Le cycle de l’azote est un sujet largement débattu, mais pourquoi nous inquiétons-nous de sa pollution ? L’azote est incroyablement répandu dans notre monde. Savoir pourquoi la pollution à l’azote est un problème, ainsi que comment gérer les nitrates et la pollution à l’azote qui s’accumulent avec le traitement des eaux usées, est la seule façon de progresser vers un véritable changement environnemental.
L’origine de la pollution à l’azote
Une fois que les humains ont commencé à vivre dans les villes, ils ont développé un problème de déchets. La plupart des villes ont été construites sur des rivières, des baies ou des lacs, car il était plus facile de déverser les déchets dans l’eau et de les laisser s’évacuer. Finalement, nous avons même commencé à utiliser l’eau pour les évacuer activement. C’est bien si vous vivez en amont d’une autre ville, mais si vous êtes en aval, vous avez un problème.
Cette pratique a conduit au développement des égouts et à d’autres innovations dans le traitement des eaux usées pour les rendre moins nocives. Les déchets non traités qui sont déversés dans les rivières sont exposés aux bactéries naturelles qui utilisent l’oxygène ambiant pour digérer les matières, mais si vous avez trop de déchets, trop d’oxygène est consommé et il ne reste rien pour les poissons, détruisant ainsi l’écosystème de la rivière. C’est alors que l’humanité a découvert que si nous aérions les déchets avant de les déverser dans les rivières, la majeure partie de l’oxydation nécessaire se produisait à l’avance et n’utilisait pas tout l’oxygène nécessaire aux créatures vivantes des plans d’eau.
C’est alors que nous avons découvert qu’un autre composant des déchets, l’ammoniac qui provient de la décomposition des protéines et de l’urée, était toxique pour les poissons. Ce problème pourrait être résolu simplement en améliorant l’oxydation dans la station d’épuration des eaux usées.
Types de bactéries trouvées dans la nature
Il existe deux types de bactéries dans la nature : hétérotrophes et autotrophes. Ces bactéries se nourrissent de différents composés et sont toutes deux vitales pour l’écosystème.
Bactéries hétérotrophes
Hétérotrophes signifie que ces types de bactéries mangent d’autres organismes ou des produits d’organismes – en termes simples, elles mangent du carbone organique. Un carbone est « organique » lorsqu’il est lié à de l’hydrogène. Ainsi, un hétérotrophe consomme des hydrocarbures et fait deux choses avec lui. Il utilise le carbone pour la « biosynthèse », c’est-à-dire pour construire des protéines et d’autres molécules structurelles importantes, mais il « brûle » également le carbone en l’oxydant pour obtenir de la chaleur et de l’énergie. C’est ce qu’on appelle la respiration. Le produit final de la respiration est le dioxyde de carbone. Comme il n’y a plus d’hydrogène attaché au carbone, il est désormais considéré comme « inorganique ».
Bactéries autotrophes
Les bactéries autotrophes sont incroyablement uniques dans la nature. D’une certaine manière, ces organismes n’ont besoin d’aucun autre être vivant et ils mangent essentiellement des minéraux. Il existe deux espèces dans ce groupe qui nous intéressent le plus : Nitrosomonas et Nitrobacter. La première, Nitrosomonas, tire son énergie de l’ammoniac. L’ammoniac est du NH3 et ces bactéries obtiennent de l’énergie en utilisant l’oxygène pour oxyder le NH3 en NO2 (nitrite). C’est exactement comme la façon dont nous oxydons les composés CH en CO2, mais les autotrophes ont également besoin de carbone pour construire leurs propres corps à base de protéines. Ils obtiennent ce carbone du CO2 que nous, les hétérotrophes, produisons. Cependant, ces réactions ne produisent pas autant d’énergie que la consommation de composés organiques, de sorte que les autotrophes se développent très lentement.
Une fois que les Nitrosomonas ont produit du NO2, ils ont un problème. Le NO2 est toxique pour eux, donc lorsqu’il s’accumule comme déchet, ils commencent à arrêter de croître. Ils reçoivent ensuite l’aide de la deuxième bactérie, Nitrobacter. Celles-ci utilisent le NO2 comme source d’énergie en l’oxydant en NO3 (nitrate). En fait, elles s’associent littéralement pour que le NO2 soit presque instantanément oxydé en NO3. Vous ne trouverez presque jamais de NO2 dans la plupart des stations d’épuration, car une fois cette combinaison établie dans un bassin d’aération, la conversion de l’ammoniac en nitrate est rapide et complète.
Les effets de l’accumulation et de la pollution des nitrates
Le nitrate n’est pas directement toxique pour la vie marine comme l’ammoniac, il faut donc le convertir. Cependant, le nitrate a des effets plus subtils qui peuvent avoir un impact négatif sur l’environnement. L’eau potable contenant des niveaux élevés de nitrate peut interférer avec l’échange d’oxygène chez l’homme, en particulier chez les nouveau-nés. En fait, les niveaux de nitrate sont si élevés dans les puits des fermes laitières de la vallée centrale de Californie qu’ils font avorter les vaches. Le nitrate dans les plans d’eau provoque également de graves proliférations d’algues. Le nitrate est un composé très stable et il migre dans le sol, nous devons donc l’éliminer des eaux usées d’une manière ou d’une autre.
Faire face à la pollution par les nitrates
Les ingénieurs en eaux usées ont découvert qu’il existait un moyen d’éliminer le nitrate des eaux usées. Un autre groupe de bactéries, appelé bactéries facultatives, peut utiliser l’oxygène du nitrate au lieu de l’obtenir de l’air. Comme le nitrate est très stable et que la réaction ne produit pas beaucoup d’oxygène pour eux, les bactéries facultatives n’utiliseront l’oxygène du nitrate que s’il n’existe aucune autre source. On a ensuite découvert que si vous laissez les eaux usées devenir anaérobies après la formation du nitrate, ces bactéries « mangeraient » l’oxygène présent dans le composé itéré. Dans ce processus, les bactéries facultatives reconvertissent le nitrate en azote gazeux qui retourne en toute sécurité dans l’atmosphère. Une façon d’effectuer ce processus avec des systèmes sur site est de renvoyer les déchets traités dans une fosse septique, mais cela signifie que vous devez les traiter deux fois et cela peut devenir compliqué.
Comment SludgeHammer traite la pollution par les nitrates
Lorsque nous avons créé le SludgeHammer, nous avons utilisé notre mélange de bactéries SludgeHammer pour des raisons autres que la dénitrification. Après un certain temps, je me suis intrigué de l’azote dans nos systèmes et j’ai décidé de vérifier. Il s’est avéré que nous pouvions l’amener à des niveaux très bas à l’intérieur de la fosse septique. Au début, je ne comprenais pas ce qui se passait puisque nos systèmes ont toujours des concentrations élevées d’oxygène. Cela ne correspondait pas au modèle standard.
Quand j’ai étudié la question, j’ai découvert que la façon dont une bactérie facultative traite le nitrate est spéciale.Elle doit l’absorber à travers la membrane pour le faire entrer dans la cellule, ce qui consomme de l’énergie.Ensuite, elle obtient un ion oxygène en reconvertissant le NO3 en NO2.Mais elle doit ensuite excréter le NO2 car il est toxique.Cela coûte également de l’énergie.Donc, si elle n’obtient qu’un seul ion oxygène et que cela coûte de l’énergie, la bactérie n’utilisera pas de nitrate si elle peut obtenir du gaz O2.Cela n’en vaut pas la peine.
Mais le nitrite (NO2) que les bactéries du mélange SludgeHammer excrètent sort de la cellule, et il y a des enzymes dans la paroi cellulaire qui peuvent éliminer l’oxygène dans une réaction en chaîne qui va NO2 > NO > N2O > N2.Au cours de cette réaction, la cellule reçoit deux ions oxygène, tout comme elle le ferait avec O2, mais elle n’a pas besoin de rompre la double liaison de O2, il est donc plus facile pour les bactéries facultatives d’utiliser NO2 pour l’oxygène.
SludgeHammer est la première entreprise à utiliser des bactéries facultatives dans des systèmes de traitement aérobie, et nous avons découvert que si nous avions une grande population d’entre elles dans le même réservoir où Nitrosomonas oxyde le NH3 en NO2, nos bactéries convertiraient immédiatement la molécule en gaz N2 pour obtenir l’oxygène facile. Les Nitrobacter, qui convertiraient normalement le NO2 en NO3, ont été surclassés car ils se sont développés plus lentement que nos bactéries. L’azote dans nos réservoirs se volatilise littéralement. Nous avons le seul système capable de le faire, nous sommes donc impatients de faire passer le message.
Si vous souhaitez réduire la pollution azotée et contribuer à éliminer l’azote de nos eaux usées, contactez SludgeHammer ! Nos systèmes de traitement aérobie et de mélange SludgeHammer de pointe améliorent la qualité du traitement des eaux usées, ce qui signifie que les déchets traités dans un système SludgeHammer peuvent être redistribués en toute sécurité dans l’environnement. Contactez-nous pour toute question ou pour démarrer le processus d’installation de votre propre SludgeHammer et réduire votre pollution azotée !