Nous le savons aujourd’hui, nos activités humaines produisent des pollutions que l’environnement ne peut absorber et qui doivent donc être captées pour être valorisées ou a minima éliminées. A certaines doses, l’azote et le phosphore font partie de ces pollutions.
Leurs points communs ?
– Ces deux éléments sont essentiels à la vie des écosystèmes et à la croissance des végétaux notamment,
– Une des raisons de leur présence en excès dans les écosystèmes provient – entre autres – d’un usage des engrais parfois non maîtrisé dans l’agriculture,
– Une des solutions de rééquilibrage de ces éléments dans les milieux naturels se fait par l’amélioration du traitement des eaux usées et la valorisation de ses composants.
De nombreuses solutions sont déployées et/ou à l’étude : séparation à la source, Annamox, Struvite, Nereda, ValeAz, …
La perturbation des flux biogéochimiques
D’après une étude de 2015 (Steffen et al.), les quantités d’azote et de phosphore dans notre environnement seraient responsables de la perturbation des flux biogéochimiques.
La perturbation des cycles de ces éléments naturellement présents dans la nature influe directement sur le changement climatique :
- Pollution des nappes phréatiques,
- Eutrophisation des écosystèmes aquatiques (algues vertes)
- Accroissement des émissions d’oxydes d’azote,
- Augmentation des zones localisées anoxiques dans les océans.
Ces deux composants présents dans les eaux usées sont donc souvent étudiés conjointement, même s’ils présentent des caractéristiques et des potentialités différentes. A noter, le phosphore utilisé dans nos activités humaines est, contrairement à l’azote, issu de gisements minéraux non renouvelables et rares.
Comme tout élément influant sur le changement climatique actuel, il existe un cadre réglementaire spécifique dont vous trouverez quelques éléments dans les sources de cet article en bas de page.
Venons en au sujet qui nous intéresse : qu’en est-il de la valorisation de ces deux éléments à travers le traitement des eaux usées ?
Traitement et valorisation de l’azote dans les eaux usées
L’azote et le phosphore présents dans les eaux usées proviennent principalement des activités agricoles. Ces deux éléments et leurs traitements en station d’épuration sont donc étudiés depuis de longues années, mais n’ont pas encore dévoilé tous leurs potentiels de valorisation.
Dans le cadre de la raréfaction des ressources et des politiques publiques liées à la transition écologique, les recherches autrefois mises de côté deviennent les fers de lance des mouvements précurseurs de l’agroécologie.
Cette nouvelle popularité gagne aussi nos villes puisque des initiatives concrètes (notamment sur le recyclage de l’urine humaine à la source) sont déjà en cours ou en phase de test dans les grandes villes comme à Berlin ou Stockholm. La séparation à la source expérimentée en France facilite la valorisation des nutriments (effluents plus concentrés). Cette séparation nécessite l’élaboration de nouveaux filtres (urine/eaux noires/eaux grises).
De nouveaux procédés commencent à se développer et sont étudiés de manière plus approfondie. Il existe entre autres, des recherches menées par l’INSA de Toulouse sur la base du procédé ANAMMOX (oxydation anaérobie de l’ammonium).
Pour diminuer les quantités dans les milieux naturels, les possibilités de recyclage de l’ammoniac issu du traitement des boues sont déjà commercialisées. Une fois le produit extrait et concentré, il en effet plus aisé de réfléchir à de nouvelles utilisations de l’ammonium comme pour le traitement des fumées, mais aussi dans la chimie ou encore l’agriculture. Le nitrate de sodium est lui utilisé dans la protection des réseaux d’assainissement.
Pour aller encore plus loin dans les recherches, pensons global : certains se penchent sur la création de toute une filière en zone urbaine : de la séparation, au stockage et à la collecte, mais aussi au traitement centralisé ou non, puis au transport (avant/après concentration), et enfin au produit (liquide/solide, concentré ou non). Sans oublier de prendre en compte la notion d’échelle de cette filière qui va du bâtiment, au quartier, à la ville entière…beaucoup de solutions restent à trouver.
Sur un plan plus conceptuel, des entreprises du secteur de l’eau (comme la nôtre) réfléchissent à des manières de transformer leur modèle économique sur la base de l’économie circulaire : le modèle industriel tel qu’il est aujourd’hui est né il y a plus de 200 ans, et ce que l’on considérait comme des déchets hier deviennent de nouveaux produits.
Sur le plan opérationnel, quel est le rôle des services d’assainissement, peuvent ils proposer de se rémunérer sur ces valorisations ? La station d’épuration comme nouvelle raffinerie ?
Traitement et valorisation du phosphore dans les eaux usées
Dans les stations d’épuration aujourd’hui, le traitement du phosphore vise principalement à sa captation irréversible via l’injection de sels métalliques pour son élimination. Le traitement biologique du phosphore peut être mis en place sur des stations d’épuration d’envergure mais n’est souvent à lui seul pas suffisant pour répondre aux normes de rejet imposées.
Le traitement physico-chimique est ainsi valable de la quasi-totalité des stations d’épuration de taille moyenne et importante. Des approches similaires tendent à se développer pour les petites stations d’épuration pour leur permettre à elles aussi de répondre à cet enjeu de captation de la pollution phosphorée. Citons par exemple le procédé PHOS-4 développé par MAANEO et IFP Énergies nouvelles (IFPEN) qui « fixe le phosphore dissous dans les eaux usées par filtration à travers un matériau constitué d’une alumine dopée avec un réactif spécifique du phosphore. Il s’agit là d’une alternative aux filières d’épuration classiques par boues activées ».
Lorsque l’on prend en compte la rareté de cet élément extraits de mines (marocaines principalement), on comprend importance de trouver des systèmes fiables de collecte et de récupération dans nos eaux usées. Ainsi, si la diminution du taux de phosphore dans les eaux usées est primordiale, la récupération de la ressource dans des filtres devient un réel levier pour la diminution de la pression que nos activités exercent sur les milieux naturels.
A la source de la production de phosphore, notons également les travaux de la société Agronutris qui commercialise des engrais alternatifs à l’extraction de phosphore en proposant « un engrais issu des déjections d’insectes (…) source d’azote, de phosphore et de potassium ». Nous pouvons aussi citer Frayssinet qui fabrique des amendements et fertilisants à hautes valeur ajoutées à partir de sous-produits végétaux.
La recherche de solutions circulaires (réparation, réutilisation, recyclage) est donc toujours en cours et plus que jamais d’actualité. Du côté de SAPOVAL, nous sommes heureux d’y contribuer à notre échelle, et restons à l’écoute de toutes les potentialités contenues dans les eaux usées.
Sources :
Perturbation des cycles de l’azote et du phosphore par rapport aux limites planétaires (alterna.eco)
http://www.s463562675.onlinehome.fr/IMG/pdf_Irstea_-Boues_activees_Azote_phosphore-_2017.pdf
Anammox — Wikipédia (wikipedia.org)
procédé de récupération de l’azote ammoniacal : Procédé ValeAz d’ALCION