Brevet FR2302279A1 — publié le 19760924

La présente invention se rapporte à un procédé d'en lèvement des composés d'azote nuisibles a la santé de l'homme, contenus dans l'eau, et particulièrement dans l'eau souterraine qui se trouve toujours dans le sol et qui ne s'est pas aéja accumulée dans un puits d'eau souterraine ou dans une prise d'eau quelconque. Il est connu que, par exemple1 les nitrates et, notamment, les nitrites dans l'eau potable peuvent entre nuisibles a la santé. Il est également connu qu'il y a généralement des composés d'azote dans le sol et non seulement dans les composes organiques et les résidus organiques mais aussi, par exemple, sous forme d'ions d'ammonium, de nitrate et de nitrite, qui entrent aussi dans le cycle de l'azote et qui se forment et sont dégradés suivant une certaine loi, souvent par voie microbiologique. Ainsi, certaines bactéries peuvent transformer l'ammoniac en dioxyde d'azote, d'autres bactéries peuvent transformer le dioxyde d'azote en trioxyde d'azote mais il y a aussi des bactéries pouvant transformer le trioxyde d'azote en gaz azote et en gaz nitreux, en particulier en oxyde nitreux, par dénitrification. Il existe plusieurs procédés -----------; permettant d'enlever les composés d'azote nocifs contenus dans l'eau souterraine ou dans lteau de puits provenant du sol. L'eau peut, par exemple, être traitée par voie physicochimique, par exemple par échange d'ions, osmose inverse, électrodialyse. Il parait cependant vraisemblable que les colts d'investissement et d'énergie requis pour de telles méthodes de traitement rendent celles-ci peu intdressantes. L'objet de la présent#invention est donc d'enlever d'une façon simple et économique les composés d'azote nocifs contenus, par exemple, dans l'eau souterraine et l'eau de puits. Conformément a cette invention on a constaté que les composes d'azote nocifs, notamment les nitrates et les nitrites, peuvent être éliminés de l'eau d'une façon étonnamment simple et économique, particulièrement lorsque l'eau se trouve toujours sous forme d'eau souterraine dans le sol aquifère et avant son écoulement dans une prise d'eau, tel qu'un puits d'eau souterraine. La dénitrification s'effectue conformément a l'invention a l'aide de micro-organismes, de préférence - en#uspensio==daxn x une solution nutritive. Cette solution est pompée dans le sol autour de la prise d'eau, par exemple un puits d'eau souterraine, prise de laquelle on désire tirer de l-'eau débarrassée de composés d'azote nocifs, par exemple pour consommation humaine. Les couches aquifères se trouvant a une certaine profondeur, par exemple plus de 5 m au-dessous de la surface du sol, sont principalement stériles. Suivant l'invention on pompe la solution nutritive, avec son contenu de micro-organismes de dénitrification, dans ces couches, par plusieurs tuyaux espacés l'un de l'autre d'une distance convenable. Ainsi les tuyaux peuvent, par exemple, être placés à une distance de 30 a 100 m l'un de l'autre et a une distance de 30 a 100 m de la prise d'eau. Dans le cas où l'eau souterraine passe dans une cer taine direction dans le sol, on doit naturellement planter les tuyaux dans le sol en amont de la prise d'eau de manière a ne traiter par dénitrification que, de préférence, l'eau accumulée dans la prise d'eau et qui doit en être élevée. L'avantage immédiat du procédé selon l'invention réside dans le fait que c'est seulement une faible quantité d'eau qui est traitée (par additions) et utilisée pour le traitement de couches de sol traversées par de grandes quantités d'eau, tandis que, dans les méthodes classiques d'épuration d'eau, par exemple par échange d'ions, osmose inverse et électrodialyse, les masses d'eau doivent passer entIe'rement#-#- par des récipients spéciaux de traitement. La solution nutritive avec les micro-organismes est de préférence préparée par dérivation continue ou intermittente d'une portion relativement faible de l'eau#tirée de la prise d'eau, par exemple une partie de l'eau tirée d'un puits d'eau souterraine, et par addition de quantités bien calculées de solution nutritive et de cultures de micro-organismes de dénitrification à cette eau dérivée, et par pompage de la solution ainsi obtenue, à travers lesdits tuyaux jusqu'aux couches aqui fères. Comme solution nutritive on emploie de préférence une solution de sucre, telle qu'une solution de glucose, ou ùne suspension de fécule ou bien l'eau résiduaire d'un procédé de fabr#ication de sucre, de cellulose, de produits laitiers ou d'autres produits similaires. Dans le cas où les couches aquifères présentent une acidité relativement forte, par exemple, avec un pH de 5,5 à 6,0, et les micro-organismes de dénitrification utilisés sont de na ture à devenir inhibés dans un milieu acide, il faut rendre la solution nutritive basique, par exemple avec un hydroxyde alca lin. Des micro-organismes anaérobies appropriés, à forte capacité de dénitrification, sont les bactéries de genres tels que Pseudomonas, Achromobacter et Bacillus, qui sont utilisées pour la dégradation des boues d'égout. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention la solution nutritive avec les micro-organismes de dénitrifica tion est désaérée par traitement sous vide avant le pompage de la solution dans les couches aquifères. On obtient ainsi un milieu plus anaérobie pour les micro-crganismes de dénitrifica tion qui sont habituellement plus productifs dans un milieu .ynettement anaérobie. Il y a cependant des micro-organismes dits hétérotrophes qui peuvent effectuer le travail de dénitri fication dans un milieu fortement aérobie et en ce cas le traitement par désaération de l'eau avec les additifs de dénit rification n'est pas nécessaire. Il est connu d'éliminer, de eau tirée d'un puits d'eau souterraine, le fer dangereux pour/consommation humaine, en introduisant, dans le sol aquifère entourant le puits, de l'eau contenant de l'oxygène ou des substances produisant de l'oxygène. Le fer forme ainsi des oxydes de fer qui sont à leur tour pré cipités et filtrés lors du passage de l'eau souterraine par le sol. Une variante de la présente invention se rapporte à la combinaison d'une méthode d'enlèvement du fer de l'eau sou terraine dans le sol, par exemple celle décrite ci-dessus, avec la méthode d'enlèvement de composés d'azote nocifs de l'eau sou terraine. On peut d'abord éliminer le fer de l'eau souterraine et ensuite les composés d'azote, en désaérant éventuellement l'eau contenant les micro-organismes de dénitrification et la solution nutritive, avant l'introduction de l'eau dans le sol. Alternativement, on peut d'abord éliminer les composés d'azote et ensuite le fer mais les cqmposés d'azote et le fer peuvent également être enlevés en même temps à l'aide de la même eau de traitement. Pour cette dernière alternative il faut cependant employer des micro-organismes nettement - aérobies et hétéro trophes. Si les conditions du sol sont telles que la dénitrification selon l'invention dans les couches aquifères n'est guère possible ou pratiquement réalisable on applique un mode de réalisation particulièrement important.En ce cas on fait passer l'eau souterraine d'un puits, de préférence débarrassée de fer, par exemple suivant la description ci-dessus, par une tour de traitement présentant un lit à matière de charge, par exemple de nature organique, telle que de la litière de tourbe ou des corps plastiques, ressemblant à une couche de sol aquifère. Les particules ou les corps constituant cette matière de charge doivent comprendre une grande surface totale et une membrane ou peau biologique d'organismes effectuant la dénitrification de l'eau qui est amenée à passer à travers la matière de charge par la force de gravité. Dans un autre mode de réalisation de l'invention le fer et des composés d'azote nocifs contenusdans l'eau brute d'un puits d'eau souterraine sont traités dans une première tour pour l'enlèvement du fer et ensuite dans une deuxième tour avec le contenu décrit ci-dessus pour l'enlèvement des composés d'azote, l'eau étant désaérée par un traitement sous vide ayant lieu de préférence avant la dénitrification Alternativement, l'eau brute est traitée d'abord dans la tour de dénitrification, puis dans la tour de déferrisation, ce qui rend probablement inutile la désaération. Lorsque les quantités de fer et de composés d'azote, tels que le nitrate et le nitrite, contenues dans l'eau souterraine, ne sont pas grandes, ce qu'elles ne sont pas générale- ment, il doit suffire pour un seul ménage agricole, par exemple, de remplacer la matière de charge dans la tour ou les tours une 3 seule fois par an si le volume de matière est d'environ 1 m ou plus. Les exemples suivants de la présente invention sont donnés à titre illustratif mais non limitatif. Exemple 1 Dans une grande prise d'eau on a mesuré une trop haute teneur en nitrate, s'élevant à 215 mg NO3 par litre d'eau souterraine. On a déterminé la direction de courant du flux d'eau dans les couches de sòl. On a foré deux trous à 50 respectivement 70 m en amont du puits d'élévation. Du trou situé à une distance de 70 m du puits on a tiré un courant d'eau qu'on a conduit à un réservoir fermé où on a ajouté à l'eau un mélange des organismes Pseudomonas SPS, Achromobacter SPS et Bacillus SPS, en parties égales, avec une solution de glucose à 20% comme liquide nutritif. On a évacué le réservoir afin d'enlever de l'eau l'oxygène dégagé.On a pompé l'eau dégazée avec lesdits organismes et le liquide nutritif comme un liquide de traitement dans le courant d'eau souterraine à travers le trou situé à la distance de 50 m du puits d'élévation. Pendant un mois on a introduit en continu un courant de liquide de traitement de ce type en une quantité correspondant à 5% d'une extraction maximum du puits. La température du courant d'eau souterraine était de 7,5 à 80C. Il s'est révélé~ ; la teneur en nitrate de l'eau tirée était réduite à partir de 215 mg NO3 par litre jusqu'à 8 mg NO3 par litre. Exemple 2 Dans une petite prise d'eau on a mesuré une trop haute teneur èn nitrate, s'élevant à 270 mg NO3 par litre d'eau souterraine. A partir de la prise d'eau on a fait passer de l'eau à travers une tour avec une matière de charge de particules ou de corps revêtus d'une couche biologique contenant, entre autres, les organismes Pseudomonas SPS, Achromobacter SPS et Bacillus 2 SPS en quantités égales. Le chargement a été 65 1/m2 x h et le temps de séjour 15 mn à 150C. Dans la tour on a introduit une solution de glucose à 15% comme source de nutrition. Il s'est avéré dans les essais que la teneur en nitrate de l'eau était réduite à partir de 270 mg NO3 par litre jusqu'a 9 mg NO3 par litre lors du passage à travers le lit de matière dans la tour. Exemple 3 Dans une prise d'eau souterraine on a mesuré une trop haute teneur en nitrate, s'élevant à environ 170.mg NO3 par litre. De ce fait on a fait passer l'eau souterraine à travers une tour de traitement contenant du sable fin et ayant une .hauteur de 2 m. Les grains de sable étaient revêtus d'une peau biologique contenant des cultures des micro-organismes Pseudomonas SPS, Achromobacter SPS et Bacillus SPS en quantités principalement égales, et elle s'était formée par le fait qu'une solution constituée par une solution de glucose à 18 contenant ces trois cultures de micro-organismes avait traversé le ~ - sable après lavage de celui-ci par traitement à l'eau sous pression. A l'eau souterraine qu'on a amenée à travers le lit -de sable dans la tour en une quantité d'environ 50 1 par m2 de la surface intérieure de tour et par h (le temps de séjour était 8 h à 150C), on a ajouté une solution de glucose à 15% en une quantité d'environ 0,001 1 Zr litre d'eau souterraine. Après la tour, la teneur en nitrate de l'eau était réduite à partir d'environ 170 mg NO3 par litre jusqu'à environ 9 mg NO3. Comme matière de charge dans la tour on a employé du sable fin mais aussi de la litière de tourbe et même des matières synthétiques ont été utilisées avec un bon résultat, par exemple de la poudre plastique à grains d'une taille de par exemple 0,01 à 1 mm, comme support de la peau contenant les micro-organismes de dénitrification. La peau biologique peut de préférence être formée et maintenue en faisant passer en continu ou par intermittence à travers la tour de traitement une solution nutritive aqueuse à laquelle on ajoute les micro-organismes ayant une capacité de dénitrification. On peut trouver par voie expérimentale comment calculer les quantités de solution nutritive et de cultures de micro-organismes de dénitrification afin d'obtenir de bons résultats aussi bien immédiatement qu'a la longue. Exemple 4 On a rempli un récipient cylindrique, d'une contenance de 10 1, de sable fin. On a traité le sable comme dans 1'Exemple 3,de manière à former des peaux biologiques sur les grains de sable. On a fait passer de l'eau souterraine selon l'Exemple 3, c. -à-d. ayant une teneur en nitrate d'environ 170 mg NO3 , à travers le récipient, le temps de séjour n'étant que 1 h à 150C. Environ 90% de l'eau tirée du récipient sont constamment renvoyez au récipient. A l'eau franche, à teneur élevée en nitrate, qui est introduite dans le récipient, on a ajouté une solution de glucose à 15% en quantité indiquée dans l'Exemple 1. Dans la portion (10%) de l'eau qui n'était pas recirculée, la teneur en nitrate était basse, 10 mg/l. - REVENDICATIONS 1. Procédé d'élimination des composés d'azote nocifs contenus dans des sources d'eau telles que l'eau souterraine et l'eau collectée dans une prise d'eau ou analogue, caractérisé par le fait qu'on traite l'eau avec des micro-organismes qui transforment les composés d'azote nocifs en des composés non nocifs. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on fait descendre en continu ou par intermittence, dans une zone d'une couche aquifère, de l'eau contenant des micro-organismes à capacité dénitrifiante, couche dans laquelle de l'eau souterraine passe vers une prise d'eau, afin de transformer in situ, au moyen des micro-organismes ainsi introduits dans le sol, les nitrates et les nitrites de l'eau souterraine passant dans la prise d'eau en ammoniac, en gaz azote et en gaz nitreux. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on passe l'eau à travers un lit de dénitrification constitué par des particules de matière et présentant des propriétes de perméabilité similaires à celles d'une couche aquifère, lit dans lequel les particules sont enduites d'une substance contenant les micro-organismes qui transforment les composés d'azote nocifs en des composés non nocifs. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que les micro-organismes sont des bactéries, en particulier celles appartenant aux genres Pseudomonas, Achromobacter et Bacillus. 5. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les micro-organismes sont des bactéries hétérotrophes. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'on mélange à l'eau à introduire dans le sol un agent nutritif soluble dans l'eau et choisi dans un groupe comprenant du sucre, de la fécule et de l'eau usée d'un procédé de fabrication de sucre, cellulose, produits saccharifères, produits féculeux, tels que les produits laitiers, séparés ou mélangés l'un à l'autre, afin de constituer un agent nutritif pour lesdits micro-organismes. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on rend basique l'eau à introduire dans le sol, au moyen d'un hydroxyde alcalin, dans le cas où le sol a une réaction acide. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que l'eau utilisée pour introduire les micro-organismes dans le sol fait partie de l'eau tirée de la prise d'eau. 9. Procédé selon lune quelconque des revendications 2, 4 à 7, caractérisé par le fait qu'on introduit l'eau avec les micro-organismes dans les couches aquifères à travers des tuyaux placés à une distance d'environ 30 à 100 m de la prise d'eau et à une distance d'environ 30 à 100 m l'un de l'autre. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les tuyaux sont placés en amont dans le cas où l'eau souterraine écoule généralement dans une certaine direction. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2, 4 à 10, caractérisé par le fait qu'on introduit dans les couches aquifères,de l'eau contenant de l'oxygène ou des substances produisant de l'oxygène, de la même façon que l'eau contenant les micro-organismes, des zones étant crées d'une part pour la déferrisation de l'eau souterraine et d'autre part pour la dénitrification de l'eau. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'on dispose des zones distinctes pour la déferrisation à des distances de la prise d'eau souterraine qui sont plus grandes que les distances correspondantes pour les zones distinctes pour la dénitrification. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'on dispose des zones distinctes pour la dénitrification à des distances de la prise d'eau souterraine qui sont plus grandes que les distances correspondantes pour les zones distinctes pour la déferrisation. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'on utilise des micro-organismes aérobies hétérotrophes. 15. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit lit de particules de matière est disposé dans une tour de traitement d'eau que l'eau à traiter est amenée à traverser de haut en bas. 16. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on déferrise l'eau ferreuse avant le passage à travers le lit de dénitrification. 17. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on déferrise l'eau ferreuse après le traitement dans le lit de dénitrification. 18. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le lit de dénitrification est un lit de particules fines, telles que le sable, qui sont enduites de ladite substance.