Une foule de nouveaux projets pour le traitement de l’eau
Une foule de nouveaux projets pour le traitement de l’eau
Quatre réacteurs MBBR avec des microorganismes fixés sur un support. Ces réacteurs peuvent être conduits séparément pour simuler différentes conditions.
Unité AOP avec deux réacteurs de 60 litres pour traiter les eaux usées avec de l’ozone et/ou des UV.
Fermentation de lisier de volaille pour la production d’acides gras volatils dans des réacteurs semi-continus et séquentiels (fioles).
Le biogaz chargé en ammoniaque peut être directement injecté dans la pile à combustible pour produire de l’électricité.
L’Université KU Leuven (KUL) porte un grand nombre de projets de traitement de l’eau sur le campus De Nayer à Wavre-Sainte-Catherine. Lise Appels, chargée de cours au laboratoire Process and Environmental Technology (PETLab) du département Génie chimique de la KUL, nous en parle.
Le traitement de l’eau fait l’objet de nombreuses recherches sur le campus De Nayer (KU Leuven) à Wavre-Sainte-Catherine. Dans le cadre du projet InnovEOX (International Training Network), le groupe de recherche PETLab développe de nouveaux procédés d’oxydation électrochimique en collaboration avec diverses entreprises et universités européennes de renom. Ces nouveaux procédés améliorent le traitement des eaux usées, entre autres via la dégradation des micropolluants. Le PETLab collabore également avec des chercheurs polonais, belges, finlandais, lituaniens, estoniens et lettons en tant que partenaire stratégique du projet MonGOS, financé par l’agence polonaise NAWA et piloté par Dr Marzena Smol de l’Institut de recherche sur l’économie de l’énergie et des minéraux de l’Académie polonaise des sciences. En 2018, la Commission européenne avait établi une liste de 10 indicateurs d’économie circulaire qui faisait largement l’impasse sur la gestion de l’eau. Le premier objectif de ce projet est d’établir un cadre de suivi de l’économie circulaire pour le secteur européen de l’eau et de l’assainissement. « Un projet de ce type est essentiel car les décisions politiques doivent être suivies d’innovations technologiques », précise Lise Appels. « Pour cela, une connaissance approfondie des bonnes pratiques de traitement des boues dans l’UE est nécessaire. »
Domaines de recherche
Le PETLab travaille sur 3 axes de recherche. Le premier est le traitement avancé de l’eau. « Nous étudions divers types de flux, par ex. les eaux usées industrielles ou agricoles », dit Lise Appels. « Nous étudions aussi des aspects particuliers des processus biologiques dans les stations d’épuration, comme par ex. l’interaction entre micropolluants et communautés microbiennes présentes, et nous couplons les procédés biologiques avec des techniques de dégradation chimique ou physicochimique. Nous développons des nouveaux réacteurs sur le campus pour améliorer l’épuration biologique de ces divers types d’eaux usées. Nos priorités sont la conception, l’optimisation, le suivi et le contrôle des procédés, au profit de l’utilisateur final. »
Technologies
Diverses technologies chimiques et physiques visant à faciliter la réutilisation de l’eau sont développées sur le campus. Depuis quelques années, le groupe de recherche étudie de près les nanomatériaux, par ex. avec le charbon végétal pour booster la dégradation des polluants. Le laboratoire utilise aussi un générateur d’ozone et d’UV pour le traitement en continu de gros volumes d’eaux usées. D’autres gaz, dont l’oxygène, peuvent être injectés avec ce générateur. « Nous essayons de créer un système modulaire », explique Appels. « Les entreprises préfèrent souvent tester à petite échelle les nouvelles technologies. Lorsqu’elles ont un problème d’eaux usées, elles peuvent réaliser des tests ici à différentes échelles avec plusieurs systèmes. Nous assurons aussi le suivi de stations d’épuration des eaux, notamment pour des entreprises qui n’atteignent pas les normes de rejet, et le cas échéant nous identifions les étapes du traitement à l’origine du problème. Au besoin, nous ajoutons une étape. » En ce qui concerne le développement et l’optimisation des procédés, le groupe met l’accent sur la faisabilité et la compatibilité industrielles.
Processus microbiens
Le 2e axe du programme de recherche concerne les processus microbiens complexes, notamment dans le secteur agricole. « Nous travaillons en même temps avec les milliers d’espèces microbiennes présentes dans une station d’épuration typique », précise la professeure Appels. « Nous utilisons des communautés microbiennes pour traiter divers déchets organiques, comme les herbes coupées, les boues d’épuration et les lisiers de vache et volaille. Nous optimisons les procédés de fermentation notamment pour produire plus de biogaz. » Des études sont également menées sur le campus pour récupérer des acides gras à partir de déchets organiques. « Nous produisons toutes sortes de choses », dit prof. Appels. « Nous couplons les procédés biologiques et technologiques et voulons trouver la meilleure façon de le faire. Ainsi, il n’est plus nécessaire d’extraire le carbone d’autres sources, comme les matières fossiles. »
Lisier de volaille
Le groupe de recherche mène également des projets avec le lisier de volaille. Ce type de lisier est riche en azote et en protéines, qui libèrent beaucoup d’ammoniaque. « Le lisier de volaille est généralement exporté », explique Appels. « Nos procédés de production d’acides gras ont un bon rendement lorsqu’il y a beaucoup d’ammoniaque, qui peut être réutilisé sous forme d’engrais ou de source d’énergie (pile à combustible). L’injection d’ammoniaque dans une pile à combustible permet de produire directement de l‘électricité. Plus il y a d’ammoniaque, mieux c’est. Mais la fermentation du lisier de volaille ne produit pas d’ammoniaque pur, car le biogaz contient aussi du méthane et du CO2. Nous réalisons actuellement les premiers tests de validation et les résultats sont prometteurs. »
Engrais résiduel
L’université participe aussi au projet de recherche Vlaio TETRA-CORNET (BioDEN), dont le principal objectif est la valorisation avancée du digestat sous forme d’engrais – nouveaux ou éprouvés – à base de biomasse. L’idée est d’extraire l’azote et le phosphore du digestat. « Le digestat contient encore beaucoup d’azote et de phosphore que nous voulons récupérer. Nous étudions entre autres l’utilisation d’acides alternatifs pour fabriquer les engrais. Nous voulons montrer aux agriculteurs que les déchets résiduels peuvent être beaucoup mieux exploités et évaluer à grande échelle des techniques faciles d’accès. Nous allons tester les engrais pour déterminer la valeur des produits récupérés et le profit potentiel. Comment soutenons-nous la politique ? En développant le côté entrepreneur de l’agriculteur. »
Réacteur MBBR
Le réacteur MBBR (Moving Bed BioReactor) a été développé sur le campus. C’est un système flexible, low-cost et très compact, destiné principalement aux agriculteurs pour l’élimination des nitrates de l’eau de drainage et le respect des normes de rejet. « L’activité agricole est saisonnière et donc les débits d’eaux usées varient énormément », dit Appels. « L’exploitant doit pouvoir traiter les pics de débit. Nous inoculons les bactéries sur un support en plastique, sur lequel elles se multiplient. Plus elles sont rapprochées les unes des autres (colonies), mieux elles travaillent. Même à 5 °C, elles continuent d’éliminer les nitrates. C’est une alternative à la station d’épuration biologique. Plusieurs unités ont déjà été installées chez des exploitants de la région. Nous avons aussi un projet en cours chez un producteur de laitues. Mais l’exploitant doit savoir que la phase de démarrage de l’unité est assez lente. »
Le dernier axe de notre recherche concerne la conversion thermochimique. Dans ce domaine, des technologies à base d’ultrasons et de microondes ont été développées sur le campus. « Nous allons les utiliser pour traiter des déchets de biomasse, comme les résidus de champignons, les déchets agricoles ou les algues marines », précise Appels. « Ces technologies, dont le champ d’application ne cesse de s’élargir, permettent de réduire les quantités de produits chimiques à utiliser. »
Présentation du PETLab
Le PETLab est un groupe de recherche du département des Sciences du génie chimique de l’université KU Leuven. Au cours des 10 dernières années, le groupe a accumulé une grande expertise dans la récupération des ressources et la production de vecteurs énergétiques et de produits chimiques renouvelables à partir de déchets, de biomasse et autres flux dérivés. Le groupe est spécialisé dans le traitement des déchets et des eaux usées, les procédés microbiens utilisant des cultures mixtes, la production de produits chimiques à partir de matières premières à bas prix et l’optimisation via la modélisation. Dans ses installations sur le campus De Nayer de la KUL, le PETLab dispose d’un large éventail d’instruments analytiques, d’équipements de laboratoire et d’installations pilote. Au travers d’une série de partenariats industriels, le PETLab s’efforce de combiner les connaissances fondamentales avec l’approche pratique pour résoudre les problèmes auxquels fait face l’industrie. Le PETLab est intégré au cluster Procédés chimiques durables (SCPTC) du département Génie chimique dans les sections de recherche du campus De Nayer. Il est idéalement situé, à côté de Malines et au cœur du pôle de chimie industrielle d’Anvers et Bruxelles, la capitale européenne. Pour mettre en œuvre sa mission, le PETLab peut compter sur une solide source de « capital » : une équipe de collaborateurs talentueux et motivés. Plus de 25 personnes y travaillent actuellement.
A propos de Lise Appels
Lise Appels est chargée de cours universitaire au Laboratoire Process and Environmental Technology (PETLab) de la KU Leuven. Elle a obtenu un doctorat en Génie chimique à la KU Leuven et un master en Sciences de la bio-ingénierie à l’Université d’Anvers. Ses activités de recherche sont principalement axées sur les procédés de fermentation anaérobie et la production de produits chimiques renouvelables à partir de biomasse et de déchets au moyen de procédés biochimiques. Elle étudie également les caractéristiques du digestat ainsi que le prétraitement et posttraitement de la biomasse et des déchets.
Lise Appels
« Nous étudions divers types de flux, comme les eaux usées industrielles ou agricoles. »
« Nous voulons tester à grande échelle des projets faciles d’accès. »
« Le digestat contient encore beaucoup d’azote et de phosphore que nous voulons récupérer. »
