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Comment encore améliorer la filtration ?
Pour savoir comment améliorer la filtration, il faut d’abord comprendre comment cela fonctionne d’un point de vue biologique et biochimique et donc passer à une explication ‘chiantifique’. Aie, aie, aie !
La dégradation de la matière organique est divisée en différentes étapes.
A l'issue de chaque étape, les molécules organiques sont transformées.
Il faut ici distinguer certaines molécules organiques simples qui sont beaucoup plus facilement transformées que certaines molécules organiques plus complexes (tels les composés humiques qui sont assez récalcitrant à la dégradation bactérienne). De même, lors de la transformation, il faut savoir que les éléments azotés sont généralement utilisés plus rapidement que les substances carbonées.
Suivant le type de matière organique mis en jeu et le type de bactéries qui interviennent, des substances comme le phosphate, l'ammoniac ou le dioxyde de carbone sont libérés dans le milieu à différentes étapes du processus de décomposition. Le gaz carbonique et dans une certaine mesure, le phosphate, sont directement réutilisés par les cycles biologiques.
D'autres subissent d'ultimes transformations, comme l’ammoniac.
L'ammoniac est une substance toxique.
Toutefois, il faut savoir que dans des eaux neutres, comme c'est le cas dans la plupart des bassins, l'ammoniac se transforme en ion ammonium (NH3 + H+ -> NH4+) qui n'est pas considéré comme dangereux pour les animaux aquatiques.
La transformation de l’ammoniac ou ammonium ne peut pas avoir lieu sans l'action de plusieurs espèces de bactéries :
- des bactéries nitrifiantes (Nitrosomonas) transforment l'ammoniac en nitrite (N02-) élément extrêmement toxique. Cette opération nécessite une forte consommation d'oxygène: 4 NH3 + 7 02 -> 4 N02- + 6 H2O
- des bactéries nitratantes (Nitrobacter) transforment ensuite le nitrite en nitrate. Cette réaction s'accompagne aussi d'une consommation d'oxygène : 2 N02- + 02 -> 2 NO3
- des bactéries appartenant à d'autres genres interviennent aussi dans ces processus mais Nitrosomonas et Nitrobacter sont les genres principaux.
La production de nitrate à partir de la forme ammoniacale ou de la forme nitrite de l'azote dépend donc de l'activité bactérienne et de la présence d'oxygène. Cependant, le temps nécessaire à cette transformation dépend de la température, du pH et de la disponibilité en oxygène. Une brusque augmentation de la concentration en ammoniaque en même temps qu'un fort déficit en oxygène (ce dernier résultant de la consommation d'oxygène par les bactéries) peut conduire à de graves problèmes.
Une augmentation de la température accélère le processus mais, même à 30 °C et si le pH et la concentration en oxygène sont favorables, il faut environ 13 heures aux bactéries nitrifiantes pour transformer l'ammoniac en nitrite et 14 heures supplémentaires pour que l'action des bactéries nitratantes permette d'arriver au stade nitrate.
La vitesse de nitrification est aussi influencée par le pH.
Dans le cas d'une disponibilité en oxygène suffisante, une augmentation du pH, même très faible, accélère fortement la transformation de l'ammoniac en nitrate. Par exemple, elle est trois fois plus rapide à pH 7,8 qu'à pH 7,1. C'est l'inverse pour la réaction suivante. L'oxydation du nitrite en nitrate est plus rapide à un pH plus bas. Le maintien de conditions favorables à la vie aquatique dépend donc de l'intervention des bactéries dans le cycle de l'azote, mais le déroulement des processus biochimiques nécessite un certain temps. Le pH optimal pour la nitrification se situe autour de 8.0. Les valeurs hors du champ 7.0 – 9.0 peuvent affecter l'efficacité de la nitrification. Il faut également savoir que les bactéries nitrifiantes produisent de l'acidité lors de leur croissance.
La teneur en oxygène devrait toujours être de au moins 4 mg/l.
La surface active du filtre biologique devrait être située à l'obscurité, la lumière ayant un effet d'inhibition.
Un excès de matière organique inhibe également les bactéries nitrifiantes.
D'autres nutriments sont nécessaires pour un bon fonctionnement des bactéries : le carbone, le phosphore et les oligo-éléments. Le carbone doit être sous forme inorganique (carbonates) et une déficience en carbonate arrêtera la nitrification.
Le rôle de tous les filtres biologiques est de fournir un habitat pour les micro-organismes.
Une surface de contact importante permet le développement d'une large population de bactéries. La surface de contact doit cependant être équilibrée avec la porosité du filtre. Étant donné que la filtration biologique résulte en une croissance de masse bactérienne, les filtres ayant une porosité inadéquate se colmatent rapidement.
Les surfaces lisses sont plus difficiles à coloniser par les bactéries que les surfaces rugueuses.
L'écoulement de l'eau à travers du filtre est très important.
Un débit adéquat est essentiel pour assurer que la contamination ou la nourriture puisse atteindre les bactéries.
Les bactéries ne sont pas mobiles.
Elles utilisent la nourriture autour d'elles, et si les mouvements de l'eau ne sont pas suffisants, des microenvironnements se développeront où les bactéries nitrifiantes ne pourront croître ou travailler adéquatement.
Toute l'eau doit être physiquement filtrée ou clarifiée pour enlever les solides avant d'alimenter le filtre biologique, et ces solides doivent être retirés du système aussi rapidement que possible.
Un débit d'eau inadéquat combiné à une accumulation de solides peut être la cause de problèmes majeurs.
Ces zones anoxiques pourront devenir une source de synthèse d'ammoniac et de nitrite même à l'intérieur du biofiltre.
En effet, le nitrite peut provenir non seulement de la transformation de l'ammoniac mais aussi par dénitrification partielle du nitrate.
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