L'eau doit contenir de l'azote, car ce nutriment est essentiel pour les algues et les plantes aquatiques. Il favorise en effet la croissance de ces organismes à la base de la chaîne alimentaire. Cependant, un excès d'azote peut engendrer de graves déséquilibres environnementaux, tels que l'eutrophisation, marquée par la prolifération excessive d'algues et la diminution de l'oxygène dans l'eau. Ce processus est connu sous le nom d'eutrophisation. L'excès d'azote, qui provient souvent du ruissellement agricole, des rejets industriels et des effluents d'eaux usées, peut également représenter un risque sanitaire, notamment pour les nourrissons, et révéler une contamination par des engrais ou des déchets industriels.
Méthodes d'élimination de l'azote
L'azote est généralement présent dans les eaux usées sous quatre formes, soit l'ammonium (NH4-N), l'ammoniac (NH₃), le nitrite (NO₂⁻) et le nitrate (NO₃⁻). Chaque forme requiert une approche adaptée pour garantir un traitement optimal.
Procédé traditionnel de traitement par boues activées
Le procédé traditionnel de traitement par boues activées est l'une des méthodes d'élimination de l'azote les plus courantes. Les eaux usées sont aérées dans des réservoirs, ce qui favorise la croissance des micro-organismes qui décomposent les composés azotés. Les bactéries nitrifiantes oxydent l'ammoniac en nitrite, puis en nitrate. Bien que cette méthode soit efficace pour éliminer l'ammoniac, le nitrate doit subir un traitement supplémentaire, généralement par dénitrification, pour éliminer complètement l'azote. Ce procédé consomme beaucoup d'énergie en raison de l'aération et du pompage constants requis.
Nitrificatiom et dénitrification
La méthode par nitrification et dénitrification est un procédé biologique particulièrement efficace pour réduire la quantité d'azote présente dans les eaux usées. Les bactéries nitrifiantes oxydent d'abord l'ammoniac en nitrate dans un environnement riche en oxygène. Les bactéries dénitrifiantes convertissent ensuite le nitrate en azote gazeux (N₂) dans un environnement anaérobie, en utilisant une source de carbone externe. Bien que performante, cette méthode demande une gestion rigoureuse des niveaux d'oxygène et une disponibilité suffisante en carbone externe.
Défis liés au contrôle des niveaux d'azote
Le contrôle de l'azote dans le traitement des eaux usées est complexe, et les installations sont confrontées à de nombreux défis, notamment :
- Sensibilité des micro-organismes
Les micro-organismes qui assurent l'élimination de l'azote dans des processus tels que la nitrification et la dénitrification sont sensibles à leur environnement. En effet, leur efficacité peut être affectée par des changements dans les conditions environnementales, telles que le pH, la température ou l'exposition à des substances toxiques.
- Source de carbone externe
Un autre défi majeur est la nécessité d'une source de carbone externe pour soutenir la dénitrification. Cela ajoute à la fois de la complexité et du coût au processus de traitement. Un traitement incomplet peut conduire à l'accumulation de nitrates, ce qui nécessite d'autres étapes de traitement. En outre, les processus de nitrification sont très énergivores et augmentent donc considérablement les coûts d'exploitation.
- Variabilité de la composition des eaux usées
La composition des eaux usées peut fluctuer considérablement, compliquant encore davantage les efforts d'élimination de l'azote. Les différences dans les niveaux d'ammonium ou dans le rapport carbone/azote peuvent rendre difficile le maintien de conditions de traitement optimales. Cette réalité représente un défi majeur, surtout dans les grandes installations, car elle complique la stabilisation des processus et nécessite une adaptation constante.
Solutions novatrices de contrôle de l'azote
Les solutions BlueEdge™ de Badger Meter répondent à ces défis grâce à une surveillance en temps réel et une analyse approfondie des niveaux d'azote et de la qualité de l'eau. Ces technologies suivent les processus de nitrification et de dénitrification, dotant les installations de traitement de données en temps réel qui leur permettent d'effectuer des opérations d'entretien plus rapidement et plus proactivement, en plus d'intervenir immédiatement en cas de problème. Ces données avancées permettent non seulement de protéger les milieux aquatiques, mais aussi de garantir la sécurité de l'approvisionnement en eau potable et de promouvoir la santé publique.
L'exemple de la station d'épuration des eaux usées de Jianshan, en Chine, illustre bien ces avantages. Pour répondre aux normes de rejet du « 12ᵉ plan quinquennal », la station a mis en œuvre un processus d'élimination de l'azote à l'aide d'outils de surveillance en ligne BlueEdge, comprenant notamment le nitro::lyser V3 et l'ammo::lyser Pro, qui ont été installés dans quatre réservoirs du réacteur biologique séquentiel (RBS). Cette amélioration a permis un contrôle précis de la nitrification et de la dénitrification, ce qui a entraîné une réduction des coûts d'aération et de carbone. En conséquence, l'usine a réduit la demande chimique en oxygène et les émissions de NH4-N de moitié, ce qui a permis de diminuer considérablement les niveaux d'azote total dans les effluents et d'améliorer la qualité de l'eau du fleuve Qiantang.
Conclusion
La gestion des niveaux d'azote dans les eaux usées est essentielle pour protéger les écosystèmes et la santé publique. Heureusement, BlueEdge™ fournit des informations en temps réel et des solutions proactives pour relever des défis tels que la sensibilité aux micro-organismes et la variabilité des eaux usées. Les réussites observées dans divers sites mettent en lumière l'efficacité de ces technologies pour améliorer la qualité de l'eau et l'efficacité opérationnelle, contribuant ainsi à la création d'un environnement plus sain pour tous.
