Une eau usée contient en moyenne 250 mg de MES par litre. Après décantation, il reste 100 à 150 mg/l mais les eaux décantées présentent une baisse des potentiels redox contradictoire avec la nitrification qui nécessite un potentiel très largement positif.
Les eaux usées contiennent une forte quantité de matières organiques azotées représentées sous la forme d'ammonium NH4. L'élimination de cet ammonium passe par 2 phases : la nitrification et la dénitrification.
La nitrification est une oxydation microbienne en milieu alcalin par une microflore autotrophe aérobie stricte constituée d'un nombre restreint de genres bactériens et également par des hétérotrophes bactéries et champignons.
La nitrification est elle-même décomposable en 2 temps, nitrosation et nitratation, et aboutit à la transformation des composés organiques azotés en nitrates assimilables par les plantes.
Comme décrit ci-dessous, les formes nitreuses NO2 résultant de la nitrosation, sont favorables à une dénitrification plus rapide et moins exigeante en matière organique que les formes nitriques NO3 issues de la nitratation. Pour obtenir une bonne nitrification, il faut donc respecter certaines conditions :
Dans la première cuve, nous essayons de favoriser la production des nitrites plus que celle des nitrates par un substrat calcaire très aéré mais une vitesse de circulation de l'eau relativement élevée de l'ordre d'une semaine.
La dénitrification est une réduction de l'azote oxydé conduisant au diazote N2 inerte. Elle nécessite un milieu anaérobie réducteur et la présence de matière carbonée. La vitesse de la dénitrification est proportionnelle à la quantité de ces derniers, la réduction se produit par la fixation de l'oxygène des nitrites et nitrates sur le carbone.
La chimie de la dénitrification est délicate à maîtriser. Il reste encore des inconnues quand aux conditions précises présidant à la production de N2 à partir de NO2 et NO3. En milieu simplement anaérobie mais ne présentant pas les autres paramètres indispensables, la transformation s'accompagne d'émission de NH3 et d'hydrogène sulfuré, source d'odeur, et surtout d'une production de N2O dont l'effet de serre est 250 fois supérieur au CO2 et qui entre dans le processus de destruction de l'oxygène stratosphérique.
D'après les données actuelles, l'intensité de la dénitrification dépend :
Le N2O est produit par une dénitrification incomplète favorisée par un milieu dont le niveau d'humidité est inférieur à 60-70% de la capacité de rétention, par un pH acide inférieur à 6 et une quantité importante de nitrates supérieure à 100 mg par kg de sol.
La nitrification peut produire également du protoxyde d'azote selon la disponibilité en ammonium. Celui-ci est issu de la réduction du nitrate en milieu anaérobie strict très riche en matière organique facilement assimilable.
Dans la deuxième cuve, la production de N2O est inhibée par la faible quantité de nitrates issus de la cuve d'oxydation, par le substrat calcaire qui régule le pH et par la couche d'eau permanente sur au moins les 4/5 de la hauteur du substrat.
| 2 NH4 | → | 2 NH2OH | → | NO2 | → | NO3 | → | NO2 | → | NO | → | N2O | → | N2 |
| nitrosation | nitratation | dénitrification | ||||||||||||
| oxydation | réduction | |||||||||||||
