3. élimination de l'azote

3. élimination de l'azote

L'élimination de l'azote par voie biologique requiert des bactéries aux types trophiques très différents, les différentes formes de l'azote servant tour à tour de source d'azote, de source d'énergie et d'accepteur final d'électrons et de protons. Le processus peut être schématisé ainsi :

minéralisation de l'azote inorganique : ammonification

Cette réaction, réalisée par des germes hétérotrophes, ne permet pas de fournir un abattement en azote de Kjeldahl important mais simplement de fournir une source d'azote minéral pour que les bactéries puissent minéraliser et assimiler la pollution carbonée (cf réaction de minéralisation de la DBO5 ). L'azote minéral est transféré de la phase liquide vers la phase solide (biomasse) par assimilation et sera éliminée en fin de filière.

Les stations d'épuration soumises à des contraintes sévères en terme de rejets azotés (zones sensibles à l'eutrophisation) doivent compléter ce traitement par un traitement qui permettra de transformer l'ammonium en diazote : réactions de nitrification - dénitrification.

oxydation de l'ammonium : nitrification

Cette réaction globale, liée aux synthèses cellulaires, rend compte de l'action de deux groupes de germes chimiolithoautotrophes sur l'ammonium : les germes nitrifiants. Ces germes , dont l'un est nitritant (Nitrosomonas) et l'autre nitratant (Nitrobacter) , sont aérobies strictes et tirent leur énergie de l'oxydation de l'ammonium. 
Cette réaction n'est possible en station d'épuration que si la DBO5 est suffisamment minéralisée et si les conditions d'oxygénation suffisantes :
- la quantité de CO2 (source de carbone) issue de la minéralisation de la DBO5 doit être suffisante pour permettre le développement des autotrophes nitrifiants.
- la quantité de DBO(source de carbone et d'énergie des hétérotrophes) doit être suffisamment faible pour que les nitrifiants ne soient pas en compétition avec les germes hétérotrophes pour l' ammonium (source d'azote et d'énergie) . Le temps de génération des hétérotrophes étant de 30 minutes à 1 heure, contre 24 heures pour les nitrifiants, ceux-ci peuvent représenter l'espèce dominante et séquestrer l'ammonium et l'oxygène aux dépens des nitrifiants.
- teneur en oxygène libre supérieure ou égale à 2 mg/L.

réduction des nitrates : dénitrification dissimilatrice

Cette réaction, liée aux synthèses cellulaires, est catalysée par des bactéries chimioorganotrophes aérobies strictes pratiquant la respiration anaérobie. Les nitrates, issus de la nitrification, servent d'accepteurs finaux d'électrons et de protons dans le processus de respiration. A l'inverse de la précédente, cette réaction n'est possible que dans les conditions suivantes :
- la teneur en DBOdoit être suffisante pour permettre le développement des hétérotrophes dénitrifiants.
- on doit être dans des conditions d'anoxie, c'est à dire présence d'oxygène lié (NO3-) et absence d'oxygène libre (O2) afin de favoriser la respiration sur nitrates.

L'anoxie est mesurée par le potentiel redox du milieu et correspond à une valeur moyenne de EH= +150 mV. 
Remarque : pour l'aérobiose, hormis la mesure de l'oxygène dissous, elle correspond à une mesure de potentiel redox de l'ordre de EH2 = +350 mV.
On arrive dans des conditions d'anaérobiose (absence d'oxygène libre et d'oxygène lié) lorsque EH2 = 0 mV.


Cette élimination conjointe de l'azote est très difficile à mettre en œuvre dans une filière classique et nécessite la conception de deux bassins séparés dans lesquels sont générées les conditions optimales de chacun :

Le bassin d'anoxie doit être plus petit que le bassin d'aération, cette différence de taille permettant de générer, dans le bassin d'anoxie, les conditions idéales de développement des hétérotrophes et dans le bassin d'aération les conditions idéales de développement des autotrophes. Les germes dénitrifiants génèrent, par la respiration nitrate, le CO2 nécessaire aux nitrifiants, et ont besoin d'un apport suffisant en carbone organique, d'où le positionnement de la zone d'anoxie en tête de filière.