Annexe 79 - L'ÉLIMINATION DE L'AZOTE ET DU PHOSPHORE
Rédaction : M. Jean-Luc VASEL, membre du Comité de pilotage.
L'azote et le phosphore sont de nature à entraîner des phénomènes d'eutrophisation des eaux, sous la forme de prolifération algale de mortalités piscicoles... Ce phénomène concerne avant tout les zones sensibles à l'eutrophisation dans lesquelles les stations d'épuration doivent être équipées de procédés permettant l'élimination de l'azote et/ou du phosphore
L'épuration et les transformations qu'ils subiront au sein des stations d'épuration seront cependant très différentes selon que l'on s'adresse à l'azote ou au phosphore.
- L'azote
sera l'objet, sous l'action
des bactéries, d'une série d'oxydations, puis de
réductions successives l'amenant du stade
(ammonium étage d'oxydation -3), au stade
(nitrite étage d'oxydation +3) puis
(nitrate étage +5) pour ensuite être
réduit au stade N
2
(azote : étage
zéro).
Arrivé à ce stade il est sous forme gazeuse et pourra alors passer dans l'atmosphère où il rejoindra sans inconvénient l'azote atmosphérique. L'azote est donc éliminé, sous la forme gazeuse.
Les conditions nécessaires pour l'apparition des bactéries responsables des étapes d'oxydation ne sont pas très difficiles à obtenir dans une station. Par contre ces micro-organismes consomment beaucoup d'oxygène (réactions d'oxydation) qui doit être apporté par des moyens mécaniques (turbines, sur presseurs), ce qui se traduit par une consommation d'énergie et donc un coût de fonctionnement.
Les étapes de réduction (dénitrification) ne nécessitent pas d'oxygène, mais permettent, au contraire, de récupérer une partie de celui qui a été utilisé au départ. Cependant ces opérations nécessitent des mises en oeuvre particulières qui ne peuvent être assurées dans les stations anciennes ou surchargées.
Notons que des recherches récentes ont permis de mettre
en évidence l'existence de bactéries issues du milieu naturel
(anammox) capables de réaliser l'ensemble du processus de façon
plus intéressante consistant à combiner l'ammonium (
) au nitrite (
)
pour aboutir directement au stade N
2
. Les premières
applications industrielles viennent de voir le jour.
- Le phosphore , quant à lui, pourra être extrait de la phase liquide et évacué non pas sous forme gazeuse mais sous forme solide. En effet, il n'existe pas dans les transformations du phosphore mises en oeuvre dans une station d'épuration de formes gazeuses de cet élément Il devra donc être extrait sous forme de solides : soit sous forme de sels obtenus par précipitation chimique à partir de réactifs appropriés, soit comme partie intégrante des boues biologiques produites dans la station d'épuration.
Dans le premier cas le coût de l'opération sera lié à la fois au coût des réactifs mis en oeuvre et aux investissements pour les équipements de récupération des précipités formés.
L'élimination biologique du phosphore correspond au second cas. Elle vise à obtenir une boue biologique dont la teneur en phosphore est particulièrement élevée. Cet enrichissement inhabituel n'est obtenu qu'en alternant les conditions d'environnement des bactéries responsables de ce phénomène (création d'un état de stress pour les bactéries).
Si l'opération d'élimination biologique du phosphore est en soi peu coûteuse en énergie, elle requiert des investissements plus coûteux au départ et implique une gestion de la station beaucoup plus précise qu'auparavant.
Notons que dans les deux cas (traitement physico-chimique ou biologique), le phosphore se retrouvera dans les boues produites par la station. Il sera alors associé au devenir des boues et pourra donc, suivant le cas, aller vers l'incinération ou la valorisation agricole directe.
Notons cependant que le phosphore est un élément utile et précieux dont les ressources ne sont pas inépuisables. On songe de plus en plus à l'extraire des boues pour le récupérer.
Une des pistes explorées par les chercheurs dans ce domaine est de provoquer la précipitation d'un composé particulier : la struvite, qui est un sel d'azote et de phosphore, qui pourrait alors constituer un engrais contenant à la fois l'azote et le phosphore nécessaires aux cultures. Cela permettrait alors une récupération et une valorisation de ces deux éléments indispensables à l'agriculture.