote et l’oxyde nitreux (NO).

N transformation process

Ce processus qui dans la nature porterait une longue période pour se réaliser si d’une forme subite l’apport d’azote était interrompu, est réalisé d’une forme rapide et efficiente dans un système forcé d’épuration industriellement, grâce à pouvoir concentrer une grande quantité de biomasse dans un système qui contient un porteur (le garnissage plastique), où  se logent et multiplient les colonies de Bactéries (BIOFILL  TYPE C).

Biofill C after denitrification process

Le GARNISSAGE EN  PLASTIQUE BIOFILL TYPE C, c’est un des meilleurs porteurs (carriers) du marché, grâce à sa haute surface spécifique (460 m2/m3), la surface rugueuse qui permet une bonne adhérence de la biomasse et le grand volume libre > 90 %, qui permettent une bonne circulation des fluides et un détachement  facile de la biomasse morte.

Bacteria

L’efficacité de ce processus, vient augmentée par l’apport de micro-organismes spécifiques dénitrifiantes, qui agissent dans des conditions anoxiques (BACTERIA-DEN). Il s’agit d’une combinaison de micro-organismes anaérobies facultatifs sélectionnés de la nature par sa capacité d’utiliser le nitrate comme source d’oxygène.

Dans des conditions appropriées, les ions NO3 et NO2 accumulés dans des eaux sont attaqués par le BACTERIA – DEN qui agit en accélérant la croissance des colonies de bactéries dénitrifiantes indigènes dans sa phase initiale du traitement, en accélérant l’élimination des ions NO3 et NO2 et en contribuant au conservation de la concentration optimale de micro-organismes dans le système.

Également dans les situations d’arrêt du système pour n’importe quelle cause, l’addition de BACTERIA – DEN, réactive  le système biologique dans une période comprise entre 48-72 heures. Pour le démarrage du système  ont été utilisés de l’ordre de 9-10 gr. de BACTERIA – DEN/m3 d’eau, et par le 3gr/m3, dans sa phase de maintenance.

Les conditions nécessaires pour induire la dénitrification sont :

  1. Une grande présence de bactéries dénitrifiantes dans le processus.
  2. l’Azote disponible dans les formes oxydées (NO3; NO2).
  3. l’Absence d’oxygène moléculaire dissous.
  4. La présence de matière oxydable (DBO), tel que le méthanol, l’acide acétique ou d’autres.

Le BACTERIA DEN  est aussi spécialement utile pour le traitement d’eaux industrielles difficiles contenants des   amines, des eaux municipales, des eaux de l’industrie alimentaire, l’industrie chimique et les fermes piscicoles.

Industrial water tanks
Après le succès dans l’expérience pilote, la société d’élevage, qui exploite 2000 têtes d’animal bovin, a embauché l’installation industrielle correspondante. Cette entreprise a une capacité de 400 m3 par jour, pour enlever les faibles charges de nitrates. La conception de l’équipe noNO3® permet d’offrir une efficacité dans l’élimination du nitrate jusqu’à le 90 %, bien que les concentrations soient très élevées> 200ppm. Cette installation avec cette capacité pourrait traiter l’eau d’une population de 1600 habitants avec problèmes de nitrates. Les installations noNO3® sont produits clés en main, avec la caractéristique modulaire qui permet facilement de futures extensions.

AVANTAGES DU SYSTÈME

C’est une équipe modulaire fabriquée avec composants simples et de qualité. Les coûts d’installation sont faibles, ainsi que  les coûts d’exploitation qui sont  plus bas que ceux d’autres  systèmes  utilisés jusqu’à présent et le système  ne génère pas de déchets et pas  d’odeurs.

 TABLEAU COMPARATIF SUR D’AUTRES PROCÉDURES POUR L’ÉLIMINATION DE NO3

PROCÉDURE

OSMOSE INVERSE

ÉCHANGE IONIQUE

BIOFILTRATION

Coûts d’exploitation

ÉLEVÉ : en augmentant à
mesure que les
heures de travaille augmentent

 

Moyen

BAS, de l’ordre de 4 à 5
 fois plus faible que O.I.

Rendement

50-60 %

100 %

95%

Efficacité

90 %

85 %

85 %

Refus

Il peut arriver jusqu’à le 50 % de l’eau traitée avec nitrates et le reste d’éléments séparés

 

Saumure avec nitrates

 

Il n’y a pas de nitrate

Déchets

Le refus devra être traité par une entreprise de traitement des déchets, en fonction de la concentration de NO3

Le refus devra être traité par une entreprise de traitement des déchets, en fonction de la concentration de NO3

Le déchet de lavage,  peut être versé aux égouts par sa basse charge organique, ou être utilisé comme engrais

Pièces de
rechange nécessaires

Changer les filtres
chaque 2-3 semaines.
Changer les membranes
chaque  2-3 années

 

Aucun

 

Aucun

Recharge matériau
 filtrant

 

Aucun

 

Si

 

Aucun

Consommables

Désincrustant

De sel

Source de carbone

Consommation
énergétique

 

Élevé

 

Faible

 

Faible

Sélectif

Non. Supprime tous les
 types de sels et d’ions

Non. Il peut éliminer
 d’autres ions non désirés

Si. Il élimine seulement
 NO3

Eau  potable

Il laisse l’eau sans
aucun élément chimique.
Il faut réintroduire des sels

Risque d’excès de sel dans l’eau

Il laisse l’eau avec leur composition naturelle, mais  sans des nitrates

Investissement économique

 

Élevé

 

Faible

Bas-moyens en fonction du débit

Maniabilité de l’installation

Complexe

Moyenne

Faible

 

PARTICIPANTS  À  L’EXPÉRIENCE

Société NONO3  – Concepteur du système et constructeur des plantes pilotes et  industrielles.

Biologia y Filtración, S.L. –  Fabricant et fournisseur du garnissage plastique BIOFILL  type C (carrier), pour le lit mobile.

Biologia y Filtración, S.L. – Fournisseur des micro-organismes BACTERIA DEN, produits par l’entreprise  Bioscience Inc.  (Allentown, la Pennsylvanie –  USA).

 

NO NO3