Boue d'épuration : recyclage du phosphore

Nouvel espoir pour le recyclage du phosphore à partir des boues d'épurationPhoto : Chaque jour, la première centrale de récupération de phosphore du Danemark extrait la struvite, composé à base de phosphore qui obstrue les canalisations, de son flux d'eaux usées et la transforme en 50 kg de granulés fertilisants par jour. «C'est nouveau pour nous de pouvoir gagner de l'argent avec ce que nous produisons. Parallèlement, nous réduisons nos coûts de fonctionnement, notre consommation d'énergie et le volume de boues. Ça paraît trop beau pour être vrai », s'émerveille Claus Homann, directeur de l'entreprise.
Le défi du phosphore

Face à l'avenir incertain pour l'approvisionnement en nourriture de la planète, les boues d'épuration font figure de héros improbable.

Un processus innovant de récupération, au Danemark, permet d'extraire efficacement des eaux usées ce minéral vital pour l'agriculture. Avec ce procédé, on peut produire des engrais essentiels, suffisamment purs pour être utilisés dans les cultures destinées à la consommation humaine.

Le phosphore est indispensable à la vie humaine. Il s'agit également d'une ressource épuisable pour laquelle il n'y a pas, à l'heure actuelle, de solution de remplacement. Notre corps en contient environ 800 grammes, c'est le second minéral le plus présent dans le corps après le calcium. On trouve du phosphore dans chaque cellule, et il joue un rôle central dans le métabolisme humain, dans notre système nerveux et dans la bonne santé du squelette. Il est également vital pour les plantes vu qu’il les aide à convertir les nutriments en éléments de croissance.

Environ 90 % du minerai extrait du sol sont utilisés comme ingrédient incontournable dans les engrais. Avec la population mondiale qui devrait atteindre 9 milliards de personnes en 2050, nous devons assurer un approvisionnement suffisant en engrais phosphorés pour les cultures alimentaires.

La quantité exacte des ressources mondiales en phosphore n'est pas clairement déterminée. Le sujet fait l'objet de débats animés entre spécialistes depuis quelques années. Certains estiment que les réserves mondiales seront épuisées d'ici 50 à 100 ans, avec un pic vers 2030. D'autres pensent qu'il reste encore pour plusieurs centaines d'années de réserves. En 2012, l'enquête d' US Geological évaluait les réserves mondiales de phosphate minéral (le phosphate est la forme inorganique du phosphore) à 67 milliards de tonnes, tandis que la production minière mondiale représentait 0,21 milliard de tonnes en 2012.

Tout comme l'OPEP contrôle 75 % des réserves mondiales de pétrole, environ 90 % de la production de phosphate est aux mains de quelques pays : l'Algérie, la Chine, le Maroc, l'Afrique du Sud, la Syrie et les États-Unis. Les réserves du Maroc, Sahara occidental compris, sont plus importantes que celles du reste du monde réuni. Certaines régions du monde, comme l'Europe occidentale et l'Inde, dépendent entièrement de leurs importations.

Quand le phosphore rencontre les eaux usées

Alors que l'agriculture a besoin de phosphore, les opérateurs de stations d'épuration doivent l'éliminer pour éviter l'eutrophisation des systèmes d'eau douce. La présence d'un excès de nutriments dans un cours d'eau entraîne une croissance végétale trop abondante, en particulier au niveau des algues. Il en résulte que les bactéries consomment quasiment tout l'oxygène présent dans l'eau, étouffant les poissons et la faune aquatique.

Le processus d'élimination comporte son lot de problèmes. Les phosphates, les sels contenant le phosphore, se combinent avec le magnésium et l'ammoniaque pour former des struvites, une substance qui bouche les canalisations, les pompes et autres équipements. Cela perturbe la production et entraîne d'importantes dépenses de maintenance.

En 2011, Aarhus Water Ltd, une régie municipale basée à Aarhus, au Danemark, s'est résolue à rechercher une solution à ce problème avec le fabricant de pompes Grundfos et le cabinet de conseil technique Norconsult. La solution qu'ils ont trouvée s'est révélée étonnante et enrichissante : récupérer le phosphore et l'azote des eaux usées à l'aide d'un réacteur séparé. Ils avaient besoin d'un réacteur parce que la concentration de phosphore et d'azote est faible dans le flux principal d'eaux usées. Pour augmenter cette concentration, ils ont envoyé un flux secondaire dans le réacteur en y ajoutant des sels de magnésium. Le processus de précipitation raffine le phosphore en éliminant les métaux lourds et les substances nocives pour l'environnement. Le résultat est un granulé, parfaitement adapté à une utilisation en engrais, contenant du phosphore, de l'azote et du magnésium.

PHOTO : Claus Homann, directeur général d'Aarhus Water, explique comment les réacteurs extraient 50 kg d'engrais d'excellente qualité par jour

Cette technologie est désormais utilisée dans la première centrale de récupération de phosphore du Danemark, inaugurée par Aarhus Water à Aaby en novembre 2013. Son exploitation génère environ 50 kg de phosphore par jour.

« C'est nouveau pour nous de pouvoir gagner de l'argent avec ce que nous produisons », s'amuse Claus Homann, directeur général d'Aarhus Water. « Parallèlement, nous réduisons nos coûts d'exploitation, notre consommation d'énergie et le volume de boues. Ça paraît trop beau pour être vrai. »

Une récupération rentable

La technologie de récupération du phosphore existe depuis les années 1980 mais elle n'est pas brevetée, explique Per Krøyer Kristensen, responsable développement commercial chez Grundfos. « Mais aujourd'hui, il est devenu rentable de construire des centrales de récupération », ajoute-t-il. « Le prix du phosphore a augmenté, et le monde est plus sensible au rendement énergétique et à la réutilisation des substances nutritives. »

Pour que le projet d'Aarhus puisse fonctionner, Grundfos a fourni sept pompes pour eaux usées SEV, six pompes doseuses numériques DME 375 et une unité de mélange de type KD pour le chlorure de magnésium.

Au Danemark, la demande en phosphore pour la production agricole nécessite l'importation de 11 000 tonnes de phosphore. Mais Kristensen affirme que les centrales de récupération peuvent changer la donne. « En construisant des centrales de récupération similaires dans les 50 plus grosses stations d'épuration du Danemark, nous pourrions produire 3 000 tonnes d'engrais de phosphore pur, soit plus du quart des importations du pays », précise-t-il.

Mais la séparation du phosphore des boues d'épuration offre un autre avantage. Normalement, les boues sont distribuées aux agriculteurs qui les épandent dans leurs champs. Mais ces boues ne sont pas hygiéniques et peuvent nuire à certains types de culture, elles ne peuvent être utilisées que dans les champs dont les cultures sont destinées à l'alimentation animale.
De plus, le phosphore restant dans les boues d'épuration s'associe aux sels de fer et d'aluminium, ce qui le rend difficile à fixer pour les centrales.

Le nouveau système de récupération représente une excellente affaire pour Aarhus Water. Avec la baisse des coûts de fonctionnement et la vente des engrais, l'investissement est rentabilisé en moins de sept ans. Kristensen ne cache pas que c'est aussi une bonne affaire pour Grundfos et Norconsult, copropriétaires du concept.

« Une deuxième centrale est déjà en chantier, cette fois pour Herning Water, une autre régie municipale danoise, et nous sommes en train de mettre en place des partenariats pour les ventes dans le reste de l'Europe », explique-t-il.

Cliquez ici pour plus d'informations sur le traitement des eaux usées par Grundfos.

PHOTO : Ida Auken, ancienne ministre danoise de l'environnement, inaugure la centrale de récupération de phosphore à Aarhus, au Danemark, en novembre 2013.

À propos d'Aarhus Water

Aarhus Water intervient dans la gestion des eaux de pluie, la production et la distribution d'eau potable, le transport et le traitement des eaux usées, la vidange des citernes privées, tout en assurant un cycle de l'eau équilibré et sain. Elle traite plus de 30 millions de m³ d'eaux usées chaque année.





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