Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

1 MINISTERE DE L’AGRICULTURE, DE L’ALIMENTATION, DE LA PECHE ET DES AFFAIRES RU

1 MINISTERE DE L’AGRICULTURE, DE L’ALIMENTATION, DE LA PECHE ET DES AFFAIRES RURALES Direction de l’Espace Rural et de la Forêt DOCUMENT TECHNIQUE FNDAE HORS SERIE N°4 FONDS NATIONAL POUR LE DEVELOPPEMENT DES ADDUCTIONS D’EAU Office International de l’Eau SNIDE Rédigé par MARIE-ODILE RATEL Mis à jour par CELINE DEBRIEU ELIMINATION DES NITRATES DES EAUX POTABLES 2 SOMMAIRE SOMMAIRE 1 INTRODUCTION 3 GENERALITES SUR LES NITRATES........................................................................................... 5 1.1. Cycle de l’azote................................................................................................................. 5 1.2. Nitrates et risques sanitaires.............................................................................................. 5 1.2.1. Métabolisme des nitrates chez l’homme ..................................................................... 6 1.2.2. Nitrosamines-nitrosamides......................................................................................... 8 1.3. Origine des nitrates dans les eaux..................................................................................... 8 1.4. Réglementation............................................................................................................... 11 1.4.1. Teneurs limites........................................................................................................ 11 1.4.2. Attitude à suivre selon la teneur en nitrates dans l’eau distribuée............................. 11 1.4.3. Procédés de traitement agréés................................................................................ 12 1.4.4. Les textes de référence ........................................................................................... 13 1.5. Teneur en nitrates des eaux destinées à la consommation humaine en France ............... 13 1.6. Actions préventives et curatives....................................................................................... 15 1.6.1. Mesures préventives................................................................................................ 15 1.6.2. Mesures curatives ................................................................................................... 15 1.6.3. Mesures palliatives .................................................................................................. 17 2. TRAITEMENTS BIOLOGIQUES.............................................................................................. 18 2.1. Dénitrification hétérotrophe.............................................................................................. 18 2.1.1. Principe ................................................................................................................... 18 2.1.2. Description des filières en fonctionnement en France............................................... 19 2.1.2.1. Filière type de dénitrification............................................................................. 19 2.1.2.2. Schémas des filières........................................................................................ 20 2.1.2.2.1. Filière de traitement du procédé ............................................................... 20 2.1.2.2.2. Filière de traitement du procédé Biodénit (OTV) ....................................... 20 2.1.2.2.3. Filière de traitement du procédé Nitraflux (SAUR)..................................... 21 2.1.2.3. Réacteurs de dénitrification.............................................................................. 22 2.1.2.3.1. Bactéries et matériau support................................................................... 22 2.1.2.3.2. Substrat et réactifs complémentaires........................................................ 24 2.1.2.3.3. Technologie des réacteurs....................................................................... 25 2.1.2.4. Post-traitement d’affinage avant distribution..................................................... 25 2.1.2.5. Eaux de lavage................................................................................................ 26 2.1.3. Autres procédés : en cours d’études ou en fonctionnement à l’étranger ................... 27 2.1.3.1. Procédé SOGEA.............................................................................................. 27 2.1.3.2. Procédés à lit fluidisé....................................................................................... 28 2.1.3.3. Dénitrification in « situ »................................................................................... 31 2.1.3.3.1. Procédé BRGM/SAFEGE......................................................................... 31 2.1.3.3.2. Procédé BURGEAP ................................................................................. 32 2.1.3.3.3. Autre procédé de dénitrification "in situ".................................................... 32 2.2. Dénitrification autotrophe ................................................................................................. 34 2.2.1. Dénitrification à l’hydrogène..................................................................................... 34 2.2.1.1. Principe ........................................................................................................... 34 2.2.1.2. Expériences..................................................................................................... 34 2.2.2. Dénitrification sur support soufré.............................................................................. 35 2.2.2.1. Principe ........................................................................................................... 35 2.2.2.2. Expériences..................................................................................................... 36 2.2.3. Dénitrification par le fer métallique ........................................................................... 36 2.2.3.1. Principe ........................................................................................................... 36 3. Traitements physico-chimiques................................................................................................ 38 3.1. Echange d’ions................................................................................................................ 38 3.1.1. Principe de l'échange d'ions..................................................................................... 38 3.1.2. Description des filières en cycle chlorure, en fonctionnement en France .................. 39 3.1.2.1. Filières types ................................................................................................... 39 3 3.1.2.2. Réacteurs en cycle chlorure............................................................................. 40 3.1.2.2.1. Eaux et Résines....................................................................................... 41 3.1.2.2.2. Technologie des réacteurs....................................................................... 43 3.1.2.3. Evacuation des éluats...................................................................................... 46 3.1.2.4. Qualité de l’au traitée sur résine....................................................................... 48 3.1.3. Description des filières en cycle bicarbonate (CARIX).............................................. 51 3.2. Procèdes membranaires.................................................................................................. 52 3.2.1. Osmose inverse....................................................................................................... 52 3.2.2. Electrodialyse.......................................................................................................... 53 4. COMPARAISON TECHNIQUE ET ECONOMIQUE.................................................................. 55 4.1. Stations existantes .......................................................................................................... 56 4.2. Comparaison technique des différents traitements........................................................... 57 4.3. Aspect économique ......................................................................................................... 57 5. ETUDES DE CAS.................................................................................................................... 64 5.1. CAS DE CHARNY ........................................................................................................... 64 5.1.1. CONTEXTE ............................................................................................................. 64 5.1.2. DESCRIPTION DE L’USINE .................................................................................... 64 5.1.3. RETOUR D’EXPERIENCES .................................................................................... 65 5.2. CAS DE HEILTZ L’EVEQUE............................................................................................ 66 5.2.1. CONTEXTE ............................................................................................................. 66 5.2.2. DESCRIPTION........................................................................................................ 66 5.2.3. RETOUR D’EXPERIENCE....................................................................................... 67 CONCLUSION 68 BIBLIOGRAPHIE 69 e 4 INTRODUCTION La teneur en nitrates des eaux est en augmentation continuelle ces dernières années. Des mesures préventives de lutte contre la pollution azotée sont mises en place, en particulier en matière de pollution diffuse agricole. Toutefois, la limitation des apports en surface n'aura un effet sur les teneurs dans les nappes qu'avec un retard correspondant au temps de transfert des nitrates, or celui-ci est souvent long. Des solutions curatives doivent donc être proposées aux populations concernées. En 1995, 1 400 000 habitants recevaient une eau à concentration moyenne supérieure à 50 mg/l, teneur maximale autorisée. Parmi les unités de distribution concernées, certaines ont opté pour le traitement des nitrates. Il existait une quarantaine d’usines d'élimination des nitrates en France. L'élimination des nitrates peut être réalisée soit par traitements biologiques : dénitrification hétérotrophe ou autotrophe, soit par traitements physico-chimiques : échanges d'ions, procédés membranaires. Cette étude est une synthèse bibliographique de ces différents moyens de traitement. Elle fait suite à une étude réalisée par l’OIEau en 1992 et permet de la compléter sur le plan législatif, réglementaire, technologique et économique. Un aperçu général sur les nitrates en rappellera l'origine, les risques sanitaires, la législation, les teneurs des eaux potables et les divers remèdes. Les différents procédés de traitement seront ensuite abordés, en insistant sur ceux actuellement utilisés en France à l'échelle industrielle : la dénitrification hétérotrophe et l'échange d'ions. Une comparaison des techniques et de leur coût sera donnée. Enfin, cette mise à jour propose des études de cas, permettant de mesurer le retour d’expériences de ces dernières années d’utilisation des différents procédés de traitement des nitrates. 5 Source : Mariotti, 1980 6 1. GENERALITES SUR LES NITRATES 1.1. Cycle de l’azote L'azote est un élément chimique très répandu dans la nature. Il constitue 78 % de l'atmosphère. C'est un élément essentiel de la matière vivante. Il est indispensable à la vie de l'homme. Dans l'eau, l'azote se trouve en solution sous forme combinée : nitrates (NO3 -), nitrites (NO2 -), azote ammoniacal (NH3, NH4 +), azote organique. Les principales étapes du cycle de l'azote sont la fixation, l'assimilation, l'ammonification, la nitrification et la dénitrification (figure 1). La fixation correspond au passage de l'azote atmosphérique (N2) en azote combiné sous l'action de certains organismes. L'assimilation est la transformation de matière azotée minérale ou organique inerte en matière vivante. L'ammonification est la libération d'ammoniac à partir de matières azotées organiques. La nitrification est l'oxydation de l'azote ammoniacal en nitrate par l'intermédiaire de bactéries nitrifiantes. La dénitrification est la réduction des nitrates en azote gazeux par l'intermédiaire de bactéries dénitrifiantes. Les nitrates présentent certaines caractéristiques qui permettent de mieux comprendre révolution des teneurs dans es nappes qui sont observées ces dernières années : Les nitrates sont très stables et très solubles dans l'eau. La pénétration dans les sols est lente. La vitesse de migration serait environ de 1 m par an. La teneur en nitrate dans les nappes est donc influencée par les variations des apports avec un retard correspondant au temps de transfert. 1.2. 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. 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'alimentation et la boisson sont les principales sources de nitrates et nitrites pour l'homme. Les légumes (carottes, épinards, betteraves, radis, courgettes, pommes de terre, ...), les aliments carnés, les charcuteries présentent des concentrations importantes en nitrates. En fait, l’eau du robinet entre 7 pour 20 % des apports journaliers, sauf chez l’enfant où elle peut représenter jusqu’à la moitié de la dose ingérée. Lorsque la teneur en N03 de l'eau atteint 25 mg/l, la part de l'eau dans l'apport global peut devenir prépondérante. Cet apport est encore plus significatif pour le nourrisson en raison de la quantité d'eau ingérée par rapport au poids. L'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 à 50 mg de nitrates par litre dans les adductions d'eau potable a été précisée en fonction des recommandations suivantes : le seuil d'ingestion de nitrates par l'homme est fixé à 3,65 mg/kg de poids corporel (dose journalière admissible), soit un seuil de 250 mg/jour pour un poids moyen de 70 kg la quantité moyenne de nitrates ingérée est évaluée dans une alimentation de type occidental à 175 mg/jour on estime la consommation quotidienne moyenne en eau à 1,5 litres, ce qui permet alors de préciser la norme suivante : ¶ 75 mg de nitrates pour 1,5 litres d'eau soit 50 mg/l. 1.2.1. Métabolisme des nitrates chez l’homme Les nitrates ingérés sont soit excrétés par l'organisme, soit transformés en nitrites (dans l'estomac ou dans la salive), soit absorbés (figure 2). Les nitrites peuvent alors entraîner la formation de méthémoglobine ou de composés N-nitrosés. 8 Figure 2 : Devenir des nitrates, nitrites et composés N-nitroso dans l'organisme (source : Ratel, 1992) 1.2.2 – Méthémoglobimie 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 : contrairement à l'adulte, leur estomac faiblement acide contient une flore bactérienne capable de transformer les nitrates en nitrites, ils présentent une déficience en enzyme transformant la méthémoglobine en hémoglobine, 9 l'hémoglobine fœtale se transforme assez facilement en méthémoglobine, ils boivent, relativement à leur poids, plus d'eau que les adultes. Des conditions de prédisposition à la méthémoglobinémie ou cyanose du nourrisson semblent exister pour les nourrissons dont la mère a consommé régulièrement des eaux à fortes teneurs en nitrates. Il semble que, dans leur uploads/Sante/ elimination-des-nitrates-des-eaux-potables.pdf