EP2956414A2 - Procede de denitrification minerale biologiquement assistee en milieu liquide - Google Patents

Procede de denitrification minerale biologiquement assistee en milieu liquide

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EP2956414A2
EP2956414A2 EP14710003.6A EP14710003A EP2956414A2 EP 2956414 A2 EP2956414 A2 EP 2956414A2 EP 14710003 A EP14710003 A EP 14710003A EP 2956414 A2 EP2956414 A2 EP 2956414A2
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EP
European Patent Office
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iii
ions
rust
green
nitrite ions
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14710003.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Delphine GUERBOIS
Guillaume Morin
Georges ONA-NGUEMA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Pierre et Marie Curie
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Pierre et Marie Curie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Pierre et Marie Curie filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2956414A2 publication Critical patent/EP2956414A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
    • C02F3/305—Nitrification and denitrification treatment characterised by the denitrification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F3/346—Iron bacteria
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    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
    • C02F3/307—Nitrification and denitrification treatment characterised by direct conversion of nitrite to molecular nitrogen, e.g. by using the Anammox process

Definitions

  • the present invention relates to a process for the treatment of nitrogenous materials, and in particular to a continuous process of biologically assisted inorganic denitrification in a liquid medium, without the production of ammonium, using a biogenic carbonated green rust and the use of such a green rust for the reduction of nitrite ions into nitrogenous gases.
  • Nitrate ions exist in natural waters in the absence of pollution. Their concentration, then, does not exceed 3 to 5 mg / 1 in the surface waters of rivers, canals, lakes, ponds and some mg / 1 in groundwater. However, the levels of nitrate ions in these waters have been steadily increasing in recent years and reflect a pollution of the resource linked to human activities (industrial and domestic discharges from agriculture and livestock, effluents from livestock, food surface waters by polluted groundwater, "leakage” from industrial and inhabited areas) and in particular surface activities (dense urban and industrial occupancy and / or intensive agriculture, traditional medium intensity agriculture, dispersed rural housing).
  • the concentrations of nitrate ions in the aquifers are generally all the higher as they are sensitive, poorly protected, influenced by urbanization, industrial sites and intensive agriculture or livestock farming. These concentrations also vary with the speed of circulation-renewal of water in the aquifers.
  • the maximum permitted limit is 50 mg / l of nitrate ions in drinking water supplies.
  • the upper limit of a "good ecological status" of water was set at 25 mg / 1 in the Water Framework Directive (WFD) of 23 October 2000.
  • Nitrate ions are not toxic in themselves. It is their transformation into nitrite ions and nitroso compounds (nitrosamines and nitrosamides) which can cause characteristic disorders such as methemoglobinemia or cyanosis of the infant, reproductive disorders, endocrine or vitamin effects in animals and finally the occurrence of digestive cancers in humans. In addition, the high levels of nitrate ions are at the origin of the proliferation of macroscopic green algae throughout the Brittany region.
  • nitrate ions consist of a process for the treatment of biologically or physicochemically polluted waters using ion exchange resins. These techniques are very effective in the short term, but expensive in investments and in operation.
  • purely biological denitrification ie bacterial denitrification
  • bacterial denitrification defined as the reduction of nitrate ions to gaseous nitrogen by means of denitrifying bacteria, has been massively studied in the context of wastewater treatment.
  • Synthetic green rust such as GR S04 , GRci and GRco 3 , generally have a ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations ranging from 2 to 3 depending on the pennant used and it has been shown that the reduction of nitrate ions in The presence of such synthetic green rust leads to the exclusive formation of ammonium and magnetite (Hansen et al., Environ Science Sci., 1996, 30, 2053-2056 and Applied Clay Science, 2001, 18, 81-91).
  • a carbonated Fe (II) -Fe (III) hydroxide also called ferrous-ferric hydroxycarbonate or ferrous-ferric oxyhydroxycarbonate or carbonated green rust, corresponding to Fe formula 6 n (i -X) m 6x Oi2H2 Fe (7- 3 X) CO 3, for the implementation of an oxidation-reduction process of the nitrate ions in the presence of ferric-reducing bacteria.
  • x is defined as the ratio of Fe (III) / [Fe (III) + Fe (II)] molar concentrations.
  • the ferrous-ferric hydroxycarbonate has a ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations ranging from 0.5 to 2 (corresponding to a value of x varying from 0.33 to 0.66) and oxide by reducing nitrate ions to gaseous nitrogen.
  • the oxidized phase obtained having a ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations of less than 0.5 (x> 0.66), is in turn reduced in the presence of ferri-reducing bacteria to regenerate the hydroxycarbonate
  • Ferrous-ferric starting material having a ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations ranging from 0.5 to 2 without substantial structural changes.
  • Examples 1 and 2 describe, on the one hand, the preparation of a biogenic carbonaceous green rust (the ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations ranging from 0.5 to 2) by bacterial reduction of iron ( III) to iron (II) in a ferric oxyhydroxycarbonate, and secondly, the catalytic reduction of nitrate ions to gaseous nitrogen in the presence of this carbonated green rust.
  • the inventors have set themselves the goal of providing a process for the treatment of nitrogenous materials, in particular for the treatment of nitrate / nitrite ions present in a liquid medium, which is simple and inexpensive to implement, usable at the scale industrial, for example in sewage treatment plants, without the production of ammonium.
  • the subject of the present invention is therefore a biologically assisted inorganic denitrification method in a liquid medium, said process being characterized in that it comprises the following steps: i) a step of preparing a carbonated green rust by bioreduction of an Fe (III) oxyhydroxide under anaerobic conditions in the presence of a culture of at least one bacterium having a ferri-reducing activity until obtaining a carbonate green rust with a ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations ranging from 1 to 1.5;
  • step iii) a step of bioreduction of said Fe (III) produced in step ii), in the presence of a culture of at least one bacterium having a ferri-reducing activity to obtain a carbonated green rust with a molar concentration ratio Fe (II) / Fe (III) ranging from 1 to 1.5.
  • the nitrite ions could be reduced and converted into a gaseous mixture comprising N 2 O and N 2 and without generating ammonium, in the presence of a biogenic carbonate green rust having a ratio Fe (II) / Fe (III) molar concentrations typically vary from 1 to 1.5. Outside the value range [1-1,5] of the Fe (II) / Fe (III) molar concentration ratio, either the reduction of nitrite ions can lead to ammonium or the reduction kinetics is very low. slow and therefore unsuited to the use of this process on an industrial scale.
  • said step ii) leads to the formation of one or more nitrogen gases, without production of ammonium, and to the production of Fe (III) associated with a solid phase comprising one or more Fe oxyhydroxides (III). and / or one or more carbonated Fe (II) -Fe (III) hydroxides.
  • Carbonated Fe (II) -Fe (III) hydroxides means biogenic carbonate green rust obtained in step i) and which has not reacted in the following step ii), especially when this step is introduced in excess relative to the nitrite ions in said step ii).
  • the Fe (III) oxyhydroxide used in the step i) of preparing a carbonated green rust having a ratio Fe (II) / Fe (III) molar concentrations ranging from 1 to 1.5 is chosen from lepidocrocite ( ⁇ -FeOOH), ferric green rust (Fe m 6 O 2 H 8 CO 3 ), ferrihydrite ( 5FeOOH.nH 2 O), in order to favor a complete bioreduction.
  • steps i) and iii) can be independently carried out in the presence a pure culture of at least one bacterium with a ferri-reductive activity.
  • the bacteria having a ferri-reducing activity that can be used during steps i) and iii) of the process according to the invention may be independently selected from the bacterial species of aquatic environments belonging to the genera Shewanella, Geobacter, Pseudomonas, Desulfovibrio, Geothrix and Pelobacter. . It is preferred to use the bacteria of the genus Shewanella and even more preferably the bacteria chosen from S. putrefaciens CIP 59.28, S. putrefaciens CIP 80.40 and S. oneidensis MR1.
  • the bioreduction time during step i) is preferably at least about 20 hours.
  • the bioreduction time during step iii) preferably varies from about 5 hours to about 5 days depending on the oxidation state of the system.
  • the concentration of ferri-reducing bacterium during steps i) and iii) is preferably greater than 10 CFU / ml. Then, the concentration of Fe (III) during steps i) and iii) is preferably less than 400 mM.
  • the contact time during step ii) is preferably less than 5 days, so as to avoid the formation of undesirable side products, such as for example magnetite.
  • the contact time between the nitrite ions and the carbonated green rust during step ii) preferably varies from 1 hour to 48 hours approximately.
  • step ii) The amount of green rust used in step ii) is advantageously such that the ratio of molar concentrations [Fe (II) ions present in the green carbonate rust] / [nitrite ions] is at least 3, in order to to favor a complete reduction of nitrite ions as well as the production of nitrogen gas as final product.
  • steps ii) and iii) can be carried out simultaneously in one and the same step.
  • the process is carried out continuously and said steps ii) and iii) can then be repeated until the total possible depletion of the nitrite ions in the starting liquid medium.
  • the reduction of nitrite ions is rapid, of the order of a few hours, and reproducible with the assurance of never leading to the production of ammonium.
  • the oxidation of biogenic carbonated green rust by nitrite ions leads to the production of one or more Fe (III) oxyhydroxides and / or one or more carbonated Fe (II) -Fe (III) hydroxides. , which in turn are new reducible by ferri-reductive bacteria.
  • the process according to the invention operates from nitrite ions present in a liquid medium. Consequently, the nitrogenous materials present in said liquid medium, such as, for example, nitrate ions, must first be reduced to nitrite ions.
  • the method further comprises a step ii 0 ) which is carried out prior to step ii) and during which the nitrate ions present in the liquid medium are reduced nitrite ions in the presence of a culture of at least one bacterium capable of reducing nitrate ions to nitrite ions.
  • step ii 0 leads to nitrite ions only, without producing ammonium.
  • step ii 0 leads to one or more nitrogen gases, without ammonium production.
  • step ii 0) can lead to the production of ammonium.
  • This step ii 0 ) of prior reduction of nitrate ions to nitrite ions can preferably be carried out using bacteria capable of reducing nitrate ions to nitrite ions chosen from the genera Alcaligenes, Paracoccus, Thiobacillus, Vibrio, Desulfovibrio, Shewanella, Micrococcus, Geobacter, Pseudomonas and Bacillus.
  • bacteria capable of reducing nitrate ions to nitrite ions chosen from the genera Alcaligenes, Paracoccus, Thiobacillus, Vibrio, Desulfovibrio, Shewanella, Micrococcus, Geobacter, Pseudomonas and Bacillus.
  • step ii 0 ) of prior reduction of nitrate ions to nitrite ions can be carried out in the presence of a culture of at least one strictly denitrifying bacterium, that is to say capable of reducing nitrate ions into nitrite ions without ammonium production.
  • step ii 0 ) leads to one or more nitrogen gases without producing ammonium.
  • Such a strictly denitrifying bacterium may be advantageously Paracoccus denitrificans.
  • the reduction time during step ii 0 ) preferably varies from approximately 2 hours to 24 hours.
  • the concentration of bacteria capable of reducing the nitrate ions to nitrite ions during stage ii 0 ) of the process according to the invention is preferably at least 10 'CFU / ml in order to favor a reaction time included in the range. of time mentioned above.
  • the amount of green rust used during stage ii) is advantageously such that the ratio of the molar concentrations [Fe (II) ions present in green carbonate rust] / [ions nitrates] is at least 3, and this to favor a complete reduction as well as the production of nitrogen gas as final product.
  • the steps ii 0 ) and ii) can be carried out simultaneously in one and the same step, that is to say that the nitrite ions generated in situ during step ii 0 ) are simultaneously reduced according to step ii).
  • carbonated green rust with a ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations ranging from 1 to 1.5 obtained according to step i) is directly brought into contact with a liquid medium comprising nitrate ions. and culturing at least one bacterium capable of reducing nitrate ions to nitrite ions.
  • the nitrite ions formed in situ in the liquid medium by contacting in step ii) with a green carbonate rust having a Fe (II) / Fe (III) molar concentration ratio varying from 1 at 1.5 lead to one or more nitrogen gases without ammonium production, in particular when step ii 0 ) uses one or more bacteria which allow bacterial denitrification and / or that they catalyze only the transformation of nitrate ions into nitrite ions.
  • steps ii 0 ) and ii) are carried out simultaneously in one and the same step and that they use indigenous bacteria of a water when purified, ammonium production is completely avoided.
  • step ii 0 When step ii 0 ) employs one or more bacteria resulting at least in part in a concealing reduction of ammonium nitrate ions, said step ii 0 ) can lead to the production of ammonium. However, the presence of green carbonate rust with a ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations varying from 1 to 1.5 in the liquid medium makes it possible to considerably reduce its production. Step ii 0 ) is then a concurrent step of step ii).
  • identical bacteria may be used in steps ii 0 ) and iii) and the method according to the invention. They are selected from the genera Shewanella, Geobacter.
  • the steps ii 0 ), ii) and iii) can then be advantageously performed simultaneously during a single step.
  • the process is carried out continuously and said steps ii 0 ), ii) and iii) can then be repeated until any nitrate ions and nitrite ions in the liquid medium have been completely exhausted.
  • step iii) of regeneration of the biogenic carbonated green rust it is preferable, however, to obtain a better yield, to decouple the step iii) of regeneration of the biogenic carbonated green rust, step ii 0 ) of reduction of the nitrate and nitrite ions.
  • step iii 0 the step iii of regeneration of the biogenic carbonated green rust
  • step ii 0 of reduction of the nitrate and nitrite ions.
  • Step ii ( 0 ) represents bacterial denitrification and / or dissimilar reduction of ammonium nitrate ions. Since nitrite ions are systematic intermediates of microbial metabolisms of denitrification and dissimilar reduction of ammonium nitrate ions, step ii 0 ) can be divided into two sub-steps, a first sub-step ii 0 a) of ion transformation.
  • Step i) represents the initial production of a carbonate green rust with a Fe (II) / Fe (III) molar ratio ratio varying from 1 to 1.5 of the process according to the invention, by bioreduction of an oxyhydroxide of Fe (III).
  • Step ii) represents the abiotic denitrification by a carbonate green rust of Fe (II) / Fe (III) molar concentration ratio varying from 1 to 1.5 of the process according to the invention.
  • Step iii) represents the dissimilatory reduction step of the Fe (III) of the process according to the invention allowing the regeneration of the green carbonate rust with a Fe (II) / Fe (III) molar concentration ratio ranging from 1 to 1.5.
  • step ii the rate of abiotic reduction of nitrite ions by biogenic carbon green rust according to step ii) could compete with the bacterial reduction of nitrite ions corresponding to step ii 0 b), and thus take charge of this intermediary. It is then conceivable to couple the biological denitrification involving bacteria capable of reducing nitrate ions to nitrite ions (step ii 0 a)) and abiotic denitrification involving biogenic carbonated green rust capable of reducing nitrite ions to nitrogenous gases (step ii). )).
  • the method according to the invention therefore has the advantage of being able to be carried out continuously and to lead to a denitrification of liquid media much faster than the known processes of the prior art (of the order of a few hours instead of Several weeks).
  • the process is inexpensive, with autonomous regeneration involving low maintenance, ecological because based on natural processes, and adaptable to the concentration of nitrogenous material to be treated.
  • nitrite ions occurs in the treatment plants whose operation is based on principles of biological nitrification / denitrification but also when mixed cultures are contained in the activated sludge.
  • the intervention of biogenic carbon green rust on nitrite ions, whatever the metabolism present, prevents their accumulation and improve yields of nitrogen gas.
  • the intervention of green rust during the reduction of nitrate ions can support about 50% of the nitrite ions present in the liquid medium. Ammonium production is not totally avoided but it is significantly reduced.
  • the process according to the invention can be used in domestic and industrial wastewater treatment plants, in water purification plants and in manure treatment or sludge recycling plants.
  • the invention also relates to the use of at least one carbonate green rust, of the formula II 6 Fe (i-X) Fe 2 m 6x Oi2H (7- 3x) CO3, wherein the ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations vary from 1 to 1.5 in order to catalyze, in a liquid medium, the nitrite ion reduction reaction without producing ammonium.
  • Millipore Ultra-pure and oxygen-free distilled water (millipore water): Millipore, previously degassed water under N 2 (Alphagaz, impurities: H 2 O ⁇ 3 ppm, O 2 ⁇ 2 ppm C n H n ⁇ 0.5 ppm) and filtered using a sterile filter (filter pore diameter: 0.22 ⁇ )
  • GR L or GR F biogenic carbonate green rust obtained by bioreduction of lepidocrocite (Lp) of formula ⁇ -FeOOH or by bioreduction of ferric green rust (RVF) of formula Fe m 6 (OH) 4 (OH) 4 CO 3 ) was ultrasonically dispersed in 59 mL of milliQ water and the pH was adjusted to 7.5 ⁇ 0.2 with 1M HCl solution. Two stock solutions of nitrite ions and Nitrate ions of 0.3 M concentration, oxygen-free were prepared.
  • the initial concentration of nitrite ions or nitrate ions determined experimentally varies from about 4 mM to 7 mM. Indeed, in order to preserve the anaerobic conditions of the system, inaccuracy exists on the volume of the mother solution in nitrite ions actually injected into the closed bottles. This inaccuracy induces an initial concentration of experimentally calculated nitrite ions which may be slightly different from the theoretical initial concentration of nitrite ions.
  • the concentration of Fe (II) to tai was determined after mixing 0.5 ml of a collected sample and 0.5 mL of a solution of HCl concentration of 1 M.
  • the concentration of Fe (II) SO i u bi e was determined after filtering a sample on a Minisart brand cellulose membrane filter (filter pore diameter: 0.22 ⁇ ) and mixing 0.5 mL of the filtrate obtained and 0.5 mL of 1M HCl solution.
  • the concentrations of Fe (II) to tai and Fe (II) n e i u bi were determined seconds after collection of each sample by the modified method of 1,10-phenanthroline (Fadrus and Maly, Analyst, 1975 , 100, 549-554).
  • concentrations of nitrite ions, nitrate ions and ammonium were determined from the same filtered samples as those used for determining the concentration of Fe (II) solu bi e by ion chromatography with an apparatus sold under the trade name DIONEX ISC 3000.
  • pH values in solution were determined using a pH meter sold under the trade name Consort C830 by Fisher Bioblock Scientific and calibrated at pH 4, 7 and 10 with Fisher Scientific standard solutions.
  • the green carbonate rust obtained according to stage i) of the process according to the invention and the oxyhydroxides of Fe (III) (oxidized solid phases) obtained according to stage ii) of the process according to the invention were subjected to XRD analysis.
  • the samples were taken under an argon atmosphere in a glove box (O 2 content of about 40 ppm) with a syringe and then placed directly on a silicon wafer. and dried in a vacuum desiccator.
  • the pellet containing the dry sample was fixed in an anaerobic chamber.
  • the green carbonate rust obtained according to step i) of the process according to the invention were subjected to analysis by transmission electron microscopy (TEM).
  • TEM transmission electron microscopy
  • a Philips CM 20 electronic microscope operating at 200 kV equipped with a dispersive energy spectrometer was used to observe the solid phases.
  • a suspension of the green carbonate rust to be analyzed was rapidly dispersed in air on a grid covered with amorphous carbon and loaded into the microscope analysis support.
  • the products were identified from selected area diffraction models and dispersive energy analysis.
  • the green carbonate rust obtained according to stage i) of the process according to the invention was also subjected to transmission Mössbauer spectroscopy (SMT) analysis.
  • SMT transmission Mössbauer spectroscopy
  • Môssbauer spectroscopy in transmission was carried out from 8 K to 295 K with a Mössbauer cryostat with variable temperature close to the helium cycle, equipped with vibratory insulation manufactured by Cryo Industries of America, using a spectrometer sold under the trade name Môssbauer constant acceleration with a source of cobalt 57 embedded in a rhodium matrix and an activity of 50 mCi (millicuries) and calibrated with an iron sheet 25 ⁇ thick at room temperature.
  • the spectra were adjusted using Lorentzian profile lines.
  • inocula of strains of Shewanella putrefaciens bacteria CIP 59.28 equivalent to the Collection of American Type Cultures (ATCC) 12099 were prepared according to the method described in Ona-Nguema et al., Geochim. Cosmochim. Acta, 2009, 73, 1359-1381.
  • the cell density of each inoculum was determined by the number of colony forming units (CFU).
  • CFU colony forming units
  • a ferri-reducing bacterium concentration of 5.75 ⁇ 10 9 CFU / ml was used in the following two bioreductions.
  • the bioreduction of the RVF in biogenic green carbon rust GR F was carried out according to the procedure described as follows: an RVF suspension of concentration 80 mM and pH 7.5 ⁇ 0.2 was prepared in glove box under atmosphere N 2 in water and containers previously sterilized by autoclave for 20 minutes at a temperature of 120 ° C. Only RVF was not sterilized because heating at 120 ° C alters its structure. Sterility of the preparation environment was ensured with a Hofmann electric burner sold by Horo Dr. Hofmann GmbH. Then, a suspension of Shewanella putrefaciens bacteria CIP 59.28 was added.
  • FIG. 3a shows a DRX analysis of the RVF (lower part) and of the biogenic carbonate green rust obtained GR F after 14 days of RVF bioreduction (characteristic peaks labeled GR, upper part).
  • FIG. 3b shows a DRX analysis of the Lp (lower part), the biogenic carbonate green rust obtained GR L after 14 days of bioreduction of the Lp (intermediate part) and after 33 days of bioreduction of the Lp (characteristic peaks denoted GR , upper part).
  • the intensity in arbitrary units, ua is a function of the angle 2 Theta (2 ⁇ ).
  • green rust GR L and GR F respectively obtained after 33 days of bioreduction from Lp and 12 days of bioreduction from RVF were centrifuged in a glove box under nitrogen flow, washed twice. with milliQ water, and dried to be characterized by SMT and MET analyzes.
  • FIGS. 4a and 4b respectively show the hexagonal form of the crystallites isolated from green carbonate rusts GR F and GR L observed by transmission electron microscopy (TEM).
  • the average diameters were respectively measured on 8 and 10 crystallites of GR F and GR L and are respectively 2.29 ⁇ 0.42 ⁇ and 4.96 ⁇ 0.44 ⁇ .
  • the Môssbauer spectra are shown in FIGS. 4c and 4d on which the transmittance (in%) is a function of the speed (in mm.s -1 ).
  • the ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations in the GR F and GR L green carbonate rust can be determined from the D1 doublets (attributed to Fe (II) carbonate green rust), D2 (also attributed to Fe (II) of carbonate green rust) and D3 (attributed to Fe (III) of green carbonate rust) characteristic of a green rust spectrum and the ratio of relative areas corresponding [AR (D1) + AR (D2)] / [AR (D3)]
  • the ratios of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations of GR F and GR L are respectively 1 and 1.25.
  • the ratios of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations of GR F and GR L estimated according to this method are thus respectively 0.93 and 1.17. These theoretical ratios are slightly underestimated since they are calculated from the concentration values of Fe (II) to tai during the analysis of the last samples at 12 days for bioreduction of Lp and at 27 days for bioreduction. of the RVF and are not calculated from the actual Fe (II) to tai concentration values at the end of the experiments, ie 14 days for RVF bioreduction and 33 days for bioreduction of RVF. the Lp. EXAMPLE 2
  • FIG. 6 shows the intensity (in arbitrary units, ua) as a function of the angle 2-Theta (in degrees).
  • the oxidation of biogenic carbonate green rust by nitrite ions leads to the production of Fe (III) oxyhydroxides with no trace of magnetite.
  • the oxidation of GR F and GR L leads to a mixture of goethite (characteristic peaks Gt) and lepidocrocite (characteristic peaks noted Lp) ( Figure 6, upper part: oxidation of GR F and lower part: oxidation of the GR L ).
  • Bacterial nitrate ion reduction experiments involving model bacteria were conducted with 3 distinct strains of Shewanella species (S. putrefaciens CIP 59.28, S. putrefaciens CIP 80.40 and S. oneidensis MR1). Each strain (2.5 ⁇ 10 9 CFU / ml) was incubated with 5 to 6.5 mM nitrate ions or with 4 to 5 mM nitrite ions at pH 7.5.
  • FIG. 7 shows the evolution of the concentrations of nitrate ions (in mM) (solid circles), nitrite ions (solid squares) and ammonium ions (solid triangles) as a function of time (in minutes) during the contacting of the ions nitrates (diagrams on the left) or nitrite ions (diagrams on the right) with the S. putrefaciens bacteria CIP 59.28 ( Figure 7a), with S. putrefaciens CIP 80.40 bacteria ( Figure 7b) and with bacteria S. oneidensis MR1 ( Figure 7c).
  • strains S. putrefaciens CIP 59.28 and S. putrefaciens CIP 80.40 accumulate the nitrite ions in about 90 minutes and the production of ammonium appears after about 120 minutes.
  • the strain S. oneidensis MR1 accumulates nitrite ions in only about 30 minutes and ammonium production appears more rapidly after about 90 minutes.
  • FIG. 8 shows the evolution of the concentrations of nitrate ions (in mM) (solid circles), nitrite ions (solid squares), ammonium (solid triangles) and Fe (II) to tai (Fe (II) tot, solid diamonds ) versus time (in minutes) during contacting of 6 mM of nitrate ions with 0.1 g of GR F biogenic bacteria and S. putrefaciens CIP 59.28 (8a), S. putrefaciens CIP 80.40 ( FIG. 8b) and S. oneidensis MR1 (FIG. 8c) (3.75 ⁇ 10 9 CFU / ml).
  • nitrate ions are rapidly reduced by the bacteria in 1 to 2 hours depending on the strain used. Nitrite ions are observed as intermediates. The results show that the bacteria first convert the nitrate ions to nitrite ions, and then the bacteria reduce some of these nitrite ions leading to the production of ammonium.
  • Fe (II) ions of biogenic carbonate green rust are oxidized, demonstrating an intervention of green rust particles in the system.
  • the ferri-reductive activity is put in question to produce Fe (II) again.
  • FIG. 9 shows the accumulation of nitrite ions (in mM) when 6 mM nitrate ions are brought into contact with bacteria alone (2.5 ⁇ 10 9 CFU / ml) (solid line) or with bacteria ( 3.75 x 10 9 CFU / ml) and 0.1 g of GRp (dotted line) as a function of time (in minutes).
  • bacteria alone 2.5 ⁇ 10 9 CFU / ml
  • bacteria 3.75 x 10 9 CFU / ml
  • 0.1 g of GRp dotted line
  • Different strains of bacteria are used: S. putrefaciens CIP 59.28 (solid circles), S. putrefaciens CIP 80.40 (solid squares) and S. oneidensis MR1 (solid triangles).
  • a synthetic green rust GR C i corresponding to the formula [Fe 4 n (i -X) m Fe 4x OH 8 Cl.nH 2 O] was prepared by air oxidation of ferrous hydroxide slurry in the presence a slight excess of dissolved ferrous chloride (Refait et al., Corrosion Science, 1997, 39, 539-553).
  • FIG. 11 shows the DRX analysis of the GR C i synthetic green rust thus obtained (characteristic peaks denoted RV).
  • the intensity in arbitrary units
  • the ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations in GRci synthetic green rust is close to 3 (Genin et al., Solid State Sciences, 2004, 39, 705-718).
  • FIG. 12a shows the changes in concentrations (in mM) nitrite ions (closed triangles), ammonium (closed diamonds), Fe (II) solu bi e (filled squares) and Fe (II) to tai (round full) as a function of time (in hours).
  • the injection of 5 mM sodium nitrite results in a decrease in the concentration of Fe (II) to tai and Fe (II) so i u bi e and rapid consumption of nitrite ions.
  • Figure 12b attached shows the concentrations (in mM) nitrite ions (1 black rectangles), nitrate ion (2 th gray rectangles), ammonium (3 rd rectangles having bias bars) and ions Fe 2+ (4 th rectangles comprising horizontal bars) in the four final mixtures I, II, III and IV respectively obtained after preparation of the starting mixtures I 0 , II 0 , IIIo and IV 0 and reaction for 48 hours.
  • FIG. 11 also shows the DRX analysis of the product obtained after oxidation of the green green rust GR C i by nitrite ions.
  • the product obtained comprises a mixture of magnetite (peaks characteristic Mt and residual green rust GRQ residual (characteristic peaks noted RV) .
  • peaks characteristic Mt and residual green rust GRQ residual characteristic peaks noted RV
  • RV residual green rust GRQ residual
  • a GRC 03 synthetic carbonyl green rust having the formula Fe n 4 Fe m 2 (OH) 12 CO 3 .3H 2 O was prepared by co-precipitation of FeSO 4 .7H 2 O and Fe 2 SO 4 .5H 2 O in condition anoxia.
  • the ratio of Fe (II) / Fe (III) molar concentrations in GRc 03 synthetic green carbon rust obtained was 2 (Bocher et al, Solid State Sciences, 2004, 6, 117-124).
  • the green rust was then centrifuged, washed with degassed water and dried in a vacuum desiccator under anoxic conditions.
  • the synthetic GRco 3 thus obtained (0.1 g of powder) was resuspended in the presence of 6.5 mM nitrite ions at pH 8 in a volume of 60 ml.
  • the appended FIG. 13 shows the evolution of the concentrations (in mM) in nitrite ions (solid triangles) and in ammonium (solid diamonds) as a function of time (in hours).
  • step iin) and ii) of the process according to the invention carried out simultaneously involving an aboriginal biological consortium of purified water comprising nitrite ions or nitrate ions
  • this purified wastewater included approximately 60 mg / 1 ammonium prior to the experiments, likely due to a malfunction in the nitrification treatment used in the Rhysostep ® SAUR wastewater treatment plant in Douy-la- Ramée (77), from where it was taken.
  • This station is of type filters planted with reeds.
  • this purified wastewater was incubated with 76.4 mg / l N-NO 2 ⁇ approximately.
  • FIG. 14 shows the evolution of concentrations (in mg-N / 1) of nitrite ions (solid triangles) and ammonium (solid diamonds) as a function of time (in days) in this purified wastewater comprising nitrite ions, in the absence of biogenic carbonate green rust (FIG. 14a), in the presence of GR L (FIG. 14b) or in the presence of GR F (FIG. 14c).
  • biogenic carbonated green rust has a high reactivity vis-à-vis the nitrite ions (step ii) of the process according to the invention) even in a natural liquid medium comprising a natural biological consortium (ie a purified wastewater including an indigenous biological consortium).
  • Biogenic carbonate green rust reduces nitrite ions to nitrogen gas without producing ammonium.
  • This experiment shows the reactivity of biogenic carbonate green rust with respect to nitrite ions in purified wastewater.
  • FIG. 15 shows the evolution of concentrations (in mg-N / 1) in nitrate (solid round), nitrite (full triangles) and ammonium (solid diamonds) ions as a function of time (in days) in this purified wastewater comprising nitrate ions, in the absence of biogenic carbonated green rust (FIG. 15a) or in the presence of GR L (FIG. 15b).
  • Figure 15a shows that in purified wastewater incubated with 73 mg / l N-NO 3 ⁇ and in the absence of GR L , 28.6 mg / 1 N-NO 3 " are reduced on the first day with accumulation. maximum nitrite ion of 16.8 mg / 1 N-NO 2 ⁇ during the first hour and no ammonium production is observed.No further reduction of nitrate is observed the following days.
  • Figure 15b shows that in purified waste water incubated with 83.9 mg / 1 N-NO 3 " in the presence of GR L ( Figure 2b), the nitrate ions are completely reduced in 4 days, still without ammonium production , with 47.1 mg / 1 N-NO 3 " reduced on the first day and a maximum nitrite ion accumulation of 24.4 mg / 1 N-NO 2 " .

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Abstract

La présente invention est relative à un procédé de traitement de matières azotées, et en particulier à un procédé continu de dénitrification minérale biologiquement assistée en milieu liquide, sans production d'ammonium, mettant en œuvre une rouille verte carbonatée biogénique et à l'utilisation d'une telle rouille verte pour la réduction des ions nitrites en gaz azotés.

Description

PROCEDE DE DENITRIFICATION MINERALE BIOLOGIQUEMENT ASSISTEE EN MILIEU LIQUIDE
La présente invention est relative à un procédé de traitement de matières azotées, et en particulier à un procédé continu de dénitrification minérale biologiquement assistée en milieu liquide, sans production d'ammonium, mettant en œuvre une rouille verte carbonatée biogénique et à l'utilisation d'une telle rouille verte pour la réduction des ions nitrites en gaz azotés.
Les ions nitrates existent dans les eaux à l'état naturel en absence de pollution. Leur concentration, alors, n'excède pas 3 à 5 mg/1 dans les eaux superficielles des rivières, canaux, lacs, étangs et quelques mg/1 dans les eaux souterraines. Cependant, les teneurs en ions nitrates dans ces eaux sont en constante augmentation ces dernières années et traduisent une pollution de la ressource liée aux activités humaines (rejets industriels et domestiques de l'agriculture et des élevages, rejets d'effluents d'élevage, alimentation des eaux superficielles par des nappes polluées, « fuites » des zones industrielles et habitées) et en particulier aux activités de surfaces (occupation urbaine et industrielle dense et/ou agriculture intensive, agriculture traditionnelle moyennement intensive, habitat rural dispersé). Les concentrations en ions nitrates dans les nappes sont généralement d'autant plus élevées que celles-ci sont sensibles, peu protégées, influencées par l'urbanisation, les sites industriels et l'agriculture ou l'élevage intensifs. Ces concentrations varient aussi avec la vitesse de circulation-renouvellement des eaux dans les nappes. La limite maximale autorisée est de 50 mg/1 en ions nitrates dans les adductions d'eau potable. Cependant, la limite supérieure d'un « bon état écologique » des eaux a été fixée à 25 mg/1 dans la Directive Cadre sur l'Eau (DCE) du 23 octobre 2000.
Les ions nitrates ne sont pas toxiques en eux-mêmes. C'est leur transformation en ions nitrites et composés nitrosés (nitrosamines et nitrosamides) qui peut provoquer des troubles caractéristiques tels que la méthémoglobinémie ou cyanose du nourrisson, des troubles de la reproduction, des effets endocriniens ou vitaminiques chez les animaux et enfin la survenue de cancers digestifs chez l'Homme. En outre, les fortes teneurs en ions nitrates sont à l'origine de la prolifération d'algues vertes macroscopiques dans toute la région Bretagne.
Les techniques agréées et utilisées aujourd'hui de dépollution des ions nitrates consistent en un procédé de traitement des eaux polluées par voie biologique ou par voie physico-chimique à l'aide de résines échangeuses d'ions. Ces techniques sont très efficaces à court terme, mais onéreuses en investissements et en exploitation. En particulier, la dénitrification purement biologique (i.e. dénitrification bactérienne), définie comme étant la réduction des ions nitrates en azote gazeux par l'intermédiaire de bactéries dénitrifiantes, a massivement été étudiée dans le cadre du traitement des eaux usées.
Les procédés existants de dénitrification purement biologique n'impliquent pas de souches bactériennes pures mais un consortium bactérien (c'est-à-dire un mélange de différentes souches bactériennes) qui se développe en fonction des paramètres physico-chimiques des eaux à traiter. Le principal inconvénient d'un tel procédé est la non-maîtrise des produits de réduction formés, à savoir une majorité d'ammonium NH4 + (Cruz-Garcia et al., Journal of Bacteriology, 2007, 189(2), 656-662). Au regard des critères de qualités des eaux énoncées ci-dessus, la production d'ammonium n'est pas acceptable dans l'élaboration d'un procédé de dénitrification à grande échelle. En outre, lorsque de fortes concentrations en ions nitrates sont présentes, une accumulation des ions nitrites toxiques est observée lors de la mise en œuvre d'un tel procédé.
Plus récemment, les recherches ont été menées sur des procédés d'oxydoréduction des ions nitrates par le Fe(II) ou le Fe(0). En particulier, ces procédés peuvent faire intervenir, comme source de Fe(II), des rouilles vertes synthétisées chimiquement. Les rouilles vertes sont des hydroxysels Fe(II)-Fe(III) à structure en feuillets possédant un bas potentiel d'oxy do-réduction leur conférant un pouvoir réducteur puissant. Les rouilles vertes synthétiques telles que GRS04, GRci et GRco3, présentent généralement un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 2 à 3 selon fanion utilisé et il a été montré que la réduction des ions nitrates en présence de telles rouilles vertes synthétiques conduit à la formation exclusive d'ammonium et de magnétite (Hansen et al, Environ. Sci. Technol., 1996, 30, 2053-2056 et Applied Clay science, 2001, 18, 81-91).
Par ailleurs, des rapports de concentrations molaires plus faibles Fe(II)/Fe(III) peuvent être obtenus lorsque la rouille verte est préparée par voie biogénique à partir de la lépidocrocite ou de la rouille verte ferrique et de bactéries ferri-réductrices de type Shewanella putrefaciens . Le rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) obtenu est alors de l'ordre de 1 (Ona-Nguema et al, Environ. Sci. Technol., 2002, 36, 16-20). A ce jour, aucun procédé de l'art antérieur n'a toutefois permis d'isoler et de caractériser des rouilles vertes biogéniques de rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) strictement inférieur à 1 quel que soit fanion utilisé. Récemment, il a été proposé dans la demande internationale WO 2008/110689 d'utiliser un hydroxyde de Fe(II)-Fe(III) carbonaté, également appelé hydroxycarbonate ferreux-ferrique ou oxyhydroxycarbonate ferreux-ferrique ou encore rouille verte carbonatée, répondant à la formule Fen 6(i-X)Fem 6xOi2H2(7- 3X)CO3, pour la mise en œuvre d'un procédé d'oxydoréduction des ions nitrates en présence de bactéries ferri-réductrices. Dans cette formule, x est défini comme étant le rapport des concentrations molaires Fe(III)/[Fe(III)+Fe(II)]. L 'hydroxycarbonate ferreux-ferrique présente un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 0,5 à 2 (ce qui correspond à une valeur de x variant de 0,33 à 0,66) et s'oxyde en réduisant les ions nitrates en azote gazeux. La phase oxydée obtenue, présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) inférieur à 0,5 (x > 0,66), est à son tour réduite en présence de bactéries ferri-réductrices pour régénérer l'hydroxycarbonate ferreux-ferrique de départ présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 0,5 à 2 sans subir de modifications structurelles substantielles. Les exemples 1 et 2 décrivent d'une part, la préparation d'une rouille verte carbonatée biogénique (dont le rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) varie de 0,5 à 2) par réduction bactérienne du Fer (III) en Fer (II) au sein d'un oxyhydroxycarbonate ferrique, et d'autre part, la réduction catalytique des ions nitrates en azote gazeux en présence de cette rouille verte carbonatée. Cependant, des essais comparatifs ont été effectués par les inventeurs de la présente demande et démontrent que des rouilles vertes carbonatées biogéniques obtenues par bioréduction de rouille verte ferrique par Shewanella putrefaciens (rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) = 1, correspondant à x = 0,5) ou par bioréduction de lépidocrocite par Shewanella putrefaciens (rapport de concentrations molaires
Fe(II)/Fe(III) = 1,25, correspondant à x = 0,44), sont incapables de réduire les ions nitrates et ce quel que soit le pH du milieu réactionnel ou alors après au moins 5 mois d'interaction (voir exemple comparatif 1 illustrant la présente demande). Par ailleurs, l'exemple 3 de la demande internationale WO 2008/110689 décrit la réduction catalytique des ions nitrates en azote gazeux en présence d'une rouille verte carbonatée synthétique de rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) = 2, correspondant à x = 0,33. Ces résultats sont toutefois en parfaite contradiction avec les résultats décrits par Hansen [10 décembre 2004, Académie d'agriculture de France, « Green rusts and réduction of pollutants » Abstract In Colloque de l'Académie des Sciences « Biogéochimie du cycle de fer-rouilles vertes et fougérite]. Ainsi, contrairement à ce qui est décrit dans la demande internationale WO 2008/110689, une rouille verte carbonatée biogénique de rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) de 1 ou de 1,25 n'est pas capable de réduire les ions nitrates en gaz azotés ou alors de façon très lente. Et lorsqu'une rouille verte carbonatée synthétique de rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) supérieur ou égal à 2 est utilisée, de l'ammonium est produit.
Enfin, Hansen et al. (Geochimica et Cosmochimica Acta, 1994, 58, 12, 2599-2608) ont décrit la réduction des ions nitrites en présence d'une rouille verte synthétique GRS04 de rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) de 2 et indiquent que la réduction peut conduire à plusieurs composés azotés, notamment de l'ammonium.
Des essais effectués par les inventeurs de la présente demande confirment d'ailleurs, d'une part qu'une rouille verte synthétique GRQ et d'autre part, qu'une rouille verte synthétique GRc03, toutes deux étant obtenues par voie chimique, (rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) respectifs de 3, correspondant à x = 0,25 et de 2, correspondant à x = 0,33) réduisent les ions nitrites en ammonium (voir exemples comparatifs 2 et 3 illustrant la présente demande).
Par conséquent, l'intégralité des réactions de dénitrification abiotique connues impliquant du Fe(II) ou du Fe(0) a montré la production d'ammonium comme produit de réduction des ions nitrates/nitrites ou une cinétique très lente pour l'obtention de gaz azotés.
Des solutions curatives simples, respectueuses de l'environnement et moins coûteuses doivent donc être proposées aux populations concernées afin de réduire de manière drastique les concentrations d'azote dans les eaux en évitant la production d'ammonium.
Ainsi, les inventeurs se sont donné pour but de pourvoir à un procédé de traitement de matières azotées, en particulier de traitement des ions nitrates/nitrites présents dans un milieu liquide, qui soit simple et économique à mettre en œuvre, utilisable à l'échelle industrielle, par exemple au sein de stations d'épuration, et ce sans production d'ammonium.
La présente invention a donc pour objet un procédé de dénitrification minérale biologiquement assistée en milieu liquide, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : i) une étape de préparation d'une rouille verte carbonatée par bioréduction d'un oxyhydroxyde de Fe(III) en conditions anaérobies en présence d'une culture d'au moins une bactérie présentant une activité ferri-réductrice jusqu'à obtention d'une rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5 ;
ii) une étape de réduction des ions nitrites présents dans un milieu liquide par mise en contact de ladite rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5 et d'un milieu liquide comprenant des ions nitrites, ladite étape conduisant à la formation d'un ou plusieurs gaz azoté(s), et à la production de Fe(III) associé à une phase solide comprenant un ou plusieurs oxyhydroxydes de Fe(III) et/ou un ou plusieurs hydroxydes de Fe(II)-Fe(III) carbonatés ;
iii) une étape de bioréduction dudit Fe(III) produit à l'étape ii), en présence d'une culture d'au moins une bactérie présentant une activité ferri-réductrice pour obtenir une rouille verte carbonatée avec un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5.
En effet, il a été découvert de manière surprenante que les ions nitrites pouvaient être réduits et convertis en un mélange gazeux comprenant N2O et N2 et ce sans générer d'ammonium, en présence d'une rouille verte carbonatée biogénique présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant spécifiquement de 1 à 1,5. En dehors de la plage de valeurs [1-1,5] du rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III), soit la réduction des ions nitrites peut conduire à de l'ammonium, soit la cinétique de réduction est très lente et donc inadaptée à l'utilisation de ce procédé à l'échelle industrielle.
Ainsi, ladite étape ii) conduit à la formation d'un ou plusieurs gaz azoté(s), sans production d'ammonium, et à la production de Fe(III) associé à une phase solide comprenant un ou plusieurs oxyhydroxydes de Fe(III) et/ou un ou plusieurs hydroxydes de Fe(II)-Fe(III) carbonatés.
Par hydroxydes de Fe(II)-Fe(III) carbonatés, on entend de la rouille verte carbonatée biogénique obtenue à l'étape i) et qui n'a pas réagi lors de l'étape suivante ii), notamment lorsque celle-ci est introduite en excès par rapport aux ions nitrites lors de ladite étape ii).
Selon une forme de réalisation préférée, l'oxyhydroxyde de Fe(III) utilisé dans l'étape i) de préparation d'une rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5, est choisi parmi la lépidocrocite (γ-FeOOH), la rouille verte ferrique (Fem 6Oi2H8CO3), la ferrihydrite (5FeOOH.nH2O), et ce afin de privilégier une bioréduction complète.
Les étapes de préparation et de régénération d'une rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5 selon les étapes i) et iii), peuvent être indépendemment effectuées en présence d'une culture pure d'au moins une bactérie présentant une activité ferri-réductrice.
Les bactéries présentant une activité ferri-réductrice utilisables lors des étapes i) et iii) du procédé conforme à l'invention, peuvent être indépendemment choisies parmi les espèces bactériennes de milieux aquatiques appartenant aux genres Shewanella, Geobacter, Pseudomonas, Desulfovibrio, Geothrix et Pelobacter. On préfère utiliser les bactéries du genre Shewanella et encore plus préférentiellement les bactéries choisies parmi S. putrefaciens CIP 59.28, S. putrefaciens CIP 80.40 et S. oneidensis MR1.
Le temps de bioréduction lors de l'étape i) est préférentiellement d'au moins 20 heures environ.
Par ailleurs, le temps de bioréduction lors de l'étape iii) varie de préférence de 5 heures à 5 jours environ selon l'état d'oxydation du système.
La concentration en bactérie ferri-réductrice lors des étapes i) et iii) est de préférence supérieure à 10 UFC/ml. Alors, la concentration en Fe(III) lors des étapes i) et iii) est de préférence inférieure à 400 mM.
Le temps de contact lors de l'étape ii) est préférentiellement inférieur à 5 jours, de façon à éviter la formation de produits secondaires non désirables, tels que par exemple la magnétite.
Dans un mode de réalisation encore plus préféré, le temps de contact entre les ions nitrites et la rouille verte carbonatée lors de l'étape ii) varie de préférence de 1 heure à 48 heures environ.
La quantité de rouille verte utilisée au cours de l'étape ii) est avantageusement telle que le rapport de concentrations molaires [ions Fe(II) présents dans la rouille verte carbonatée]/[ions nitrites] est d'au moins 3 et ce afin de privilégier une réduction complète des ions nitrites ainsi que la production d'azote gazeux comme produit final. Selon un mode de réalisation préféré du procédé conforme à l'invention, les étapes ii) et iii) peuvent être réalisées simultanément au cours d'une seule et même étape. Selon une forme de réalisation encore plus préférée, le procédé est réalisé en continu et lesdites étapes ii) et iii) peuvent alors être réitérées jusqu'à épuisement total éventuel des ions nitrites dans le milieu liquide de départ.
Selon le procédé conforme à l'invention, la réduction des ions nitrites est rapide, de l'ordre de quelques heures, et reproductible avec l'assurance de ne jamais conduire à la production d'ammonium. De plus, l'oxydation de la rouille verte carbonatée biogénique par les ions nitrites conduit à l'obtention d'un ou plusieurs oxyhydroxydes de Fe(III) et/ou un ou plusieurs hydroxydes de Fe(II)-Fe(III) carbonatés, qui sont à leur tour de nouveaux réductibles par les bactéries ferri-réductrices.
Le procédé conforme à l'invention fonctionne à partir des ions nitrites présents dans un milieu liquide. Par conséquent, les matières azotées présentes dans ledit milieu liquide telles que par exemple les ions nitrates, devront être préalablement réduits en ions nitrites.
Ainsi, selon une forme de réalisation particulière de l'invention, le procédé comprend en outre une étape ii0) qui est réalisée de façon préalable à l'étape ii) et au cours de laquelle les ions nitrates présents dans le milieu liquide sont réduits en ions nitrites en présence d'une culture d'au moins une bactérie capable de réduire les ions nitrates en ions nitrites.
Lorsque la bactérie capable de réduire les ions nitrates en ions nitrites entraine uniquement la réduction des ions nitrates en ions nitrites, l'étape ii0) conduit à des ions nitrites seulement, sans production d'ammonium.
Lorsque la bactérie capable de réduire les ions nitrates en ions nitrites entraine la réduction des ions nitrates en azote gazeux et/ou en oxyde d'azote gazeux (i.e. dénitrification bactérienne), l'étape ii0) conduit à un ou plusieurs gaz azotés, sans production d'ammonium.
Lorsque la bactérie capable de réduire les ions nitrates en ions nitrites entraîne au moins en partie une réduction dissimilatrice des ions nitrates en ammonium, ladite étape ii0) peut conduire à la production d'ammonium.
Cette étape ii0) de réduction préalable des ions nitrates en ions nitrites peut de préférence être réalisée à l'aide de bactéries capables de réduire les ions nitrates en ions nitrites choisies parmi les genres Alcaligenes, Paracoccus, Thiobacillus, Vibrio, Desulfovibrio, Shewanella, Micrococcus, Geobacter, Pseudomonas et Bacillus. On préférera toutefois utiliser les bactéries du genre Shewanella et encore plus préférentiellement les bactéries choisies parmi S. putrefaciens CIP 59.28, S. putrefaciens CIP 80.40 et S. oneidensis MR1.
Dans un mode de réalisation particulier, l'étape ii0) de réduction préalable des ions nitrates en ions nitrites peut être réalisée en présence d'une culture d'au moins une bactérie strictement dénitrifiante, c'est-à-dire capable de réduire les ions nitrates en ions nitrites sans production d'ammonium. En d'autres termes, l'étape ii0) conduit à un ou plusieurs gaz azotés sans production d'ammonium.
Une telle bactérie strictement dénitrifiante peut être avantageusement Paracoccus denitrificans .
Par ailleurs, le temps de réduction lors de l'étape ii0) varie de préférence de 2 heures à 24 heures environ.
La concentration en bactéries capables de réduire les ions nitrates en ions nitrites lors de l'étape ii0) du procédé conforme à l'invention est de préférence d'au moins 10' CFU/ml pour priviligier un temps de réaction inclus dans la gamme de temps mentionnée ci dessus.
Lorsque le milieu liquide à traiter comprend des ions nitrates, la quantité de rouille verte utilisée au cours de l'étape ii) est avantageusement telle que le rapport des concentrations molaires [ions Fe(II) présents dans la rouille verte carbonatée]/[ions nitrates] est d'au moins 3, et ce pour privilégier une réduction complète ainsi que la production d'azote gazeux comme produit final.
Selon un mode de réalisation préférée du procédé conforme à l'invention, les étapes ii0) et ii) peuvent être réalisées simultanément au cours d'une seule et même étape, c'est-à-dire que les ions nitrites générés in situ au cours de l'étape ii0) sont simultanément réduits selon l'étape ii). De ce fait, la rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5 obtenue selon l'étape i) est directement mise en contact avec un milieu liquide comprenant des ions nitrates et une culture d'au moins une bactérie capable de réduire les ions nitrates en ions nitrites.
Selon ce mode de réalisation, les ions nitrites formés in situ dans le milieu liquide par mise en contact lors de l'étape ii) avec une rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5, conduisent à un ou plusieurs gaz azotés sans production d'ammonium, notamment lorsque l'étape ii0) met en œuvre une ou plusieurs bactéries qui permettent la dénitrification bactérienne et/ou qu'elles catalysent uniquement la transformation des ions nitrates en ions nitrites.
En effet, les inventeurs de la présente demande ont découvert de façon surprenante que lorsque les étapes ii0) et ii) sont réalisées simultanément au cours d'une seule et même étape et qu'elles mettent en œuvre des bactéries autochtones d'une eau usée épurée, la production d'ammonium est complètement évitée.
Lorsque l'étape ii0) met en œuvre une ou plusieurs bactéries entraînant au moins en partie une réduction dissimilatrice des ions nitrates en ammonium, ladite étape ii0) peut conduire à la production d'ammonium. Cependant, la présence de la rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5 dans le milieu liquide permet de réduire considérablement sa production. L'étape ii0) est alors une étape concurrente de l'étape ii).
Dans un mode de réalisation particulier, des bactéries identiques peuvent être utilisées dans les étapes ii0) et iii) et du procédé conforme à l'invention. Elles sont choisies parmi les genres Shewanella, Geobacter. Dans ce cas, les étapes ii0), ii) et iii) peuvent alors être avantageusement réalisées simultanément au cours d'une seule et même étape. Selon une forme de réalisation encore plus préférée, le procédé est réalisé en continu et lesdites étapes ii0), ii) et iii) peuvent alors être réitérées jusqu'à épuisement total éventuel des ions nitrates et ions nitrites dans le milieu liquide.
Selon un mode de réalisation préféré, il est préférable toutefois pour obtenir un meilleur rendement, de découpler l'étape iii) de régénération de la rouille verte carbonatée biogénique, de l'étape ii0) de réduction des ions nitrates et nitrites. Cela permet d'éviter que la présence du couple nitrate/nitrite inhibe partiellement l'étape de bioréduction par les bactéries ferri-réductrices.
Afin de mieux comprendre l'invention, la figure 1 annexée répertorie les différentes étapes pouvant être mises en œuvre lorsque des ions nitrates et des ions nitrites sont présents dans le milieu liquide à traiter. L'étape ii0) représente la dénitrification bactérienne et/ou la réduction dissimilatrice des ions nitrates en ammonium. Les ions nitrites étant des intermédiaires systématiques des métabolismes microbiens de dénitrification et de réduction dissimilatrice des ions nitrates en ammonium, l'étape ii0) peut être divisée en deux sous-étapes, une première sous-étape ii0a) de transformation des ions nitrates en ions nitrites et une deuxième sous-étape ii0b) de transformation des ions nitrites en produits de réduction N2O, N2 et NH4 +. L'étape i) représente la production initiale d'une rouille verte carbonatée de rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5 du procédé conforme à l'invention, par bioréduction d'un oxyhydroxyde de Fe(III). L'étape ii) représente la dénitrification abiotique par une rouille verte carbonatée de rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5 du procédé conforme à l'invention. L'étape iii) représente l'étape de réduction dissimilatrice du Fe(III) du procédé conforme à l'invention permettant la régénération de la rouille verte carbonatée de rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5.
Les inventeurs de la présente demande ont découvert que la vitesse de réduction abiotique des ions nitrites par la rouille verte carbonatée biogénique selon l'étape ii), pouvait concurrencer la réduction bactérienne des ions nitrites correspondant à l'étape ii0b), et ainsi prendre en charge cet intermédiaire. Il est alors envisageable de coupler la dénitrification biologique impliquant des bactéries capables de réduire les ions nitrates en ions nitrites (étape ii0a)) et la dénitrification abiotique impliquant la rouille verte carbonatée biogénique capable de réduire les ions nitrites en gaz azotés (étape ii)).
Le procédé conforme à l'invention présente donc l'avantage de pouvoir être réalisé en continu et de conduire à une dénitrification de milieux liquides beaucoup plus rapidement que les procédés connus de l'art antérieur (de l'ordre de quelques heures au lieu de plusieurs semaines).
Le procédé est peu coûteux, à régénération autonome impliquant un faible entretien, écologique car basé sur les processus naturels, et adaptable à la concentration en matières azotées à traiter.
Par ailleurs, il est connu qu'une accumulation d'ions nitrites se produit dans les stations d'épuration dont le fonctionnement est basé sur des principes de nitrification/dénitrification biologique mais également lorsque des cultures mixtes sont contenues dans les boues activées. Ainsi, l'intervention des rouilles vertes carbonatées biogéniques sur les ions nitrites, quels que soient les métabolismes présents, permet d'éviter leur accumulation et d'améliorer les rendements en azote gazeux. En effet, selon le procédé conforme à l'invention, l'intervention des rouilles vertes lors de la réduction des ions nitrates permet de prendre en charge environ 50% des ions nitrites présents dans le milieu liquide. La production d'ammonium n'est pas totalement évitée mais elle est nettement diminuée. Le procédé conforme à l'invention peut être utilisé dans les stations de traitement des eaux usées domestiques et industrielles, dans les stations de potabilisation et dans les stations de traitement du lisier ou de recyclage des boues.
Enfin, l'invention a également pour objet l'utilisation d'au moins une rouille verte carbonatée, répondant à la formule FeII 6(i-X)Fem 6xOi2H2(7-3x)CO3, dans laquelle le rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) varie de 1 à 1,5 pour catalyser, dans un milieu liquide, la réaction de réduction des ions nitrites sans production d'ammonium.
La présente invention est illustrée par les exemples ci-après, auxquels elle n'est cependant pas limitée.
EXEMPLES
Les matières premières utilisées dans les exemples qui suivent sont listées ci-après :
- Nitrate de sodium : Carlo-Erba Reagents 99%
- Nitrite de sodium : Sigma-Aldrich > 97%
- Acide chlorhydrique (HC1) à 37 % : Sigma-Aldrich 37%
- Eau distillée ultrapure et exempte d'oxygène (eau milliQ) : Millipore, eau préalablement dégazée sous N2 (Alphagaz, impuretés : H2O < 3 ppm, O2 < 2 ppni CnHn < 0,5 ppm) et filtrée à l'aide d'un filtre stérile (diamètre des pores du filtre : 0,22 μηι)
- Hydroxyde ferreux : Merck 99%
- Chlorure ferreux : Merck 99%
Les expériences de mise en contact de la rouille verte carbonatée biogénique avec les ions nitrites selon l'étape ii) du procédé conforme à l'invention ou avec les ions nitrates et les ions nitrites lorsque les étapes ii0) et ii) sont réalisées de façon simultanée, ont été conduites dans une boîte à gant vendu sous la dénomination commerciale Jacomex BS531 par la société Jacomex, sous atmosphère d'argon pour éviter l'oxydation de la rouille verte par l'oxygène présent dans l'air.
Les réactions ont été réalisées dans des bouteilles de verre de 100 mL et sous agitation rotative (10 rotations par minutes). Les conditions abiotiques ont été obtenues de la façon suivante : 0,1 g de rouille verte carbonatée biogénique (dénommée ci-après GRL ou GRF) obtenu par bioréduction de la lépidocrocite (Lp) de formule γ-FeOOH ou par bioréduction de la rouille verte ferrique (RVF) de formule Fem 6(OH)4(OOH)4CO3) a été dispersé par ultra-sons dans 59 mL d'eau milliQ et le pH a été ajusté à 7,5 ± 0,2 avec une solution d'HCl de concentration 1 M. Deux solutions mères d'ions nitrites et d'ions nitrates de concentration 0,3 M, exemptes d'oxygène ont été préparées. 1 mL de la solution mère d'ions nitrites ou d'ions nitrates selon l'étude réalisée, a été ajouté à la solution contenant la rouille verte carbonatée biogénique GRL ou GRF telle que préparée ci-dessus. Ainsi, la concentration initiale théorique en ions nitrites ou en ions nitrates est d'environ 5 mM au début de la réaction.
Toutefois, la concentration initiale en ions nitrites ou ions nitrates déterminée expérimentalement varie d'environ 4 mM à 7 mM. En effet, afin de préserver les conditions anaérobies du système, une imprécision existe sur le volume de la solution mère en ions nitrites réellement injecté dans les flacons fermés. Cette imprécision induit une concentration initiale en ions nitrites calculée expérimentalement qui peut être légèrement différente de la concentration initiale théorique en ions nitrites.
Des échantillons ont été collectés pendant le temps de réaction grâce à une seringue munie d'une aiguille afin d'analyser les concentrations en Fe(II), en ions nitrites, en ions nitrates (lorsque le milieu liquide contient des ions nitrates) et en ammonium lors de la réaction. Par ailleurs, les phases solides oxydées (oxyhydroxydes de Fe(III)) ont été centrifugées, séchées et caractérisées par analyse par diffraction des rayons X (DRX).
La concentration en Fe(II)totai a été déterminée après mélange de 0,5 mL d'un échantillon collecté et de 0,5 mL d'une solution d'HCl de concentration 1 M. La concentration en Fe(II)soiubie a été déterminée après filtration d'un échantillon sur un filtre en membrane de cellulose, de marque Minisart (diamètre des pores du filtre : 0,22 μηι) et mélange de 0,5 mL du filtrat obtenu et 0,5 mL d'une solution d'HCl de concentration 1M. Les concentrations en Fe(II)totai et Fe(II)soiubie ont été déterminées quelques secondes après le prélèvement de chacun des échantillons par la méthode modifiée de la 1,10-phénanthroline (Fadrus et Maly, Analyst, 1975, 100, 549-554).
Les concentrations en ions nitrites, ions nitrates et ammonium ont été déterminées à partir des mêmes échantillons filtrés que ceux utilisés pour déterminer la concentration en Fe(II)solubie par chromatographie ionique avec un appareil vendu sous la dénomination commerciale DIONEX ISC 3000.
Les valeurs de pH en solution ont été déterminées à l'aide d'un pHmètre vendu sous la dénomination commerciale Consort C830 par la société Fisher Bioblock Scientific et étalonné à pH 4, 7 et 10 avec des solutions étalons Fisher Scientific.
Les rouilles vertes carbonatées obtenues selon l'étape i) du procédé conforme à l'invention et les oxyhydroxydes de Fe(III) (phases solides oxydées) obtenues selon l'étape ii) du procédé conforme à l'invention, ont été soumis à une analyse par DRX. Pour éviter l'oxydation par l'air, les échantillons ont été prélevés sous atmosphère d'argon dans une boîte à gants (teneur en O2 d'environ 40 ppm) avec une seringue, puis ont été directement placés sur une pastille de silicium et séchés dans un dessicateur sous vide. La pastille contenant l'échantillon sec a été fixée dans une chambre anaérobie. Les mesures de diffractométrie de rayons X ont été réalisées avec une radiation Co Ka (λ = 0,17889 nm) à l'aide d'un diffractomètre vendu sous la dénomination commerciale Panalytical X'Pert Pro MPD monté selon la configuration Debye-Scherrer, en utilisant un miroir elliptique pour obtenir un flux élevé, un faisceau incident parallèle et un détecteur vendu sous la dénomination commerciale X'Celerator pour collecter les faisceaux diffractés. Les données ont été enregistrées en mode de balayage continu avec un angle 2Θ compris entre 5° et 80° et un pas de 0,0167°.
Les rouilles vertes carbonatées obtenues selon l'étape i) du procédé conforme à l'invention, ont été soumises à une analyse par microscopie électronique en transmission (MET). Un microscope électronique de marque Philips CM 20 opérant à 200 kV, équipé d'un spectromètre à énergie dispersive a été utilisé pour observer les phases solides. Une suspension des rouilles vertes carbonatées à analyser a été dispersée rapidement dans l'air sur une grille recouverte de carbone amorphe et a été chargée dans le support d'analyse du microscope. Les produits ont été identifiés à partir de modèles de diffraction d'aires sélectionnées et de l'analyse d'énergie dispersive.
Les rouilles vertes carbonatées obtenues selon l'étape i) du procédé conforme à l'invention, ont également été soumises à une analyse par spectroscopie Môssbauer en transmission (SMT). Les échantillons ont été préparés sous atmosphère d'azote dans une boîte à gants et rapidement transférés dans un cryostat sous atmosphère inerte d'hélium avant d'effectuer les mesures à 77 K ou à 8 K. La spectroscopie Môssbauer en transmission a été réalisée de 8 K à 295 K avec un cryostat Môssbauer à température variable proche du cycle de l'hélium, équipé avec une isolation vibratoire fabriquée par Cryo Industries of America, en utilisant un spectromètre vendu sous la dénomination commerciale Môssbauer à accélération constante avec une source de cobalt 57 noyée dans une matrice de rhodium et une activité de 50 mCi (millicuries) et calibré avec une feuille de fer de 25 μηι d'épaisseur à température ambiante. Les spectres ont été ajustés en utilisant des lignes de profil Lorentzien.
EXEMPLE 1
Préparation et caractérisation de rouilles vertes carbonatées biogéniques selon l'étape i) du procédé conforme à l'invention
Deux oxyhydroxydes de Fe(III), la lépidocrocite (Lp) et la rouille verte ferrique (RVF), ont été utilisés pour préparer respectivement par bioréduction selon l'étape i) du procédé conforme à l'invention, deux rouilles vertes carbonatées biogéniques dénommées GRL et GRF.
Dans un premier temps, des inoculums de souches de bactéries Shewanella putrefaciens CIP 59.28 équivalents à la Collection de Cultures de Type Américain (ATCC) 12099, ont été préparés selon la méthode décrite dans Ona-Nguema et al, Geochim. Cosmochim. Acta, 2009, 73, 1359-1381. La densité cellulaire de chaque inoculum a été déterminée par le nombre d'unités formant une colonie (UFC). Une concentration en bactérie ferri-réductrice de 5,75.109 UFC/ml a été utilisée dans les deux bioréductions suivantes.
La bioréduction de la Lp en rouille verte carbonatée biogénique GRL a été réalisée selon la procédure décrite dans Ona-Nguema et al, Environ. Sci. Technol., 2002, 36, 16-20 : une solution de Lp de concentration 80 mM et de pH 7,5 ± 0,2 a été préparée. Le milieu obtenu a ensuite été stérilisé par autoclave pendant 20 minutes à une température de 120°C, puis, une suspension de bactéries Shewanella putrefaciens CIP 59.28 a été ajoutée.
La bioréduction de la RVF en rouille verte carbonatée biogénique GRF a été réalisée selon la procédure décrite comme suivant : une suspension de RVF de concentration 80 mM et de pH 7,5 ± 0,2 a été préparée en boîte à gant sous atmosphère N2 dans de l'eau et des récipients préalablement stérilisés par autoclave pendant 20 minutes à une température de 120°C. Seule la RVF n'a pas été stérilisée car le chauffage à 120°C modifie sa structure. La stérilité de l'environnement de préparation a été assurée à l'aide d'un brûleur électrique d'Hofmann vendu par la société Horo Dr. Hofmann GmbH. Puis, une suspension de bactéries Shewanella putrefaciens CIP 59.28 a été ajoutée.
Des échantillons ont été collectés pendant la réaction pour suivre la production de Fe(II) et déterminer les taux de bioréduction des deux oxyhydroxydes de Fe(III). Les expériences ont été réalisées sur 12 jours pour la RVF et sur 26 jours pour la Lp. Immédiatement après que la suspension de bactéries ferri-réductrice a été ajoutée, on observe la production de Fe(II)totai- La figure 2 annexée montre l'évolution des concentrations en Fe(II)totai (Fe(II)tot, en mM) en fonction du temps (en jours) lors de la bioréduction de la RVF (ronds pleins) et lors de la bioréduction de la Lp (carrés pleins). La valeur n indique le nombre de réplicats identiques. D'après la figure 2a, 38,6 mM de Fe(II)totai ont été produits après 12 jours de bioréduction de la RVF, alors que la même concentration de Fe(II)totai a été produite après 24 jours de bioréduction de la Lp. Comme montré sur la figure 2b, le taux de bioréduction initial a pu être calculé sur les 5 premiers jours et selon une cinétique du second ordre. Il est alors de 5,29 mM/h pour la RVF et de 3,21 mM/h pour la Lp.
Ces résultats suggèrent une bioréduction presque deux fois plus rapide de la RVF par rapport à la Lp. Dans les deux expériences, les profils cinétiques sont similaires avec une production rapide de Fe(II)totai le premier jour, suivi d'une phase de décélération jusqu'au 7ieme jour et enfin, une production linéaire après 7 jours. Ces observations permettent de penser que le Fe(III) est plus disponible pour les bactéries ferri-réductrices Shewanella putrefaciens CIP 59.28 dans la RVF que dans la Lp.
Pendant la production de Fe(II)totai, l'aspect des rouilles vertes a été suivi par caractérisation minéralogique des précipités formés et les résultats sont reportés sur la figure 3 annexée. Ainsi, la figure 3a montre une analyse DRX de la RVF (partie basse) et de la rouille verte carbonatée biogénique obtenue GRF après 14 jours de bioréduction de la RVF (pics caractéristiques notés GR, partie haute). La figure 3b montre une analyse DRX de la Lp (partie basse), de la rouille verte carbonatée biogénique obtenue GRL après 14 jours de bioréduction de la Lp (partie intermédiaire) et après 33 jours de bioréduction de la Lp (pics caractéristiques notés GR, partie haute). Sur ces figures, l'intensité (en unités arbitraires, u.a) est fonction de l'angle 2 Thêta (2Θ). Ces analyses DRX indiquent que toute la RVF est réduite après 14 jours en une phase unique correspondant à de la rouille verte carbonatée alors que la bioréduction complète de Lp est observée après 33 jours d'incubation. La bioréduction de la RVF est donc plus rapide que celle de la Lp.
Par ailleurs, les rouilles vertes GRL et GRF respectivement obtenues après 33 jours de bioréduction à partir de la Lp et 12 jours de bioréduction à partir de la RVF ont été centrifugées dans une boîte à gant sous flux d'azote, lavées deux fois avec de l'eau milliQ, et séchées pour être caractérisées par analyses SMT et MET.
Les figures 4a et 4b annexées montrent respectivement la forme hexagonale des cristallites isolés de rouilles vertes carbonatées GRF et GRL observés par microscopie électronique en transmission (MET). Les diamètres moyens ont été respectivement mesurés sur 8 et 10 crystallites de GRF et GRL et sont respectivement de 2,29 ± 0,42 μηι et de 4,96 ± 0,44 μηι.
Les spectres Môssbauer sont reportés sur les figures 4c et 4d sur lesquelles la transmittance (en %) est fonction de la vitesse (en mm.s"1). Les spectres Môssbauer des échantillons de GRF (figure 4c) et GRL (figure 4d) mesurés à 77K présentent trois doublets quadripolaires. Le rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) dans les rouilles vertes carbonatées GRF et GRL peut être déterminé à partir des doublets Dl (attribué au Fe(II) de la rouille verte carbonatée), D2 (également attribué au Fe(II) de la rouille verte carbonatée) et D3 (attribué au Fe(III) de la rouille verte carbonatée) caractéristiques d'un spectre de rouille verte et du rapport des aires relatives correspondantes [AR(D1)+AR(D2)]/[AR(D3)]. Les rapports de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) de GRF et GRL sont donc respectivement de 1 et 1,25. Des rapports similaires peuvent être obtenus par calcul direct des concentrations molaires de [Fe(II) + Fe(III)]totai - Fe(II)totai dans les rouilles vertes carbonatées GRF et GRL. A partir d'une solution de Lp de concentration 80 mM, 38,6 mM de Fe(II)totai sont produits à 26 jours d'incubation alors qu'il reste 41,4 mM de Fe(III). A partir d'une solution de RVF de concentration 80 mM, 43,2 mM de Fe(II)totai sont produits à 12 jours d'incubation alors qu'il reste 36,8 mM de Fe(III). Les rapports de concentrations molaires de Fe(II)/Fe(III) de GRF et GRL estimés selon cette méthode sont donc respectivement de 0,93 et 1,17. Ces rapports théoriques sont légèrement sous-estimés puisqu'ils sont calculés à partir des valeurs de concentration de Fe(II)totai lors de l'analyse des derniers échantillons à 12 jours pour la bioréduction de la Lp et à 27 jours pour la bioréduction de la RVF et ne sont pas calculés à partir des valeurs réelles de concentration de Fe(II)totai à la fin des expériences, c'est à dire à 14 jours pour la bioréduction de la RVF et à 33 jours pour la bioréduction de la Lp. EXEMPLE 2
Réduction des ions nitrites présents dans un milieu liquide par mise en contact avec une rouille verte carbonatée biogénique GRg ou GRr selon l'étape ii) du procédé conforme à l'invention
Les rouilles vertes carbonatées biogéniques GRF et GRL obtenues ci-dessus à l'exemple 1 (0,1 g) ont été incubées avec 5,4 mM d'ions nitrites à pH 7,5.
Il a été observé que ces particules de rouilles vertes carbonatées sont en équilibre avec 0,59 mM de Fe(II)solubie- La figure 5 annexée montre l'évolution des concentrations (en mM) en ions nitrites (triangles pleins), ammonium (losanges pleins), et en Fe(II)totai (Fe(II)tot, ronds pleins) en fonction du temps (en heures).
Dans les deux expériences correspondant aux figures 5a et 5b, on observe après ajout de la solution de nitrite de sodium que le Fe(II)totai est immédiatement oxydé et les ions nitrites réduits. De plus, aucune formation d'ammonium n'est observée lors de l'utilisation de telles rouilles vertes biogéniques GRF et GRL, alors que l'utilisation d'une rouille verte synthétique GRQ conduit majoritairement à de l'ammonium (voir exemple comparatif 2 ci-après). Quand GRF est utilisée, la réaction est rapide les premières trente minutes avec l'oxydation rapide du Fe(II)totai et ensuite la réaction suit une seconde cinétique plus lente jusqu'à 48 heures de réaction (figure 5a). La réaction est arrêtée après 48 heures par épuisement total du Fe(II)totai- Avec GRL, les mêmes observations peuvent être formulées à la différence que l'oxydation totale du Fe(II)totai est plus lente et que la réaction n'est pas finie après 6 jours (ImM de Fe(II)totai est toujours présent après 6 jours) (figure 5b). Pour les deux réactions, le rapport de concentrations molaires Fe(II)0xydé O2réduit a été calculé après 48 heures de réaction ; il est de 2,1 pour GRF et GRL. Ceci suggère la mise en place du même type de réaction entre les ions nitrites et les deux rouilles vertes carbonatées biogéniques GRF et GRL. Cependant la cinétique de réduction des ions nitrites et d'oxydation du Fe(II)totai est plus élevée lorsque GRF est utilisée. Ceci peut s'expliquer par le fait que les particules de GRF sont plus petites que celles de GRL et présenteraient ainsi plus de sites de surfaces réactifs et donc une capacité à réduire plus vite les ions nitrites que GRL.
Les produits d'oxydation finaux des rouilles vertes carbonatées biogéniques GRF et GRL ont été caractérisés par DRX. La figure 6 annexée montre l'intensité (en unités arbitraires, u.a) en fonction de l'angle 2-Théta (en degrés). L'oxydation des rouilles vertes carbonatées biogéniques par les ions nitrites conduit à la production d'oxyhydroxydes de Fe(III) sans trace de magnétite. En effet, l'oxydation de la GRF et de la GRL conduit à un mélange de goethite (pics caractéristiques notés Gt) et de lépidocrocite (pics caractéristiques notés Lp) (figure 6, partie haute : oxydation de la GRF et partie basse : oxydation de la GRL).
De plus grandes quantités de rouilles vertes carbonatées biogéniques GRF et GRL obtenues ci-dessus à l'exemple 1 (0,3 g) ont ensuite été incubées avec 7 mM d'ions nitrites à pH 7,5. De ce fait, le rapport des concentrations molaires [ions Fe(II) présents dans la rouille verte carbonatée]/[ions nitrites] est de 3.
Dans les deux expériences correspondant aux figures 5c et 5d, on observe que ce rapport des concentrations molaires [ions Fe(II) présents dans la rouille verte carbonatée]/[ions nitrites] = 3, est suffisant pour la réduction complète des ions nitrites après 5 jours de réaction avec GRF (figure 5c) et ce toujours sans production d'ammonium. Avec GRL (figure 5d); la réaction est plus lente, probablement du fait de la taille plus importante de ces particules qui présentent ainsi moins de sites réactifs de surface. Pour les deux réactions, le rapport de concentrations molaires Fe(II)0xydé O2réduit a été calculé après 48 heures de réaction. Il est de 2,7 lorsque GRF et de 3,2 lorsque GRL est utilisée. La présence d'un excès de GRF ou GRL par rapport aux ions nitrites implique qu'au bout de 48 heures de réaction, la quantité d'ions nitrites réduite est similaire à celle réduite dans les expériences où 3 fois moins d'ions Fe(II)totai ont été utilisés. Par contre, davantage d'ions Fe(II)totai ont été oxydés, suggérant une réduction plus complète des ions nitrites. Le Fe(II)totai étant introduit en excès, seulement une partie de ce Fe(II)totai est oxydé.
EXEMPLE 3
Dénitrification bactérienne et accumulation des ions nitrites en milieu liquide selon l'étape iin) du procédé conforme à l'invention
Des expériences de réduction bactérienne des ions nitrates impliquant des bactéries modèles ont été menées avec 3 souches distinctes de l'espèce Shewanella (S. putrefaciens CIP 59.28, S. putrefaciens CIP 80.40 et S. oneidensis MR1). Chaque souche (2,5.109 UFC/ml) a été incubée avec 5 à 6,5 mM d'ions nitrates ou avec 4 à 5 mM d'ions nitrites à pH 7,5.
La figure 7 annexée montre l'évolution des concentrations en ions nitrates (en mM) (ronds pleins), ions nitrites (carrés pleins) et ammonium (triangles pleins) en fonction du temps (en minutes) lors de la mise en contact des ions nitrates (diagrammes de gauche) ou des ions nitrites (diagrammes de droite) avec les bactéries S. putrefaciens CIP 59.28 (figure 7a), avec les bactéries S. putrefaciens CIP 80.40 (figure 7b) et avec les bactéries S. oneidensis MRl (figure 7c).
Les souches S. putrefaciens CIP 59.28 et S. putrefaciens CIP 80.40 accumulent les ions nitrites en 90 minutes environ et la production d'ammonium apparaît au bout de 120 minutes environ. La souche S. oneidensis MRl accumule les ions nitrites en seulement 30 minutes environ et la production d'ammonium apparaît plus rapidement au bout de 90 minutes environ.
Les expériences ont montré que ces trois souches accumulent suffisamment d'ions nitrites pour envisager leur éventuelle prise en charge par les rouilles vertes carbonatées biogéniques.
EXEMPLE 4
Couplage de la dénitrification bactérienne et de la dénitrification abiotique (étapes iin) et ii) du procédé conforme à l'invention réalisées simultanément)
La figure 8 annexée montre l'évolution des concentrations en ions nitrates (en mM) (ronds pleins), ions nitrites (carrés pleins), ammonium (triangles pleins) et Fe(II)totai (Fe(II)tot, losanges pleins) en fonction du temps (en minutes) lors de la mise en contact de 6 mM d'ions nitrates avec 0,1 g de GRF biogénique et des bactéries S. putrefaciens CIP 59.28 (figure 8a), S. putrefaciens CIP 80.40 (figure 8b) et S. oneidensis MRl(figure 8c) (3,75.109 UFC/ml).
Les ions nitrates sont réduits rapidement par les bactéries en 1 à 2 heures selon la souche utilisée. Les ions nitrites sont observés comme intermédiaires. Les résultats démontrent que les bactéries convertissent dans un premier temps les ions nitrates en ions nitrites, puis, les bactéries réduisent une partie de ces ions nitrites conduisant à la production d'ammonium.
Par ailleurs, les ions Fe(II) de la rouille verte carbonatée biogénique sont oxydés, démontrant une intervention des particules de rouille verte dans le système. Aussitôt que tous les ions nitrates ont été réduits, l'activité ferri-réductrice est mise enjeu pour produire à nouveau du Fe(II).
Dans les figures 8a, 8b et 8c, on observe que la concentration en Fe(II)totai initiale (à t = 0) est sensiblement identique à la concentration en Fe(II)totai finale (à t = 300 minutes). Par ailleurs, des analyses DRX et MEB (microscopie électronique à balayage) non représentées montrent que l'on régénère bien une rouille verte carbonatée et que les particules de rouille verte sont de tailles similaires à celles des particules de la rouille verte de départ. Ainsi, on a bien régénération selon l'étape iii) d'une rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5.
La figure 9 annexée montre l'accumulation des ions nitrites (en mM) lors de la mise en contact de 6 mM d'ions nitrates avec des bactéries seules (2,5.109 UFC/ml) (trait plein) ou avec des bactéries (3,75.109 UFC/ml) et 0,1 g de GRp (trait pointillé) en fonction du temps (en minutes). Différentes souches de bactéries sont utilisées S. putrefaciens CIP 59.28 (ronds pleins), S. putrefaciens CIP 80.40 (carrés pleins) et S. oneidensis MR1 (triangles pleins).
D'après la figure 9, il apparaît qu'en présence de rouilles vertes, l'accumulation des ions nitrites est réduite de 50% lorsque les incubations sont réalisées avec les bactéries de souches S. putrefaciens CIP 80.40 et S. oneidensis MR1. Cela montre l'implication des rouilles vertes carbonatées biogéniques en présence de bactéries capables de réduire les ions nitrates.
EXEMPLE COMPARATIF 1
Réduction des ions nitrates en milieu liquide par les rouilles vertes
carbonatées biogéniques GRF et GRr
Des essais comparatifs de réduction des ions nitrates ont été menés avec la rouille verte GRF préparée selon l'exemple 1 et dont le rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) est de 1. La figure 10 annexée montre l'évolution des concentrations (en mM) en Fe(II)totai (=Fe(II)GRF+Fe(II)Soiubie) (Fe(II)tot, ronds pleins), en Fe(II)soiubie (Fe(II)soi, carrés pleins) et en ions nitrates (triangles pleins) en fonction du temps (en jours) lors de la mise en contact de 0,1 g de rouille verte carbonatée GRF avec 5 mM d'ions nitrates pendant 13 jours à un pH de 6,5 (figure 10a), à un pH de 7 (figure 10b), et à un pH de 10 (figure 10c).
Il est ainsi montré que les ions nitrates ne sont pas réduits par la rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) de 1.
La même réaction réalisée avec la rouille verte carbonatée GRL présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) de 1,25 et préparée selon l'exemple 1, montre la réduction des ions nitrates mais seulement après 5 mois d'interaction. EXEMPLE COMPARATIF 2
Préparation d'une rouille verte synthétique GRri et réduction des ions nitrites en présence de cette rouille verte
Une rouille verte synthétique GRCi répondant à la formule [Fen 4(i-X)Fem 4xOH8Cl.nH2O] a été préparée par oxydation à l'air d'une suspension d'hydroxyde ferreux en présence d'un léger excès de chlorure ferreux dissous (Refait et al, Corrosion Science, 1997, 39, 539-553).
La figure 11 annexée (partie basse) montre l'analyse DRX de la rouille verte synthétique GRCi ainsi obtenue (pics caractéristiques notés RV). Sur cette figure, l'intensité (en unités arbitraires) est fonction de l'angle 2Θ (en degrés). Selon la littérature, le rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) dans la rouille verte synthétique GRci est proche de 3 (Génin et al. , Solid State Sciences, 2004, 39, 705-718).
40 ml d'une suspension aqueuse de rouille verte GRQ (0,3 g) contient 2 mM d'ions Fe correspondant au Fe(II)solubie naturellement en équilibre avec la GRci. La figure 12a annexée montre l'évolution des concentrations (en mM) en ions nitrites (triangles pleins), ammonium (losanges pleins), en Fe(II)solubie (carrés pleins) et en Fe(II)totai (ronds pleins) en fonction du temps (en heures). L'injection de 5 mM de nitrite de sodium entraîne une diminution de la concentration en Fe(II)totai et en Fe(II)soiubie et une consommation rapide des ions nitrites. Le Fe(II) de la rouille verte et le Fe(II) soluble participent à la réaction et de l'ammonium est produit. Le Fe(II) soluble consommé réapparaît rapidement après 40 minutes par équilibration avec la rouille verte seulement quand les ions nitrites ont été complètement réduits. Il est supposé que l'absence de Fe(II)solubie pendant les premières 40 minutes s'explique par sa libération et sa consommation simultanées en présence des ions nitrites.
Afin de vérifier quel type de Fe(II) est impliqué dans la production d'ammonium, la dénitrification en présence d'une solution d'ions Fe issus d'une solution de FeCl2 de concentration 2 mM sans rouille verte carbonatée a été testée. Quatres mélanges de départ I0, II0, IIIo et IV0 contenant des concentrations variables de 0,05 mM à 0,5 mM en ions nitrites, 2 mM d'ions nitrates, 1 mM d'ions ammonium et 0 ou 2 mM d'ions Fe ont été préparés. La solution contrôle IVo ne contient pas d'ions Fe2+ (voir Tableau 1 ci-dessous). TABLEAU 1
La figure 12b annexée montre les concentrations (en mM) en ions nitrites (1er rectangles de couleur noire), ions nitrates (2ieme rectangles de couleur grise), ammonium (3ieme rectangles comportant des barres en biais) et ions Fe2+ (4ieme rectangles comportant des barres horizontales) dans les quatres mélanges fmaux I, II, III et IV respectivement obtenus après préparation des mélanges de départ I0, II0, IIIo et IV0 et réaction pendant 48 heures.
Dans toutes les conditions, le Fe réduit les ions nitrites sans production d'ammonium, impliquant la formation d'azote gazeux. Aucune réduction des ions nitrites n'a été observée dans la solution contrôle sans ions Fe et aucune réactivité des ions Fe avec les ions nitrates n'a été observée. Ainsi, la production d'ammonium dans l'expérience de réduction des ions nitrites par GRQ devrait être attribuée uniquement à la partie des ions nitrites réduits par la rouille verte synthétique GRQ.
Après lh30 (figure 12a), la réaction a été terminée, les ions nitrites ont été complètement réduits. Plus précisément, après 20 minutes, 0,67 mM d'ammonium a été formé et a été attribué à 0,67 mM d'ions nitrites réduits par la rouille verte sur 2,94 mM réduits au total à ce temps. Ainsi, les rouilles vertes contribuent seulement à 20% de la réaction quand des ions Fe coexistent. Ensuite, tous les ions Fe sont consommés entre 20 et 40 minutes et 54% des ions nitrites réduits sont convertis en ammonium. Ainsi, l'implication de la rouille verte a augmenté à 54% après la disparition des ions Fe . Cela implique néanmoins que 46% des ions nitrites sont toujours réduits en gaz azoté. Ceci pourrait suggérer que des ions Fe sont petit à petit remis en solution à partir de la rouille verte dès 20 minutes et que leur absence entre 20 et 40 minutes impliquerait qu'ils soient immédiatement oxydés par les ions nitrites dès le début de leur relargage. L'équilibre total à une concentration de 2 mM réapparaît seulement après lh30, lorsque les ions nitrites sont absents.
La figure 11 annexée (partie haute) montre également l'analyse DRX du produit obtenu après oxydation de la rouille verte synthétique GRCi par les ions nitrites. Le produit obtenu comprend un mélange de magnétite (pics caractéristiques notés Mt et de rouille verte synthétique GRQ résiduelle (pics caractéristiques notés RV). Ainsi, la différence de réactivité entre la rouille verte synthétique GRci et les rouilles vertes biogéniques carbonatées GRF et GRL (exemple 2) vis-à-vis des ions nitrites est également observée en minéralogie puisque les phases minérales oxydées obtenues lors de la réduction des ions nitrites sont différentes.
EXEMPLE COMPARATIF 3
Préparation d'une rouille verte synthétique GRrm et réduction des ions nitrites en présence de cette rouille verte
Une rouille verte carbonatée synthétique GRc03 répondant à la formule Fen 4Fem 2(OH)i2CO3.3H2O a été préparée par co-précipitation de FeSO4.7H2O et Fe2SO4.5H2O en condition d'anoxie. Le rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) dans la rouille verte carbonatée synthétique GRc03 obtenue était de 2 (Bocher et al, Solid State Sciences, 2004, 6, 117-124). La rouille verte a ensuite été centrifugée, lavée avec de l'eau dégazée et séchée au dessicateur sous vide en condition d'anoxie.
La GRco3 synthétique ainsi obtenue (0,1 g de poudre) a été remise en suspension aqueuse en présence de 6,5 mM d'ions nitrites à pH 8 dans un volume de 60 ml. La figure 13 annexée montre l'évolution des concentrations (en mM) en ions nitrites (triangles pleins) et en ammonium (losanges pleins) en fonction du temps (en heures).
Il est observé qu'après 48 heures de mise en contact des ions nitrites avec GRco3, 3,05 mM d'ions nitrites sont réduits et 0,70 mM d'ammonium est produit. Cela permet de conclure qu'au moins une partie non négligeable des ions nitrites sont réduits en ammonium. EXEMPLE 5
Couplage de la dénitrifïcation bactérienne et de la dénitrifïcation abiotique (étape iin) et ii) du procédé conforme à l'invention réalisées simultanément mettant en œuyre un consortium biologique autochtone d'une eau épurée comprenant des ions nitrites ou des ions nitrates
Deux expériences ont été réalisées pour déterminer la capacité des bactéries autochtones d'une eau usée épurée à réduire les ions nitrates et nitrites en présence ou en l'absence des rouilles vertes biogéniques carbonatées GRL et GRF telles qu'obtenues à l'exemple 1.
Il est important de noter que cette eau usée épurée comprenait environ 60 mg/1 d'ammonium avant les expériences, du fait vraisemblablement d'un dysfonctionnement dans le traitement de nitrification utilisé dans la station d'épuration Rhysostep® SAUR de Douy-la-Ramée (77), d'où elle a été prélevée. Cette station est de type filtres plantés de roseaux.
Dans une première expérience, cette eau usée épurée a été incubée avec 76,4 mg/1 N-NO2 ~ environ.
Les expressions « mg/1 N-NO2 ~ », « mg/1 N-NO3 " », et « mg/1 N-NH4 + » signifient respectivement les concentrations en azote (en mg/1) contenu dans NO2 ", dans NO3 ", et dans NH4 +.
La figure 14 annexée montre l'évolution des concentrations (en mg-N/1) en ions nitrites (triangles pleins) et en ammonium (losanges pleins) en fonction du temps (en jours) dans cette eau usée épurée comprenant des ions nitrites, en l'absence de rouille verte carbonatée biogénique (figure 14a), en présence de GRL (figure 14b) ou en présence de GRF (figure 14c).
Dans l'eau usée épurée seule (i.e. sans rouille verte carbonatée biogénique), 30,6 mg/1 N-NO2 " sont réduits en 5 jours sans production d'ammonium (figure 14a). Lorsque la rouille verte carbonatée biogénique est présente dans l'eau usée épurée, la réduction des ions nitrites est fortement améliorée toujours sans aucune production d'ammonium (figures 14b et 14c). En effet, après 4 jours d'incubation, 70,4 mg/1 N-NO2 " et 76,4 mg/1 N-NO2 " sont réduits en présence respectivement de GRL et GRF. Ainsi, la réactivité de la rouille verte biogénique carbonatée dans cette eau usée épurée n'est pas altérée et reste similaire à celle déjà observée sur des eaux synthétiques. Ces résultats démontrent que la rouille verte carbonatée biogénique présente une forte réactivité vis-à-vis des ions nitrites (étape ii) du procédé conforme à l'invention) même dans un milieu liquide naturel comprenant un consortium biologique naturel (i.e. une eau usée épurée comprenant un consortium biologique autochtone). La rouille verte carbonatée biogénique réduit les ions nitrites en gaz azotés sans produire d'ammonium.
Cette expérience montre la réactivité de la rouille verte carbonatée biogénique vis-à-vis des ions nitrites dans l'eau usée épurée.
Dans une deuxième expérience, l'eau usée épurée telle que définie ci-dessus a été incubée avec des ions nitrates.
La figure 15 montre l'évolution des concentrations (en mg-N/1) en ions nitrates (ronds pleins), nitrites (triangles pleins) et ammonium (losanges pleins) en fonction du temps (en jours) dans cette eau usée épurée comprenant des ions nitrates, en l'absence de rouille verte carbonatéee biogénique (figure 15a) ou en présence de GRL (figure 15b).
La figure 15a montre que dans l'eau usée épurée incubée avec 73 mg/l N-NO3 ~ et en l'absence de GRL, 28,6 mg/1 N-NO3 " sont réduits le premier jour avec une accumulation maximale en ions nitrites de 16,8 mg/1 N-NO2 ~ pendant la première heure et aucune production d'ammonium n'est observée. Par ailleurs, aucune réduction supplémentaire du nitrate n'est observée les jours suivants.
La figure 15b montre que dans l'eau usée épurée incubée avec 83,9 mg/1 N-NO3 " en présence de GRL (Figure 2b), les ions nitrates sont complètement réduits en 4 jours, toujours sans production d'ammonium, avec 47,1 mg/1 N-NO3 " réduits le premier jour et une accumulation maximale en ions nitrites de 24,4 mg/1 N-NO2 ".
Ainsi, la réduction des ions nitrates en présence de rouille verte carbonatée biogénique et d'un consortium biologique naturel est nettement améliorée par rapport à celle conduite en présence d'une eau comprenant un seul type de bactéries pures (cf. exemple 4). L'accumulation des ions nitrites est moins prolongée dans le temps, suggérant que la rouille verte carbonatée biogénique réagit avec les ions nitrites au fur et à mesure de leur production.
Ces résultats peuvent s'expliquer par le fait qu'en présence d'une rouille verte carbonatée biogénique conforme à l'invention, le consortium biologique autochtone de l'eau usée épurée semble utiliser le « pool » de carbone organique uniquement pour catalyser la transformation des ions nitrates en nitrites (étape ii0a) (figure 1), les ions nitrites sont ensuite à leur tour réduits par la rouille verte carbonatée biogénique en gaz azotés (étape ii); alors que lorsque l'eau usée épurée est soumise à une dénitrification purement biologique, le consortium biologique autochtone semble utiliser le « pool » de carbone organique pour catalyser la transformation des ions nitrates en nitrites et la transformation des ions nitrites en gaz azotés (étapes ii0a et ii0b) (figure 1).
Ainsi, en présence de la rouille verte carbonatée biogénique de l'invention, la transformation des ions nitrites en gaz azotés est majoritairement abiotique et ne nécessite pas directement l'apport supplémentaire de carbone organique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de dénitrification minérale biologiquement assistée en milieu liquide, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : i) une étape de préparation d'une rouille verte carbonatée par bioréduction d'un oxyhydroxyde de Fe(III) en conditions anaérobies en présence d'une culture d'au moins une bactérie présentant une activité ferri-réductrice jusqu'à obtention d'une rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5 ;
ii) une étape de réduction des ions nitrites présents dans un milieu liquide par mise en contact de ladite rouille verte carbonatée présentant un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5 et d'un milieu liquide comprenant des ions nitrites, ladite étape conduisant à la formation d'un ou plusieurs gaz azoté(s), et à la production de Fe(III) associé à une phase solide comprenant un ou plusieurs oxyhydroxydes de Fe(III) et/ou un ou plusieurs hydroxydes de Fe(II)-Fe(III) carbonatés ;
iii) une étape de bioréduction dudit Fe(III) produit à l'étape ii), en présence d'une culture d'au moins une bactérie présentant une activité ferri-réductrice pour obtenir une rouille verte carbonatée avec un rapport de concentrations molaires Fe(II)/Fe(III) variant de 1 à 1,5.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyhydroxyde de Fe(III) utilisé dans l'étape i), est choisi parmi la lépidocrocite, la rouille verte ferrique et la ferrihydrite.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les étapes de bioréduction i) et iii) sont indépendemment effectuées en présence d'une culture pure d'au moins une bactérie présentant une activité ferri-réductrice.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bactéries présentant une activité ferri-réductrice utilisables lors des étapes i) et iii), sont indépendemment choisies parmi les espèces bactériennes de milieux aquatiques appartenant aux genres Shewanella, Geobacter, Pseudomonas, Desulfovibrio, Geothrix et Pelobacter.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de bioréduction lors de l'étape iii) varie de 5 heures à 5 jours.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la concentration en bactérie ferri-réductrice lors des étapes i) et iii) est supérieure à 10 UFC/ml.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de contact lors de l'étape ii) est inférieure à 5 jours.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce la quantité de rouille verte utilisée au cours de l'étape ii) est telle que le rapport des concentrations molaires [ions Fe(II) présents dans la rouille verte carbonatée]/[ions nitrites] est d'au moins 3.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes ii) et iii) sont réalisées simultanément au cours d'une seule et même étape.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est réalisé en continu et lesdites étapes ii) et iii) sont réitérées jusqu'à épuisement total éventuel des ions nitrites dans le milieu liquide de départ.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une étape ii0) de réduction des ions nitrates présents dans le milieu liquide en ions nitrites, en présence d'une culture d'au moins une bactérie capable de réduire les ions nitrates en ions nitrites, est réalisée de façon préalable à l'étape ii).
12. Procédé selon la revendication 1 1, caractérisé en ce que les bactéries utilisables lors de l'étape ii0), capables de réduire les ions nitrates en ions nitrites, sont choisies parmi les genres Alcaligenes, Paracoccus, Thiobacillus, Vibrio, Desulfovibrio, Shewanella, Micrococcus, Geobacter, Pseudomonas et Bacillus.
13. Procédé selon la revendication 1 1 ou 12, caractérisé en ce que le temps de réduction lors de l'étape ii0) varie de 2 heures à 24 heures.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la concentration en bactéries capables de réduire les ions nitrates en ions nitrites lors de l'étape ii0) est d'au moins 10 UFC/ml.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la quantité de rouille verte utilisée au cours de l'étape ii) est telle que le rapport des concentrations molaires [ions Fe(II) présents dans la rouille verte carbonatée]/[ions nitrates] est d'au moins 3.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que les étapes ii0), ii) et iii) sont réalisées simultanément au cours d'une seule et même étape.
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