Brevet FR2738234A1 — publié le 19970307

La présente invention est relative à un procédé permettant d'assurer simultanément l'élimination des composés azotés, notamment les nitrates, et la reminéralisation biologique d'eaux faiblement minéralisées avant les traitements de coagulation, floculation et clarification. On sait que les eaux de surface des massifs granitiques sont généralement peu minéralisées. En outre, dans un contexte agricole on assiste à un accroissement de la pollution azotée dans les eaux de surface. II en résulte que les spécialistes du traitement des eaux se trouvent confrontés à un double problème: - reminéraliser l'eau avant sa distribution dans les réseaux d'eaux potables et, - éliminer la pollution azotée afin de répondre aux normes de qualité des eaux destinées à la consommation humaine. Chacun de ces problèmes peut trouver séparément une solution en mettant en oeuvre des traitements classiques: - en ce qui concerne la reminéralisation de l'eau, celle-ci peut être réalisée par voie chimique en effectuant par exemple des additions de chaux et de C02; - en ce qui concerne l'élimination de la pollution azotée, on peut mettre en oeuvre des procédés physico-chimiques ou biologiques. Les procédés physico-chimiques n'éliminent pas les nitrates, ils ne font que les déplacer: on les retrouve dans les éluats de régénération qui contiennent en outre de fortes concentrations en chlorures, ou autres sels de régénération ; de plus, ces procédés sont sensibles à la présence des matières organiques de l'eau à traiter. Les procédés biologiques sont bien adaptés à l'élimination des composés azotés, cependant, ils ne permettent pas d'éliminer les substances colloïdales. Par ailleurs, ces procédés sont tributaires de la température de l'eau à traiter et jusqu'à présent, ils n'ont été mis en oeuvre de façon industrielle que pour le traitement des eaux de forage présentant une température constante et supérieure à 10 C. Partant de cet état de la technique, la présente invention se propose de réaliser dans des conditions particulièrement économiques une élimination des composés azotés et une reminéralisation au moins partielle d'eaux de surface faiblement minéralisées avant d'effectuer les traitements classiques de coagulation, floculation et clarification. La présente invention a donc pour objet un procédé d'élimination des composés azotés, notamment des nitrates, et de reminéralisation d'eaux faiblement minéralisées caractérisé en ce que l'on réalise simultanément par traitement biologique, dans un même réacteur, I'élimination des composés azotés et la reminéralisation au moins partielle de l'eau brute, I'eau dénitrifiée et reminéralisée étant ensuite soumise à des traitements de coagulation, floculation et clarification. Selon l'invention, I'eau à traiter, faiblement minéralisée, est mise au contact d'une flore bactérienne hétérotrophe pour l'élimination des composés azotés, la réaction biologique hétérotrophe de dénitrification libérant du gaz carbonique qui est utilisé directement et immédiatement pour assurer la reminéralisation biologique, au moins partielle, de l'eau avant d'effectuer la clarification. On décrira maintenant, en référence au dessin annexé, un exemple de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. La figure unique du dessin est un schéma illustrant les différentes étapes de ce procédé. L'eau brute faiblement minéralisée, devant être soumise aux traitements biologiques simultanés d'élimination des composants azotés et de reminéralisation est additionnée des réactifs nécessaires à la croissance et à l'activité des bactéries, c'est-à-dire une source de carbone assimilable par les bactéries hétérotrophes notamment de l'éthanol, de l'acide acétique et de réactifs phosphorés tels que notamment l'acide phosphorique. L'eau brute est ensuite introduite dans un réacteur unique où s'effectue simultanément, par voie biologique, I'élimination des composés azotés, notamment des nitrates et la reminéralisation, au moins partielle de l'eau brute. Dans la zone de réaction, I'eau à traiter, faiblement minéralisée est mise au contact d'une flore bactérienne hétérotrophe assurant l'élimination des composés azotés et la réaction biologique hétérotrophe de dénitrification libère du gaz carbonique directement utilisable pour participer à la réaction de reminéralisation, avant l'étape de coagulation-floculation. Ainsi, selon l'invention, I'élimination des composés azotés par voie biologique hétérotrophe s'accompagne d'une reminéralisation biologique de l'eau brute faiblement minéralisée, dans la même zone de réaction.. Le temps de contact dans la zone biologique est celui nécessaire à la réaction de métabolisation des composés azotés et à la reminéralisation biologique. Ce temps de contact est également fonction de la température du milieu. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'à 12"C, ce temps de contact est d'environ 7 minutes pour une élimination de N03 de 50 mg/litre. En outre, lors de la mise en oeuvre de ce procédé, les bactéries dénitrifiantes hétérotrophes, associées aux matières en suspension de l'eau brute forment un floc qui a la propriété d'être très peu colmatant dans un réacteur en culture fixée sur un matériau support de granulométrie déterminée et de pouvoir être fluidisé dans un réacteur en culture libre. Selon l'invention, I'eau à traiter est introduite à la base du réacteur biologique unique et la zone de contact biologique peut être soit remplie d'un matériau granulaire permettant la fixation des bactéries à sa surface, soit vide permettant, à partir d'un support générateur de floc de constituer un lit de boue composé de flocs denses, fluidisés par le flux ascendant de l'eau en cours de traitement. Dans ces deux modes de mise en oeuvre, I'introduction de l'eau à traiter à la base du réacteur permet l'évacuation de tout ou partie des flocs générés par la réaction biologique en présence des matières en suspension et colloïdes de l'eau à traiter. Le caractère particulier du floc formé dans le réacteur biologique confère à la boue un coefficient de cohésion supérieur à celui obtenu avec l'eau brute seule, ce qui permet ensuite de réaliser une meilleure séparation, soit en décantation, soit en flottation. Après l'étape d'élimination des composés azotés et de reminéralisation biologiques de l'eau, on effectue une aération de l'eau reminéralisée et dénitrifiée et ensuite les étapes de coagulation-floculation et de clarification de l'effluent. L'étape de coagulation-floculation a lieu dans un milieu plus tamponné étant donné que les ions bicarbonates formés lors de la dénitrifaction biologique assurent la reminéralisation de l'eau brute. Ainsi, ce milieu est plus stable en terme de pH et le contrôle des conditions optimales de coagulation est plus aisé, ce qui permet, par exemple de réduire la consommation résiduelle en ions Al3+. Avant d'effectuer le traitement de coagulation-floculation, l'eau traitée dans le réacteur biologique est additionnée des réactifs nécessaires à la coagulationfloculation. Elle reçoit un coagulant, généralement du chlorure ferrique, du sulfate d'aluminium ou tout autre dérivé, un réactif acide ou alcalin permettant d'obtenir le pH optimal de coagulation, généralement du C02, de l'acide sulfurique, de la soude ou du lait de chaux. On peut également utiliser un adjuvant de floculation par exemple un polymère anionique de synthèse ou d'origine organique. L'eau ainsi dénitrifiée, reminéralisée, coagulée et floculée est ensuite clarifiée par un processus classique par exemple par décantation ou flottation. Le procédé selon la présente invention peut très facilement s'intégrer dans un processus de clarification déjà existant comprenant comme réacteur de clarification, un flottateur ou un décanteur à lit de boue. Le procédé selon la présente invention permet de réaliser des économies importantes en réactifs de reminéralisation. Ainsi, sur la base d'une diminution de 70 ppm des nitrates et sur une station de 500m3 /h, I'économie réalisée par l'invention, par rapport aux quantités de C02 injectées dans la mise en oeuvre des procédés classiques de reminéralisation de l'eau, est de 250 tonnes par an, ce qui représente dans les conditions économiques actuelles, une économie de 450 000 à 500 000 Francs par an. II demeure bien entenu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre décrits et mentionnés ci-dessus mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'élimination des composés azotés, notamment des nitrates, et de reminéralisation d'eaux faiblement minéralisées caractérisé en ce que l'on réalise simultanément par traitement biologique, dans un même réacteur, I'élimination des composés azotés et la reminéralisation au moins partielle de l'eau brute, I'eau dénitrifiée et reminéralisée étant ensuite soumise à des traitements de coagulation, floculation et clarification. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'eau à traiter, faiblement minéralisée, est mise au contact d'une flore bactérienne hétérotrophe pour l'élimination des composés azotés, la réaction biologique hétérotrophe de dénitrification libérant du gaz carbonique qui est utilisé directement pour assurer la reminéralisation biologique, au moins partielle, de l'eau avant d'effectuer la clarification. 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce la reminéralisation biologique est effectuée dans la même zone de réaction que l'élimination biologique des composés azotés. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce la zone de réaction biologique est remplie d'un matériau granulaire permettant la fixation des bactéries hétérotrophes à sa surface et l'eau à traiter est introduite à la base de ladite zone afin d'assurer l'évacuation de tout ou partie des flocs générés par la réaction biologique en présence des matières en suspension et colloïdes de l'eau à traiter. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 3 caractérisé en ce la zone de réaction biologique est vide et l'eau à traiter est introduite à la base de ladite zone afin de permettre, à partir d'un support générateur de flocs, de constituer un lit de boue composé de flocs denses fluidisés par le flux ascendant de l'eau en cours de traitement. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce le temps de contact de l'eau à traiter dans la zone de réaction biologique est fonction de la température du milieu et il est choisi de manière à assurer la réaction de métabolisation des composés azotés et la reminéralisation biologique de l'eau brute. 7 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce les additifs ajoutés à l'eau à traiter, en vue de la croissance et de l'activité des bactéries sont choisis parmi les sources de carbone assimilables par les bactéries, notamment I'éthanol, L'acide acétique, des réactifs phosphatés tels que notamment l'acide phosphorique. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce, après le traitement de dénitrification et de reminéralisation, I'eau est additionnée des réactifs nécessaires à la coagulation-floculation, notamment un coagulant tel que du chlorure ferrique, du sulfate d'aluminium et éventuellement en outre, d'un réactif acide ou alcalin pour corriger le pH de coagulation, ce réactif pouvant être du C02, de l'acide sulfurique, de la soude ou du lait de chaux. 9 - Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'on ajoute un adjuvant de coagulation tel qu'un polymère anionique de synthèse ou d'origine organique.