Eliminations Des Nitrates

Eliminations des Nitrates

I- Introduction

Pour éliminer les nitrates, différents procédés existent : les procédés physico-chimiques : échange d'ions, osmose inverse, électrodialyse et les procédés biologiques, mais aucun n'est réellement satisfaisant en terme d'efficacité, de faisabilité ou de coût. Les méthodes physico-chimiques présentent l'inconvénient de déplacer la pollution. L'échange d'ions par exemple introduit des chlorures dans l'eau et nécessite une phase de régénération source de rejets salins concentrés. Quant à l'électrodialyse, elle n'introduit pas d'autres ions dans l'eau mais produit un concentrât de nitrates qui doit être traité. Seule la voie biologique présente l'avantage de détruire le polluant en le transformant en azote gazeux mais sa mise en œuvre est délicate au sein d'une station d'eau potable. En France, par exemple seuls les 2 procédés de dénitrification biologique hétérotrophe et d'échange d'ions sont utilisés à l'échelle industrielle.

Nitrates et risques sanitaires

Les nitrates ne sont pas toxiques en eux-mêmes. C'est leur transformation en nitrites et composés nitrosés (nitrosamines et nitrosamides) qui peut provoquer des troubles caractéristiques.

Les nitrites résultant de la réduction des nitrates oxydent les ions ferreux de l'hémoglobine en ions ferriques. L'hémoglobine se transforme alors en méthémoglobine, incapable de céder l'oxygène aux tissus. Au-delà d'un certain taux de méthémoglobine, différents symptômes apparaissent d'une cyanose légère à des troubles de conscience pouvant évoluer vers la mort par anoxie cellulaire. Les nourrissons sont plus sensibles au dépassement en nitrate que les adultes.

Un rapport de l'OMS de 1985 et de 1993 fait le point sur les risques sanitaires liés aux nitrates dans l'eau de boisson.

L’organisation mondiale de la santé (OMS) a fixé la Dose de nitrates Journalière Admissible en fonction des risques mesurés ou supposés, DJA = 3,65 mg/kg de poids corporel. La limite maximale autorisée dans les eaux de boisson est 50 mg de nitrates par litre

Origine des nitrates dans les eaux

Les nitrates existent dans les eaux à l'état naturel en absence de pollution. Leur concentration, n'excède en général pas 3 mg/l à 5 mg/l dans les eaux superficielles et quelques mg/l dans les eaux souterraines.

Les teneurs en nitrates sont en augmentation ces dernières années. La progression dans les eaux souterraines est couramment de 0,5 à 1 mg/l/an et peut atteindre 2 mg voire plus. Une situation voisine se rencontre dans les eaux superficielles.

L'augmentation des teneurs des composés azotés traduit une pollution de la ressource liée aux activités humaines et en particulier aux activités de surfaces

II- Procèdes d’élimination des nitrates

A. Traitements physico-chimiques (Dénitratation)

A.1.Technologies à Membranes.

A.1.1. procédés à gradient de pression :

A.1.1.1 Nanofiltration

Traitement physico-chimique utilisant une pression se situant entre celle de l’ultrafiltration et de l’osmose inverse. La nano filtration est utilisée en général pour le traitement des eaux saumâtres et colorées. Ce sont des membranes travaillant à basse pression (5 à 12 bar) qui permettent à un coût raisonnable un dessalement et un adoucissement partiel avec une bonne réduction de la couleur et des matières organiques dissoutes. Elle permet d’éliminer les composés organiques (enlève 80 % du COT), sels dissous bivalents (Nitrates).

a. Principe du procédé

Les nanofiltres sont mis en oeuvre selon le principe de la filtration tangentielle avec un transfert de matière à travers la membrane dû à un gradient de pression pouvant varier de 10 à 40 bars. La couche active de ces nanofiltres est constituée d'un matériau organique ou inorganique présentant une structure microporeuse avec des diamètres de pores de l'ordre du nanomètre.

Mis au point initialement pour la séparation en milieu liquide les nanofiltres sont maintenant considérés comme offrant des possibilités d'application intéressantes dans la séparation des gaz, les réacteurs catalytiques à membranes ou la pervaporation.

Structure d'une membrane organique composite

b. Ies installations de nanofiltration

Les modules actuellement proposés sont de type tubulaire ou spiral.

Le choix de la géométrie du module dans le cas d'une utilisation précise se fera en fonction du liquide à traiter. Par exemple, dans le cas d'un fluide contenant des matières en suspension, les modules spirales nécessitent un prétraitement important du fluide mettant en oeuvre des installations souvent aussi importantes que le procédé membranaire lui-même.

Par contre ces modules sont beaucoup plus compacts et demandent une énergie de pompage du fluide plus faible comparée à celle nécessaire pour des modules tubulaires.

Les recherches actuelles sur les nanofiltres en céramique devraient conduire à un ensemble de membranes ayant chacune un comportement spécifique en fonction de la nature des milieux traités.

Dans le cas de nanofiltration la membrane mise en jeu est imparfaite car une membrane parfaite assure un dessalement total, Ces nouvelles membranes permettent d'obtenir, à des coûts énergétiques plus faibles, une eau de bonne qualité. Le coût énergétique de la séparation est de 0,5 à 2kwh/m3 en nanofiltration, ce qui représente cinq fois moins qu'en osmose inverse

La nanofitration retient les sels bivalents ( sulfates, calcium, magnésium,…) et laisse passer les sels monovalents ( chlorure, sodium, nitrate….) que l’osmose inverse retient.

Cette technique, bien que développée pour l’élimination des ions bivalents et dans le domaine de l’industrie alimentaire elle reste limitée pour la dénitratation des eaux.

Installation de nanofiltration avec plus de 3000 m2 de surface

...