TECHNIQUE  
Aquarama 84 – juin 2019

Stations d’épuration des eaux d’égout : une révolution en marche ?

Aux Pays-Bas, l’agence de l’eau WV&V (Waterschap Vallei & Veluwe) a donné le feu vert pour la construction d’une station d’épuration appliquant un procédé strictement physico-chimique, sans bactéries. L’eau générée doit avoir une pureté exceptionnelle. De plus, l’installation doit pouvoir récupérer et valoriser les matières premières. Ce serait un changement de paradigme.

Bert van Vreeswijk est membre du directoire de la WV&V (agence néerlandaise de l’eau dans la zone Vallei et Veluwe), en charge notamment de l’épuration des eaux d’égout. La WV&V a opté pour l’économie circulaire. Le premier pas dans cette voie : produire du biogaz avec la boue. Ensuite, valoriser les matières premières récupérées à l’issue du procédé. « Par exemple », explique Bert van Vreeswijk, « le procédé d’épuration Nereda génère un biopolymère amphophile ayant des propriétés très particulières, qui conviennent pour une diversité d’applications. Entre autres, nous avons constaté que ce biopolymère est un retardateur de flamme et qu’il améliore le procédé de durcissement du béton. » Cette année, la WV&V, fera construire aux Pays-Bas la première station d’épuration au monde capable de produire cette matière première innovante.

« Mais au départ le principe reste assez classique, il ne s’agit rien d’autre que d’extraire les matières premières par un procédé de décomposition au niveau moléculaire », selon Bert van Vreeswijk. « Toutefois, notre station d’épuration ‘Waterfabriek’ fait un pas de plus en direction de l’économie circulaire : la récupération des composants n’est pas réalisée par un procédé biologique, mais par un procédé de séparation physico-chimique, autrement dit sans bactéries. Le procédé consiste à d’abord produire de l’eau pure, avant de traiter la boue épaisse de manière à extraire les matières premières. »

Les étapes du procédé

Henry van Veldhuizen, programme manager WV&V explique le procédé qui sera mis en œuvre dans la nouvelle usine de traitement. « La première étape reste très classique : désablage et dégrillage des gros déchets. L’étape suivante, tamisage pour retenir les fibres de cellulose provenant du papier toilette. Jusque là, rien d’extraordinaire. Les travaux de développement sont en cours pour déterminer les possibilités de réutiliser les fibres récupérées. Ensuite, c’est l’étape EC-DAF, électrocoagulation et Dissolved Air Flotation. L’électrocoagulation est selon nous préférable à la coagulation avec des polymères parce que nous souhaitons réduire les produits chimiques. Après coagulation, le matériau organique est soumis au procédé DAF, ensuite, écumage des particules en suspension. Nous obtenons ainsi une matière organique sous forme concentrée. Après cette étape, nanofiltration de l’eau pour éliminer toutes les matières résiduelles, surtout les micropolluants organiques et les traces de médicaments. L’un de nos objectifs est d’éliminer plus de 80 % de tous les micropolluants. Lorsque c’est fait, nous avons déjà un flux d’eau très propre dans lequel ne subsistent que des ions monovalents. En ce qui nous concerne, il s’agit d’ammonium, que nous éliminons avec un échangeur d’ions. Nous obtenons un flux d’ammonium concentré pour lequel nous cherchons une application. Après ces étapes successives, l’eau est tellement propre que c’est presque de l’eau pure, qui ne peut pas être rejetée telle quelle dans l’eau de surface. Par conséquent, elle est conduite dans une zone de lagunage. Après un temps de séjour dans ce bassin de rétention, l’eau est mélangée avec l’eau de pluie. »

Dans cette zone de lagunage, se déversent aujourd’hui encore des fossés et conduites d’égout, qui amènent de l’eau de pluie et, par temps sec, des eaux usées. Henry van Veldhuizen : « Les flux d’eaux qui vont transiter par notre station d’épuration ont un débit de 600 mètres cubes par heure, dont 200 mètres cubes provenant des conduites d’égout. Pour protéger les équipements très coûteux de notre station d’épuration, nous allons construire une installation ayant une capacité suffisante définie pour traiter 200 mètres cubes d’eaux usées, et non pas pour les 400 mètres cubes d’eaux pluviales. Pour cela, nous allons aménager en amont de l’usine un vaste bassin tampon pour stocker les eaux d’égout. Lorsqu’il se met à pleuvoir, le ‘first flush’ sortant de la conduite d’égout est de l’eau sale, qui sera dirigée vers le bassin tampon et traitée ensuite. L’eau de pluie, plus propre, qui vient ensuite est dirigée dans le bassin de rétention et mélangée avec l’effluent de la station d’épuration »

« Les stations d’épuration sans biologie ont-elles de l’avenir ? Je ne vais pas exclure cette possibilité. »

Produire des matières premières

La combinaison des techniques vise à « extraire toutes les matières premières, pour les transformer en produits valorisables, comme jamais auparavant. C’est un premier pas vers un système totalement circulaire. Dans la mesure où nous avons pu le vérifier, une telle installation pourrait bien être à l’heure actuelle une exclusivité au niveau mondial. »

Les flux et les matières premières qu’ils contiennent sont des flux concentrés. C’est important d’en tenir compte, précise Henry van Veldhuizen : « On peut certes appliquer une nanofiltration, mais si le flux de déchets qui en résulte est très dilué, le problème n’est pas entièrement résolu. Si l’on a des flux de déchets résiduels, disons, de 2 % du flux initial, c’est gérable : il est possible de les évacuer avec quelques camions par jour. En ce qui concerne les matières premières, nous avons déjà une certaine expérience. Et nous travaillons en coopération avec AquaMinerals, pour ainsi dire un courtier en matières premières pour le secteur de l’eau, qui s’occupe du marché, et des aspects juridiques. »

Normes d’épuration à l’horizon 2030

« Nous sommes occupés à construire l’installation pilote », indique Henry van Veldhuizen. « Elle sera en service dès le 1er mai, d’abord pendant six mois pour valider le concept, ensuite quelques mois de plus pour affiner les réglages. En parallèle, les activités de développement se poursuivent. L’objectif est de finaliser le concept en 2020 et d’obtenir tous les permis et le financement. La date prévue du chantier est mi-2020, la date de mise en service opérationnel 2022. »

La nouvelle station devrait permettre d’extraire 75 % d’azote et de phosphate en plus que les installations standards. Parmi les autres objectifs : éliminer 80 % des traces résiduelles de médicaments et réduire de 90 % la quantité de boue et de 90 % la consommation de produits chimiques. « Avec notre station d’épuration », se félicite le programme manager, « nous souhaitons produire la qualité de l’eau selon les normes prévues à l’horizon 2030- 2035. Pour l’instant, aux Pays-Bas et en Belgique, nous ne sommes pas obligés d’éliminer, par exemple, les résidus de médicaments. Mais nous tenons compte d’ores et déjà de cette future réglementation. »

Énergie et coûts

Peut-être que l’installation va consommer plus d’énergie ? Et générer plus de coûts ? Henry van Veldhuizen : « Si l’analyse porte uniquement sur le volet ‘épuration’, alors oui, la consommation d’énergie est plus élevée, mais si l’on tient compte de tous les aspects, le total des émissions de gaz à effet de serre est plus favorable. »

Bert van Vreeswijk : « Le coût financier du nouveau procédé, sur le site de la station d’épuration, est plus élevé. Mais si l’on tient compte des recettes provenant des flux circulaires, le coût de production est moindre. Il suffit de penser notamment à cette situation étrange : la déconcertante quantité d’ammonium extraite des eaux usées par les stations d’épuration classiques, transformée en azote qui s’échappe dans l’atmosphère, alors que les usines d’engrais artificiels et d’ammoniac captent l’azote contenu dans l’atmosphère pour fabriquer leurs produits. C’est une méthode beaucoup plus coûteuse que celle utilisée par notre station d’épuration. »

Belgique

Les technologies mises en oeuvre par la WV+V sont bien connues par Marjoleine Weemaes, manager R&D chez Aquafin : « Voici déjà un an ou deux, nous avons testé une installation DAF, à titre de comparaison avec l’aération biologique classique. Le procédé DAF donne effectivement des bons résultats pour séparer la DCO et générer de l’énergie, par exemple, par fermentation. Nous avons également testé la nanofiltration. Pour faire bref : nous menons également des activités de recherche exploratoire sur les différents modules. Si nous n’avons pas encore réalisés des plans pour la construction d’une installation en grandeur nature, c’est parce qu’il nous semble prématuré de clôturer dès maintenant la phase de développement. »

Néanmoins, Aquafin (Aartselaar) planifie une installation 1:1 destinée à capter les traces de médicaments : « Pour cela, nous n’allons pas appliquer une nanofiltration parce qu’il s’agit de traiter des grands débits et parce qu’il est moins coûteux et plus efficient d’appliquer une méthode à base d’ozone et de charbon activé. Quelle que soit la technologie retenue, tout dépend des possibilités sur le site concerné. Par exemple, après une nanofiltration, l’effluent est super propre. Mais le niveau d’efficience du procédé va dépendre de l’existence ou non, directement sur place, d’un preneur pour cette eau très pure, où s’il existe d’autres possibilités d’utilisation. »

La question est de savoir ce que les stations d’épuration sans biologie pourront nous apporter à l’avenir. Marjoleine Weemaes : « Chez Aquafin, le facteur déterminant a été le fait qu’ici, en Flandre, les eaux usées sont très diluées. Par conséquent, le procédé DAF est un peu moins efficient qu’aux Pays-Bas, où les eaux usées sont un peu plus concentrées. Cela dit, les stations d’épuration sans biologie ont-elles de l’avenir, c’est difficile à prévoir. En tout cas, je ne vais pas exclure d’emblée cette possibilité. »

Par Koen Vandepopuliere

Photos Waterschap Vallei & Veluwe