• les bactéries filamenteuses (engainées) facilement reconnaissables à l'examen microscopique, d'autant plus que certaines espèces très caractéristiques sont observées dans de nombreux cas. A titre d'exemple, je citerais : "Leptothrix", ce genre est aérobie, hétérotrophe (c'est-à-dire qui utilise le carbone organique).
• les bactéries pédonculées avec un seul genre "Gallionella". C'est une bactérie aérobie, autotrophe, qui développe à partir d'une pellicule de terrain (grain de sable) de longs pédoncules filamenteux, torsadés du fait de la rotation permanente de la bactérie sur elle-même.
• les bactéries vraies ou eubactériales (coques, bâtonnets, vibrions, etc ...).

Voir ci-joint un tableau de certaines bactéries intervenant dans l'oxydation du fer :
(sources : P.Mouchet, TSM n°401, juillet/aout 1989)

Comme le souligne P.Mouchet, la classification des ferrobactéries a été sujette à de nombreuses controverses et modifications [par ex. ; WINOGRADSKY, 1888 ; STAR-KEY, 1945 ; PRINGSHEIM, 1949 ; STOKES, 1954 ;
HÔHNL, 1955 ; MULDER & VAN VEEN, 1963 ; MULDER, 1964 ; PETITPREZ & LECLERC, 1969 ; HANERT, 1981a et 1981b] > elle est donc peut-être susceptible d'évoluer encore à l'avenir.

Les bactéries du fer (et du manganèse) sont très répandues dans la nature, non seulement dans les eaux souterraines, les puits, les stations de traitement d'eau, les tuyauterie d'eau brute ou d'eau traitée, mais également dans les sources, les étangs, sur les sédiments des lacs, etc ... L'ensemencement naturel des installation de traitement pose donc, en général, et surtout dans le cas du fer, peu de problèmes.

Leurs conditions de croissance sont essentiellement :

• la température
• le pH
• l'oxygène dissous
• le potentiel Redox
• le rH (il s'agit d'une fonction combinée du pH et du potentiel Redox)
• la concentration en fer et en manganèse
• la salinité
• la teneur en matière organique.

Les risques de limitation des bactéries du fer seront très rares dans les eaux naturelles. La seule condition impérative est de les placer dans des conditions de pH et de potentiel redox (c'est-à-dire de rH) correspondant à leur domaine d'activité. Ceci est illustré dans le tableau suivant :

Teneur en oxygène dissous	0.2 à 3 mg/l
Potentiel d'oxydo-réduction (redox)	100 à 600 mV
rH	14 à 20
pH	5.5 à 7.5

Photo de ferrobactérie (microscope)

Modes d'action des bactéries du fer.
La déferrisation biologique, dans son principe, ne diffère pas fondamentalement des procédés d'oxydation (à l'air) et de filtration. Il s'agit d'un phénomène de nature catalytique, qui induit une oxydation du fer permettant de combiner les phases d'oxydation et de filtration dans un seul appareil, même si le pH est inférieur à 7.
Ainsi, de nombreuses bactéries permettent, en milieu aérobie une oxydation biologique du fer. Pour certaines bactéries, l'oxydation de ce métal est indirecte : elle est due à l'augmentation du pH liée à la croissance de ces bactéries. Cette augmentation du pH au voisinage de la bactérie permet l'oxydation du fer par l'oxygène à une vitesse variable.
On notera que pour les métaux complexés aux matières organiques, diverses bactéries hétérotrophes utiliseraient la fraction organique des complexes fer/matière organiques, ce qui libérerait le fer et permettrait sa précipitation par voie catalytique au voisinage de leurs capsules. Ce retour des métaux à l'état minéral pourrait permettre à des bactéries autotrophes de prendre le relais pour leur oxydation et leur précipitation.

Limites pratiques du procédé.
Dans les conditions standards (décrites plus loin), on peut traiter des eaux ne présentant pas d'autres nuisances que fer et dont les teneurs de certains éléments ne peuvent généralement pas dépasser des valeurs limites données ici :

Eléments	Limites
Fer total (Fe2+Fe3)	7 mg/l Fe
Manganèse	0.05 mg/l Mn2
Silice	15 mg/l SiO2
Chlore libre	0.3 mg/l Cl2
Ammoniaque	2 mg/l NH4
Turbidité	2 NTU
pH de l'eau à traiter	> 7.3

et par ailleurs, la teneur en oxygène dissous ne devrait pas dépasser une valeur donnée (liée au pH de l'eau), selon le graphique suivant :

REMARQUES SUR CE DERNIER POINT :
II peut arriver que la déferrisation biologique soit envisageable, en dehors des limites susnommées : lorsqu'une partie importante du fer est complexé, des teneurs en O₂ dissous supérieures aux valeurs exprimées par la courbe peuvent tout à fait être envisagés, dans la mesure ou ce fer complexé ne pourra pas s'oxyder chimiquement à l'air (par des quantités d'air standard). Des cas de figures existent ou les quantités d'oxygène sont de 2 à 8 fois plus importantes que prévu.
A l'inverse, le procédé doit encore être simplifié (par suppression de l'injection d'air) lorsque les coordonnées pH/oxygène dissous de l'eau brute définissent un point situé sur ou au voisinage de la courbe.
Conditions non standards :
Les conditions non standards s'appliquent aux eaux dont certains éléments présents entraînent une modification légère du procédé, mais qui peuvent cependant être traitées par un système biologique. Ce cas est celui ou la présence de manganèse est supérieure à 0,05 mg/l ou l' hydrogène sulfuré (H₂S) est soupçonnée.
Chaque cas devrait être étudié spécifiquement

PROCEDE BIOLOGIQUE :
Cette filière comportera simplement un filtre à sable et :

• une injection d'air (éventuel selon teneur dans l'eau à traiter),
• une neutralisation du chlore actif, si sa présence dans l'eau à traiter et également sur les eaux de lavage du filtre biologique est détecté ( si Cl₂ > 0,3 mg/l),
• une injection (faible) de réactif coagulant si cela s'avère nécessaire.

REMARQUES - Compacité des installations biologiques :
Ceci est illustré, pour une installation de 100 m3/h, par la figure suivante.

Avantages de la déferrisation biologique.

• Oxydation rapide : la tour d'oxydation est inutile (une injection d'air sous pression en ligne suffit),
• Réactifs souvent inutiles (pour la correction de pH ou la floculation),
• Capacité de rétention du fer importante.

Le fer est retenu sous forme très compacte. Il en résulte une capacité de rétention du fer (entre 2 lavages) très élevée. Comme pour la déferrisation par voie physico-chimique, cette capacité est fonction de la teneur initiale en fer de l'eau brute, mais est plus importante que dans le cas de la déferrisation physico-chimique. Il en résulte une économie appréciable sur la dépense en eau de lavage.

» Vitesse de filtration élevée :
Grâce à la nature du floc, les vitesses de filtration sont en général 2,5 à 5 fois plus importantes.

» Augmentation de la taille effective du sable :
Les fortes vitesses de filtration sont favorisées par la possibilité de choisir un sable plus gros, grâce à la nature des précipités formés et à la morphologie des bactéries. En pratique, on peut choisir un sable de taille effective de 1,30 mm ou même davantage. Ce qui induit que la perte de charge dans le matériau reste pratiquement identique, malgré l'augmentation de vitesse.

» Amélioration de fonctionnement d'anciennes installations :
Selon les cas, on peut procéder à la rénovation d'usine en adoptant une ou plusieurs des mesures suivantes :

• changement des conditions d'aération,
• changement du milieu filtrant,
• suppression des réactifs, en particulier les oxydants forts,
• modification du pH,
• pré-chloration reportée en post-traitement.

Pour finir, par sécurité, et afin de s'assurer de la faisabilité de la déferrisation biologique, il est souvent préférable de procéder à un essai pilote sur le site. Quinze jours d'essais sont suffisants pour vérifier si le procédé fonctionne correctement.

Variantes.
Présence de micropolluants : utilisation de bicouche (charbon-sable) pour la filtration.

Turbidité > 1 NTU : mise en oeuvre d'une coagulation/floculation directe sur sable ou bicouche.

Manganèse : lorsque l'eau contient simultanément du fer et du manganèse (> 0,5 mg/l) on est obligé d'observer des conditions de rH différentes pour l'oxydation de ces deux éléments par voie biologique. En outre, l'élimination du manganèse ne commencera que lorsque celle du fer sera terminée. On pourra donc adopter le schéma suivant :

• première aération réglée par la déferrisation biologique,
• première filtration : déferrisation biologique,
• deuxième aération et/ou relèvement du pH,
• deuxième filtration : démanganisation physico-chimique avec oxydant complémentaire,
  ou démanganisation biologique.

La présence simultanée de fer et de manganèse limite donc à priori l'intérêt de traiter biologiquement ces deux éléments (étude nécessaire).

Ammoniaque : il ne perturbe pas sensiblement les processus biologiques de déferrisation et/ou de démanganisation. Ce paramètre n'est donc pas limitatif. Son oxydation par le chlore en amont du réacteur biologique n'étant pas envisageable, celle-ci devra être réalisée en aval. Un temps de contact minimum de 30 minutes (selon certains auteurs 1h) est à prévoir pour assurer cette oxydation. Les conditions de pilotage de l'injection de chlore devront être étudiées avec un soin tout particulier.

Ozone en post-traitement. : lorsque la filière prévoit une désinfection par l'ozone en phase finale du traitement, la filière biologique est à éviter en présence de manganèse. Il apparaît en effet difficile de maintenir par ce procédé un résiduel en manganèse dans l'eau traitée inférieur à 20 µg/l.
Le dépassement de ce seuil peut générer, après oxydation par l'ozone, une coloration rosé de l'eau distribuée (à vérifier par des tests).

Divers.
Utilisation d'eau traitée (pour les lavages) : de l'eau traitée sera prélevée avant l'injection de chlore (ou d'ozone) ou déchlorée (injection d'hyposulfite sur le refoulement de la pompe de lavage).
Neutralisation des oxydants de l'eau de lavage (si Cl₂ > 0,3 ppm) :
Les réactifs à utiliser peuvent être, soit l'hyposulfite de sodium, soit le bisulfite de sodium ; les taux de traitement en produit pur à mettre en oeuvre sont stochiométriquement de :

CONCLUSIONS GENERALES
La déferrisation biologique est le traitement de choix des eaux à pH acide, neutre ou très faiblement alcalin, riches en fer et éventuellement en silice, mais dépourvues d'acides humiques et d'éléments toxiques tels que H₂S (qui peut toutefois être éliminé par une aération ouverte), métaux lourds (par exemple, inhibition au-dessus de 0,1 à 0,2 mg/l de zinc), certains micropolluants organiques, etc.

(sources : plaquette CGE/OTV)

On constate qu'à l'exception des bactéries pédonculées ou Caulobactériales (du genre Gallionella) qui n'oxydent que le fer, et de quelques espèces généralement réputées hétérotrophes, on y retrouve les grands groupes que nous avons déjà vus à propos des ferrobactéries ; certaines espèces, appartenant aux genres Leptothrix, Hyphomicrobium, Siderocapsa, Siderocystis, etc.
Elles sont même capables d'oxyder indifféremment le fer ou le manganèse, mais dans des conditions de milieu différentes.

Lorsque ces conditions sont favorables, toutes ces bactéries sont capables de provoquer ou d'accélérer, en milieu aérobie, une oxydation du manganèse par l'oxygène dissous.
Pour certaines de ces bactéries, l'oxydation de l'ion Mn²⁺ serait indirecte, grâce à l'augmentation de pH liée à leur croissance : les conditions alcalines ainsi créées au voisinage immédiat de la bactérie permettent en fait que l'oxydation chimique du manganèse soit suffisamment rapide.

Toutefois, la plupart du temps il s'agit d'un processus biocatalytique pouvant se dérouler, comme dans le cas des bactéries du fer, suivant diverses modalités :

• soit une oxydation primaire intracellulaire par voie enzymatique ; l'hypothèse actuellement adoptée met en cause une catalase, qui agirait comme peroxydase en produisant du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) au cours de l'oxydation métabolique des matières organiques;
• soit un mécanisme en deux phases :
  1. d'abord une adsorption du manganèse dissous (Mn²⁺) à la surface de la membrane cellulaire, par attraction électrostatique entre les ions positifs divalents du métal et les polymères extracellulaires de la bactérie, qui sont chargés négativement,
     puis une oxydation par voie enzymatique, comme dans le cas précédent,
  2. soit une simple action catalytique au voisinage de la cellule, sous l'influence des biopolymères sécrétés par les bactéries.

La finalité des différents phénomènes peut correspondre à divers objectifs ; on peut penser en premier lieu, comme dans le cas du fer, à la fourniture d'énergie pour les organismes autotrophes ; toutefois, l'autotrophie stricte sera encore moins courante chez les bactéries du manganèse que chez celles du fer, car l'oxydation du manganèse divalent sous ses diverses formes fournit encore moins d'énergie que celle du fer (2 à 6 fois moins, suivant les cas).
Les bactéries du manganèse sont donc, en général, exclusivement ou partiellement hétérotrophes (sans toutefois qu'il soit nécessaire d'introduire un aliment carboné dans l'eau brute, contrairement aux traitements de dénitrification, car l'action catalytique s'exerce ici grâce à des enzymes ou des polymères sécrétés par une biomasse relativement très faible) ; les hypothèses émises sur la finalité de l'oxydation et la précipitation du manganèse se sont alors orientées sur des actions de détoxication du milieu, suivant le cas :

• soit contre l'oxygène dissous dont la concentration à saturation est fréquemment trop élevée pour ces bactéries à tendance microaérophile,
• soit contre le peroxyde d'hydrogène produit au cours de la croissance aérobie des bactéries,
• soit encore contre le manganèse (II) dissous, qui ne gêne plus les bactéries lorsqu'il est sorti du système aqueux sous forme oxydée et précipitée.

Dans tous les cas, le manganèse se dépose sous forme de dioxyde, anhydre MnO₂ ou hydraté MnO(OH)₂ ; il forme des précipités noirs très compacts, amas entourant les cellules bactériennes ou pustules garnissant les gaines des bactéries. Comme dans le cas de la déferrisation, les précipités de manganèse obtenus par voie biologique sont beaucoup mieux structurés que ceux qui résultent de réactions purement chimiques, probablement parce que la précipitation du MnO₂ se produit à l'intérieur d'une matrice de polymères extracellulaires (sources : P.Mouchet, juin 1994).

• Teneur en oxygène dissous de l'ordre de 50 à 90 % de la saturation;
• Potentiel d'oxydo-réduction supérieur à 300 mV environ;
• rH supérieur à une valeur de l'ordre de 25;
• pH supérieur à 7,5.

Si l'on compare ces dernières valeurs à celles qui caractérisaient le champ d'action des ferrobactéries, on voit que les deux domaines se juxtaposent, en se recouvrant très peu : la conception de base d'une installation de démanganisation biologique sera donc peu différente de celle d'une déferrisation biologique, et l'on pourra difficilement obtenir l'élimination simultanée des deux éléments dans le même filtre biologique.


Traitement standard.
(eau ne contenant que du manganèse)
Comme dans le cas de la déferrisation biologique, la démanganisation biologique peut être réalisée dans des stationsgravitaires ou sous pression, comprenant une aération et une filtration. La seule différence avec la catégorie précédente réside dans l'aération, qui doit être toujours intensive du fait des exigences du procédé en matière d'O₂ dissous (une aération complémentaire de l'eau filtrée s'avère donc généralement inutile).

Stations sous pression:
C'est la solution la plus fréquemment adoptée, du moins en France ou les débits correspondant à ce traitement sont rarement élevés. Le schéma-type d'une telle station est tout à fait semblable à celui d'une station de déferrisation biologique avec les différences suivantes :

- seule subsiste l'aération amont (en ligne avec pot mélangeur), le débit d'air étant calculé sur les mêmes bases que pour une déferrisation physico-chimique ; il n y a donc jamais d'aération ménagée dans ce cas;

- un produit d'ajustement du pH (chaux, soude, Na₂CO₃,...) peut être introduit en amont de la filtration;

Stations gravitaires:
Aération intensive + filtres gravitaires (métalliques ou en béton),
Cette méthode peut être envisagée :

• lorsque le double pompage est prévu dès l'origine,
• pour les débits élevés,
• lorsque l'eau brute présente un pH trop bas pour que ce procédé soit applicable alors qu'une aération à l'air libre est susceptible de le faire évoluer favorablement,
• si l'eau contient un peu d'H₂S (hydrogène sulfurée).

Paramètres de fonctionnement.
Vitesse de filtration :
Comme dans le cas de la déferrisation biologique, les boues sont très compactes A ce facteur s'ajoute à la rapidité des phénomènes d'oxydation pour permettre des vitesses de passage très élevées, lesquelles sont toutefois, comme en déferrisation, fonction de la teneur en manganèse à éliminer : la gamme habituelle est de 10 à 30 m/h.

Milieu filtrant:

• Nature : sable en général
• Taille effective : 0,95 mm à 1,35 mm
• Hauteur de couche : 1 à 2 m, suivant la vitesse de filtration choisie.

Ensemencement :
(naturel ou provoqué)
Le développement des bactéries est beaucoup plus lent qu'en déferrisation biologique : le temps de démarrage d'une station sur sable neuf est, dans ce cas, généralement compris entre 0,5 et 2 mois, voire davantage. Il faut souvent :

• 1 à 2 semaines pour amorcer un début de démanganisation,
• près de 1,5 mois pour que le traitement atteigne sa pleine efficacité.

dans des cas semblables, un suivi quotidien du potentiel d'oxydo-réduction (Eh) dans l'eau brute et dans l'eau traitée permet de confirmer l'évolution favorable du démarrage de la station.

Le départ d'une démanganisation biologique peut être facilité si le milieu filtrant contient du MnO₂, par exemple s'il s'agit d'un sable naturellement ou artificiellement enrobé de MnO₂ : il se produirait alors une adsorption de Mn²⁺ sur MnO₂, suivie d'une oxydation catalytique et d'une oxydation bactérienne simultanées, phénomènes qui ont été désignés sous l'appellation globale de "bioadsorption" (P.Mouchet, 1994).

On peut aussi raccourcir le temps de maturation en ensemençant le filtre avec des boues provenant du lavage d'autres filtres, fonctionnent déjà en démanganisation biologique. Dans ce cas précis, le temps de l'ensemencement peut être réduit de plus de 50%, par rapport aux filtres non ensemencés (25 jours au lieu de 60 par exemple).

Lavage des filtres:
II est indispensable de laver les filtres :

• à l'air ET à l'eau,
• avec de l'eau traitée non chlorée, ou de l'eau brute (si celle-ci est exempte de fer).

Le filtre sera lavé soit lorsque la perte de charge atteint la valeur limite préfixée, soit après une durée maximale de 2 à 3 semaines si l'évolution de la perte de charge est très lente : ceci afin d'éviter le développement de bactéries non spécifiques indésirables.
Remise en service d'un filtre après lavage : le retour à une eau filtrée exempte de manganèse est soit immédiat, soit progressif dans le premier quart d'heure qui suit la remise en service ; si la station ne comporte qu'un ou deux filtres, il est donc prudent de prévoir une mise à l'égout des premières eaux filtrées, pendant quelques minutes.

Arrêt de longue durée :
Un filtre ayant atteint son rendement de démanganisation optimal (donc en régime établi) et maintenu à l'arrêt pendant deux mois, plein d'eau, retrouve une efficacité supérieure à 95% en 5 jours (eau brute <1 mg/l de manganèse).
Cette observation est intéressante car elle montre que, pour des installations dont la production serait très variable et pour lesquelles il faudrait mettre des filtres à l'arrêt, il est possible, par une gestion judicieuse des filtres, de retrouver en quelques jours la production et des performances nominales.

• Simplification des lignes de traitement : pas de tour d'oxydation, pas de bassin de contact entre aération et filtration,
• Pas de réactifs coûteux (KMnO₄, ClO₂, O₃, coagulant, floculant...), le seul réactif en fonctionnement normal étant l'oxygène apporté par l'aération ;
  à noter toutefois qu'il peut être utile de pratiquer une distribution de KMnO₄ pendant la période de démarrage (quelques semaines à quelques mois), mais le traitement se déroule ensuite sans aucun oxydant complémentaire (lequel serait au contraire nocif pour les bactéries).
  
  Les seuls réactifs à prévoir sont :
  • éventuellement, un produit alcalin (chaux, soude, Na₂CO₃) si l'eau brute est agressive : il sera alors avantageux (contrairement à la déferrisation biologique, où cet ajustement ne se fait que sur l'eau traitée) de régler le pH d'équilibre en amont de la démanganisation, du fait des exigences de pH (supérieur à 7,5),
  • le chlore de désinfection finale avant refoulement dans le réseau, comme pour toute distribution d'eau de consommation.
• Grande vitesse de filtration : 10 à 50 m/h, suivant la teneur en Mn²⁺ de l'eau brute (10 à 30 m/h dans les cas les plus courants).
  Malgré la vitesse élevée, la perte de charge reste modérée grâce à la possibilité d'adopter une taille effective du sable plus élevée : celle-ci est généralement comprise entre 0.95 mm et 1.4 mm (à comparer avec la démanganisation physico-chimique en filtration sur matériaux fins : de TE = 0,55 à 1 mm, et de préférence en milieu bicouche).
• Compacité des stations : comme pour la déferrisation biologique, cette propriété résulte de la suppression des tours d'oxydation, de la possibilité de pratiquer des grandes vitesses de filtration, etc.
• Grande capacité de rétention du manganèse éliminé : de 1 à 5 kg/m2 de matériau entre 2 lavages, soit 5 à 10 fois plus qu'en démanganisation physico-chimique.
• Bonne qualité d'eau traitée. Pas de risque d'eau colorée en rosé, comme cela se produit en traitement physico-chimique en cas de surdosage de KMnO₄ ou d'ozone.
• Economie d'eau de lavage : conséquence de l'alinéa précédent, le pourcentage d'eau dépensée pour le lavage est 5 à 10 fois plus faible qu'en traitement physico-chimique. En outre, il est parfois possible de laver les filtres à l'eau brute. En revanche, il est recommandé de ne pas laver les filtres à l'eau traitée après chloration, ce qui nuirait à la population des bactéries du manganèse.
• Traitabilité des boues : en cas de besoin, les boues issues de ces traitements présentent une excellente aptitude à l'épaississement gravitaire (concentration finale de 30 à 80 g/1 après conditionnement avec polymère) et à la déshydratation.

• Aération, réglée pour la déferrisation biologique,
• Première filtration (déferrisation biologique),
• Deuxième aération et/ou relèvement du pH,
• Deuxième filtration (démanganisation physico-chimique avec oxydant complémentaire, ou démanganisation biologique).

CAS DES EAUX CONTENANT DE L'AMMONIUM.

En déferrisation et/ou démanganisation biologique, l'ion ammonium ne pourra être éliminé que :

• par nitrification, simultanée ou non, en cours de process,
• par chloration au break-point à la fin du traitement.

Rappelons les critères de potabilité relatifs à l'ion ammonium [NH₄] et à sa forme transitoire dans le cours de la nitrification, c'est-à-dire l'ion nitrite [NO₂] - (revoir lien) - :

La nitrification simultanée sera toujours très limitée au cours des traitements de déferrisation et/ou démanganisation biologique, pour diverses raisons :

• les temps de contact sont très courts, et ne correspondent pas à la cinétique de la réaction de nitrification,
• pour une vitesse supérieure à 15 ou 20 m/h, on ne peut plus espérer accrocher des bactéries nitrifiantes sur du sable.

En outre, dans les cas de déferrisation biologique, la faible teneur en O₂ dissous constitue un facteur limitant supplémentaire.
De plus, se pose le problème de l'interférence entre les diverses transformations métaboliques du fer, du manganèse et des formes réduites de l'azote. Pour le comprendre, il faut revenir aux diagrammes de stabilité.

L'examen de la figure suivante permet de comprendre aisément que si une eau brute contient les 3 éléments à l'état réduit (Fe²⁺, Mn²⁺ et NH₄⁺) et a un point représentatif qui se trouve de ce fait,
au-dessous de la droite n° 1, la présence d'ammonium ne gêne pas l'oxydation du fer (P.Mouchet,1994) :

 

En revanche, il faut passer la barre de la droite n° 1 pour atteindre le seuil de la nitrification : mais la réaction de déferrisation biologique est si rapide que, sur un plan purement chimique, rien ne devrait s'opposer à ce que la nitrification démarre dans le même appareil ; en fait, la nitrification simultanée à la déferrisation biologique est pratiquement impossible à cause des vitesses de passage, du faible temps de séjour, des limitations en O₂ dissous).
La nitrification biologique ne peut donc en général s'effectuer que dans un stade postérieur à la déferrisation biologique ; en revanche, un retour à la figure nous montre une situation inverse en ce qui concerne le manganèse : il faut franchir les lignes 2 et 3 pour atteindre les lignes 4 ou 5 (suivant le pH), en d'autres termes la démanganisation biologique n'est pas possible si la nitrification n'est pas terminée : la présence d'ion ammonium impose donc. si la concentration en est importante, de dimensionner le traitement sur la base de la nitrification et non de la démanganisation biologique.
Ce qui précède peut être résumé par les figures suivantes, qui illustre l'ordre dans lequel peuvent s'effectuer les éliminations respectives du fer, de l'ammonium et du manganèse lorsqu'une eau brute contient simultanément ces 3 éléments à l'état dissous, et en fonction des teneurs en NH4.
Le traitement peut être alors basé sur une filière à 2 étages de filtration biologique, mais en dimensionnant la deuxième filtration sur les critères de la nitrification ; la démanganisation biologique sera alors réalisée en même temps que la fin de la nitrification.

Cette solution peut convenir jusqu'à une teneur de 0,5 à 2 mg/l NH4, suivant la température de l'eau brute. Avec des concentrations supérieures, on adoptera une solution à 3 étages de filtration biologique :

Durée de mise en service (ensemencement complet) :
Nous avons vu que la démanganisation seule pouvait demander 1.5 à 3 mois avant l'élimination totale du Mn²⁺, ce qui représente le même ordre de grandeur que la nitrification. Quant les 2 éléments (NH4 et Mn) sont présents simultanément, il faut donc prévoir 10 à 15 jours supplémentaires pour achèvement de la démanganisation après que la nitrification soit complète, ce qui peut donc représenter un délai total de 2 à 3.5 mois après la mise en service électro-mécanique.

CONCLUSIONS GENERALES
La démanganisation biologique répond aux mêmes critères que la déferrisation biologique, mais s'applique plutôt aux eaux de pH franchement alcalin.
D'une façon générale, l'application de ce procédé suppose que l'eau brute est conforme aux normes de potabilité en ce qui concerne les caractéristiques autres que le fer, l'ammonium et le manganèse dissous ; les paramètres de ces traitements sont tels que les chiffres de turbidité, couleur, matières organiques, etc., seront peu ou pratiquement pas modifiés au cours de ce traitement.
L'application d'un procédé biologique restera souvent d'un coût avantageux.
Chaque fois que c'est possible, on peut envisager les solutions de traitements biologiques et mesurer soigneusement les avantages qu'ils peuvent apporter par rapport à la souplesse et à la sécurité des traitements physico-chimiques. Il faut envisager ce qui se produira en cas d'inhibition de l'activité bactérienne et prévoir, chaque fois que cela est possible, la possibilité d'y suppléer par voie physico-chimique.
La démanganisation biologique, surtout en présence de fer, est toujours assez délicate. Il sera prudent, lors de l'établissement d'un projet, de s'appuyer sur des essais. Toutefois, il faut se souvenir que ces essais seront nécessairement assez longs en raison de la durée d'ensemencement des filtres.
Ainsi il est clairement apparu dans ce chapitre que ces taitements doivent être conçus "à la carte" ; le savoir-faire d'un traiteur d'eau expérimenté est absolument nécessaire pour choisir la meilleure filière en fonction des caractéristiques de l'eau brute (laquelle doit, par ailleurs, avoir fait l'objet d'analyses complètes sur des échantillons représentatifs) et pour fixer les conditions opératoires dans lesquelles le traitement donnera les résultats escomptés.