Pour aider les services publics et les organismes de réglementation à comprendre l’impact environnemental du processus de traitement de l’eau pour réutilisation, Xylem et l’IVL, l’Institut suédois de recherche sur l’environnement, ont procédé à des recherches en profondeur sur différentes filières de traitement pour la réutilisation. Voici quatre éléments que vous devriez connaître si vous créez une station d’épuration pour le recyclage de l’eau.
Dans un article précédent, Impeller s’est penché sur les résultats de la recherche concernant les coûts globaux de la durée de vie de diverses filières de traitement de l’eau pour réutilisation, y compris les dépenses de capital et les coûts d’exploitation sur 20 ans. Cet article se concentrera sur les résultats de la recherche portant sur l’impact environnemental de dix KPI, ou ICP : Indices clés de performance (voir la liste complète ci-dessous).
« Nous voulions savoir quelle est la solution optimale et la plus durable pour la réutilisation, déclare Aleksandra Lazic, ingénieure processus principale, R&D Traitement à Xylem. C’est pourquoi nous avons étudié le coût sur l’intégralité de la durée de vie, l’évaluation de la durée de vie, l’impact environnemental, ainsi que l’aspect social, c’est-à-dire la qualité des effluents selon les réglementations de régions particulières. C’est ainsi que nous avons défini la durabilité, comme l’intersection de ces trois piliers. Il faut examiner les trois. »
1. L’augmentation de la qualité des effluents n’aboutit pas à une forte progression de l’impact environnemental.
Pour effectuer cette étude, les chercheurs ont examiné huit filières de traitement pour trois objectifs de réutilisation de l’eau : utilisation agricole, recharge des nappes phréatiques et utilisation industrielle. Ces filières produisaient plusieurs qualités d’effluents, de faible, pour l’utilisation agricole, à élevée, avec extraction des micropolluants, pour la recharge des nappes phréatiques.
« Notre recherche a montré que si vous augmentez la qualité des effluents, la valeur de la plupart des ICP augmente, mais pas pour tous, indique Lazic. Toutefois, nous n’observons pas de bonds énormes des principaux ICP, tels que le potentiel de réchauffement global, l’acidification et l’eutrophisation, par rapport au traitement conventionnel des eaux usées. Il ne s’agit pas d’augmentations extrêmes, ce qui signifie qu’une augmentation de la qualité des effluents n’a pas de fort impact environnemental. »
2. La plus faible qualité des effluents a le plus fort potentiel de réchauffement climatique.
« Avec tous les ICP, à l’exception d’un seul, on constate une faible progression de l’impact environnemental accompagnant l’augmentation de la qualité des effluents, mais le potentiel de réchauffement climatique diminue avec l’augmentation de la qualité des effluents, affirme Lazic. Fondamentalement, la qualité de l’eau la plus faible, pour l’agriculture, possède le plus fort potentiel de réchauffement climatique. Ceci est une surprise pour nous. L’explication est le taux d’émissions d’oxyde nitreux (N2O) largement supérieur de cette filière, 2,1 % au lieu des 0,2 % pour les autres filières. »
Ces taux supérieurs de N2O sont dus au fait que, dans la production d’effluents de faible qualité pour un usage agricole, des nutriments sont conservés dans l’eau pour servir d’engrais. Dans ce but, le traitement secondaire doit être interrompu de manière répétée, ce qui se traduit par des taux de N2O supérieurs.
« L’oxyde nitreux présente un potentiel de réchauffement climatique trois fois supérieur à celui du dioxyde de carbone, c’est donc l’un des gaz à effet de serre les plus problématiques, déclare Lazic. Bien que de nombreuses personnes soient conscientes de cette émission dans le processus de traitement, elles déterminent souvent les quantités de ce gaz en se basant sur des suppositions. Nous avons au contraire mesuré les émissions de N2O pendant deux ans. »
3. La consommation d’énergie est déterminante dans sept des dix ICP d’impact environnemental.
« Nous avons examiné ce qui est déterminant dans les ICP, ce qui nous permet de simplifier les résultats autant que possible, indique Lazic. Nous avons découvert que la consommation d’énergie est déterminante dans la plupart des ICP, dans sept ICP sur dix. Cela signifie qu’une baisse de la consommation d’énergie des filières de production entraîne une réduction de l’impact environnemental. Sachant cela, vous pouvez aussi vous baser sur la consommation d’énergie pour évaluer l’impact environnemental de votre filière de traitement. »
Les émissions de N2O étaient très faibles sur les filières de traitement pour la recharge des nappes phréatiques et une utilisation industrielle, la consommation d’énergie avait donc le plus fort impact sur le potentiel de réchauffement climatique. Dans le cas des filières de traitement à destination agricole, les émissions de N2O constituaient le facteur avec le plus d’impact.
« Notre analyse des coûts sur la durée de vie a mis en évidence que l’étape de traitement secondaire consomme le plus d’énergie, et qu’elle représente le coût le plus lourd tant en capital que sur le plan opérationnel, précise Lazic. Notre évaluation de la durée de vie nous montre que la réduction de la consommation d’énergie de votre traitement secondaire réduira aussi l’impact environnemental. Ceci nous donne une indication claire sur l’étape à optimiser. »
Lazic affirme que certains pays sont déjà très avancés dans la surveillance de la corrélation entre les émissions de gaz à effet de serre et l’exploitation d’une station d’épuration. Pour limiter la consommation d’énergie et les émissions en Grande-Bretagne, les stations d’épuration de l’eau sont maintenant soumises à une redevance sur l’empreinte carbone. Pour calculer la redevance annuelle, les stations d’épuration doivent indiquer leur consommation d’énergie et leurs émissions pour l’intégralité du site. Si les données d’une station d’épuration n’entrent pas dans certaines limites, la station doit payer une redevance.
4. L’emplacement et la taille de la station d’épuration peuvent modifier profondément l’impact environnemental.
Les chercheurs ont testé huit filières de traitement pour la réutilisation de l’eau avec trois tailles de stations d’épuration grandeur nature : 20 000 EH, 100 000 EH et 500 000 EH. Les chercheurs ont conclu que les émissions de C02 par mètre cube étaient plus faibles dans les plus grandes stations d’épuration.
« Les systèmes de grande taille sont équipés de matériel plus gros, tels que des pompes et des ventilateurs, leur rendement augmente avec leur taille, déclare Lazic. Cela signifie que la consommation d’énergie par mètre cube d’eau traitée est plus faible. C’est pourquoi il y a une demande de traitement plus centralisée, avec une grande station au lieu de plusieurs petites ».
La source de l’énergie utilisée dans la station d’épuration est un autre facteur important de l’impact environnemental.
« Nous avons basé notre recherche sur les coûts du réseau électrique espagnol, indique Lazic. Quand nous recalculons l’impact pour une station suédoise, qui utilise une énergie beaucoup plus verte, le potentiel de réchauffement climatique chute de 60 %. Si vous transposez l’exemple aux USA, qui utilisent davantage de carburants fossiles que l’Espagne, il grimpe de 50 %. C’est pourquoi nous disons que le calcul de votre impact environnemental est spécifique à votre région ».
Le rôle de Xylem dans la réutilisation durable de l’eau
Sur la base de ces résultats concernant l’impact environnemental du traitement de l’eau, Xylem a décidé d’aller plus loin pour voir comment les émissions pourraient être réduites à l’échelle mondiale.
« Nous avons décidé d’appliquer nos résultats à l’échelle mondiale pour déterminer quel serait l’impact d’une optimisation des stations d’épuration avec la technologie Xylem telle qu’elle est actuellement disponible », explique Lazic. Ce travail a été publié dans le rapport Powering the Wastewater Renaissance (Alimenter la renaissance des eaux usées) qui démontrait que l’industrie des eaux usées pouvait réduire de moitié les émissions liées à l’électricité.
« Xylem étant à même de fournir un système complet de traitement des eaux usées pour leur réutilisation, nous sommes en mesure d’optimiser la filière de traitement dans son intégralité, déclare Lazic. Nous ne sommes pas qu’un fournisseur de matériel, nous sommes un fournisseur de solutions. Nous avons fourni beaucoup de travail pour comprendre non seulement quelle est la meilleure solution, mais aussi quelle est la solution la plus durable. »
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Les dix ICP de l’impact environnemental
potentiel de réchauffement climatique, potentiel d’acidification, potentiel d’eutrophisation, création d’ozone photochimique, toxicité humaine, écotoxicité de l’eau douce, écotoxicité marine, écotoxicité terrestre, épuisement des ressources abiotiques : éléments, et épuisement des ressources abiotiques : fossiles.