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Le principe du réacteur biologique
Depuis quelques années, les réacteurs biologiques qui se sont imposés sont réalisés sous pression. Il est important, de nettoyer régulièrement le média du réacteur. La cuve du réacteur biologique est un filtre qui permet des séquences de lavage appropriées pour que le réacteur puisse fonctionner en continu.
Les principaux média utilisés sur le marché sont la BIOCLINE et le BIOGROG, qui ont la propriété de bien fixer le développement bactérien. Lorsque la teneur en ammoniaque de l'eau brute est permanente et dépasse quelques dixièmes de ppm, il est nécessaire d'avoir recours à l'oxydation biologique, réalisée par les bactéries spécialisées : les bactéries nitrifiantes. Ces bactéries sont omniprésentes dans le milieu naturel : dans les sols et dans les eaux. L'oxydation biologique de l'ammoniaque est la nitrification bactérienne.
Ces bactéries sont autotrophes et aérobies, c'est-à-dire qu'elles se multiplient sur milieu exclusivement minéral, sans apport organique exogène et riche en oxygène dissous.
Il ressort de l'équation ci-dessous que la nitrification de 1 ppm d'azote ammoniacal exprimé en N-NH4+ requiert :
* 4,25 ppm d'oxygène dissous,
*8,5 ppm de bicarbonate (HCO3) : environ 0,7° T AC exprimé en degrés français.
Le taux de croissance des bactéries nitrifiantes, donc le rendement de la nitrification, est fonction de la température, du pH, et du niveau de concentration en substrats (azote, carbone minéral, phosphore, oxygène).
La température joue un rôle important dans les réactions de nitrification, comme dans la plupart des processus biologiques. Pour une chute de température de 10°C, le taux de croissance est divisé par deux approximativement et le rendement de nitrification chute.
L'effet de la température est surtout très important pendant la période d'ensemencement.
Les conditions d’emploi
Plusieurs points importants:
Un filtre biologique est long à se mettre en route: il faut compter en moyenne 4 à 5 semaines. Mais aujourd'hui, grâce à des activateurs biologiques, il est possible de réduire ce délai de moitié. Les souches de bactéries sont préparées en laboratoires, ce qui est le gage d’une sécurité dans le développement de bonnes bactéries dans le réacteur biologique.
Il est essentiel de savoir qu’un filtre biologique ne doit pas être arrêté plus d’une 1/2 h sous peine de devoir attendre 2 à 4 semaines pour le voir fonctionner à nouveau.
Il est impératif également que le réacteur biologique reçoive constamment sa dose d'ammoniaque, faute de quoi il deviendrait inopérant.
Le cycle de l’azote et la formation d’ammoniaque
En milieu aquatique,
l'azote existe sous différentes formes :
- azote moléculaire N2
- L'azote organique dissous (urines, acides aminés...)
- L'azote organique constitutif des tissus de la matière vivante (phyto et zoo-plancton).
- L'azote minéral est issu de la dégradation de l’azote organique et ensuite excrété par les branchies et dissout dans l'eau, il se dissocie rapidement pour produire des ions ammonium (NH4+) et des ions hydroxyde (OH-). L'ammoniaque, par oxydation, va se transformer en nitrites et ensuite en nitrates par l'action des bactéries nitrifiantes. Les poissons supportent mieux une forte teneur en nitrates qu'en nitrites ou en ammoniaque.
Les nuisances engendrées par l’azote ammoniacal
Le problème de l'azote se pose à plusieurs niveaux en ce qui concerne la vie aquatique.
Nuisances sur l'environnement aquatique :
- L'ammoniaque est la forme la plus favorable à l'eutrophisation parce que la plus assimilable. Ce phénomène se traduit en été par la prolifération d'algues microscopiques.
- Lorsque la température le permet, la nitrification de NH4+ en NO3- contribue à appauvrir le milieu en oxygène dissous.
- L'ammoniaque est toxique pour les poissons et la vie aquatique en général, toxicité qui dépend à la fois de la concentration (en pisciculture, la dose d'ammoniaque supportable par les Salmonidés est de l'ordre de 0,5 mg/l à 1,5 mg/l), mais surtout du pH car la forme NH3 (ammoniaque libre) est beaucoup plus toxique que la forme NH4+. Les poissons meurent par empoisonnent direct.
Nuisances sur le plan physiologique
- Perturbe le système d'osmorégulation en augmentant la perméabilité totale du poisson.
- Perturbe la respiration en détruisant la couche de mucus des branchies et provocant leur gonflement.
- Perturbe la prise d'oxygène en entravant le flux d'eau par l'irritation des branchies qui stimule la production de nouvelles cellules sur la surface des lamelles. Phénomène appellé "hyperplasie"
- Perturbe le transport de l'oxygène par l'hémoglobine.
- Favorise certaines maladies (ex. la maladie bactérienne des branchies et la pourriture des nageoires).
- Perturbe l'équilibre normal du poisson, constituant un facteur de stress : mauvaises conditions du milieu donc tentative de fuite puis d'adaptation. Réduction du système immunitaire.
- A des doses mortelles, elle détruit les membranes muqueuses de la peau et de l'intestin du poisson, provoquant des saignements externes et des hémorragies des organes internes.
Les substrats bactériens
Les biosphères
Dans les eaux d'élevage, pour diminuer la teneur en ammoniaque issue de l'excrétion des poissons, on utilise la propriété qu'ont certaines bactéries fixées de pouvoir oxyder l'ammoniaque en nitrites et nitrates, composés beaucoup moins toxiques. L’efficacité de ce procédé biologique est en grande partie liée à la qualité du substrat.
L'utilisation des BIOSPHERES, constituées d'une touffe de fibres synthétiques entourées d'arceaux plastiques, qui présentent des caractéristiques très intéressantes :
- une forte surface spécifique, de 2000 m2/m3 permettant la fixation d'une biomasse importante de bactéries.
- un abattement de 2 kg d’ammoniaque par jour par m3 de substrat (ce qui correspond à une quantité d'aliment distribuée par jour entre 60 et 75 kg )
- un colmatage inexistant, évitant tout lavage ce qui représente des gains de temps appréciables , une économie d'eau et une simplification des filtres
- une très faible perte de charge permettant l'utilisation dans des filtres à surface libre
- une mise en oeuvre très simple
- la possibilité de réaliser des phases de dénitrification.
L’élimination des ions NH4+ zéolite clinoptilolite
Actuellement, on connaît plusieurs méthodes d'élimination du cation NH4+ :
- L'extraction (échange d'ions)
- L'oxydation biologique (nitrification-dénitrification)
Le phénomène d'échange d'ions :
La zéolite clinoptilolite est un échangeur d'ions, sous forme d'une masse de granulés, permettant d'absorber des ions contenus dans une solution en restituant à cette solution des quantités équivalentes d'autres ions. Les principaux ions rencontrés dans l'eau et dans les solutions aqueuses sont :
- Les ions chargés positivement (les cations) : le calcium CA2+, le magnésium Mg2+, le potassium K+.
- Les ions chargés négativement (les anions) :
L'hydrogénocarbonate HCO3-, le carbonate CO32-, le chlorure Cl-, le sulfate SOH2 et le nitrate NO3-.
L'échange ne peut avoir lieu qu'entre ions de même polarité. Par conséquent, la zéolite clinoptilolite, échangeur de cations, n'échange que des cations. Ainsi, seuls les ions Na+, K+, Ca2+, Mg2+ pourront intervenir sur la zéolite clinoptilolite et l'ion NH4+ va être retenu sélectivement. La législation française interdit l'emploi de certaines résines pour le traitement des eaux ; en conséquence, l'utilisation de cet échangeur d'ions se révèle particulièrement intéressante en pisciculture, d'autant que ce phénomène d'échange est réalisé en un temps très court lorsque l'eau vient au contact de la zéolite clinoptilolite.
Le phénomène d'oxydation :
Outre cette propriété "d'éponge" à ammoniaque, les cavités de la zéolite clinoptilolite permettent la nidification des bactéries qui peuvent se fixer rapidement et en grand nombre. Support poreux exceptionnel qui, en plus de favoriser le développement des bactéries, les protège contre les agressions extérieures et permet de maintenir une activité bactérienne aérobie, sans fermentation toxique. La zéolite clinoptilolite s'avère donc être également un excellent support biologique.
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