Traitement de l'eau, les cinq tendances clés

Les molécules naturelles comme l'O₂, l'O₃ et le CO₂, des rôles prometteurs et au coeur des tendances

Le secteur de l’épuration des eaux entame une transition majeure : la législation devient plus stricte, les processus ont besoin d’être optimisés, l'impact du changement climatique doit être pris en compte et une forte vague de numérisation a débuté

Tendance 1 : Une législation toujours plus stricte

La récente révision de la directive européenne sur les eaux usées est une mise à jour visant à s'aligner sur le Green Deal européen. Elle inclut une responsabilité élargie de l’industrie concernant les micropolluants tels que les API (Principes actifs pharmaceutiques) présents dans l'eau. En effet, ces micropolluants peuvent être nocifs pour la santé publique et entraîner des déséquilibres hormonaux, entre autres.

InOpSys, société spécialisée dans l’épuration et la valorisation des flux d'eaux usées des entreprises pharmaceutiques et chimiques, a mis en place sur le site d'un client un système permettant de traiter les eaux usées sur place, alors qu’elles devaient auparavant être acheminées vers un incinérateur. Au cours de ce processus, 26 API différents sont éliminés – notamment à l'aide d'ozone- ce qui permet d'obtenir une pureté de 99,99999 %. .

Il est probable que la législation relative à la présence de HCl (chlorure d'hydrogène) et de H₂SO₄ (acide sulfurique) dans les eaux usées à rejeter sera également renforcée. Ces substances sont encore régulièrement utilisées aujourd'hui dans le traitement de l'eau, principalement pour corriger le pH, mais les chlorures du HCl rendent l'eau saumâtre en raison de la grande quantité de sels qu'ils contiennent. D'autre part, les sulfates - le produit résiduel de l'acide sulfurique - provoquent une corrosion excessive et une asphyxie dans les systèmes d'égouts, ce qui entraîne une usure prématurée et donc des coûts plus élevés pour la société. C'est notamment pour ces raisons qu’un nombre croissant de stations d'épuration passent au CO₂ biogénique. Cela permet en outre d'éviter que les collaborateurs n'entrent en contact avec des acides dangereux.

Aux Pays-Bas, plusieurs entreprises de recyclage des PET ont rapidement converti leur installation de pH au H₂SO₄ existante en une correction du pH basée sur le CO₂ biogénique. 

Tendance 2 : Nécessité d'intensifier et optimiser les processus de traitement des eaux

La nécessité de traiter de plus grandes quantités d'eau, et de le faire de manière plus approfondie, ne cesse de croître. Mais il n'est souvent pas évident d'agrandir les stations d'épuration existantes pour y parvenir. En effet, celles-ci sont fréquemment confrontées à des contraintes économiques et à un manque d'espace disponible.

En intensifiant et en optimisant les processus de traitement existants, il est possible de traiter de plus grands volumes d'eau de manière plus efficace et plus économe en énergie, sans avoir à supporter des coûts importants ou à installer des bassins supplémentaires.

La station d'épuration de Renewi - qui a maintenant 31 ans - commençait à rencontrer des problèmes de capacité, surtout pendant les mois d'hiver. Au lieu de construire des bassins plus grands, Renewi a choisi d'intégrer une station à base d'oxygène pur, en plus de la station à base d'air extérieur existante. Cette opération a permis d'augmenter considérablement la capacité sans nécessiter de travaux de construction. 

Aquiris - la plus grande station d'épuration de Belgique - a utilisé l'ozone (O₃) pour améliorer sa capacité de sédimentation des boues, augmentant ainsi sa capacité de manière significative. 

L'entreprise chimique BASF a également augmenté la capacité de traitement de l'eau sur son site d'Anvers, en utilisant l'ozone pour optimiser la sédimentabilité des boues, garantissant ainsi une efficacité de traitement optimale. 

Tendance 3 : Lutter contre les émissions de protoxyde d’azote

Les intensifications de processus à base d'oxygène pur et d'ozone mentionnées ci-dessus réduisent également les émissions de protoxyde d’azote (N₂O). Dans les stations de traitement des eaux, les émissions de protoxyde d’azote représentent souvent plus de 40 % de l'empreinte carbone.

Il est important de noter que l'émission de 1 kg de protoxyde d’azote équivaut à 298 kg d'émissions de CO₂. C'est pourquoi, dans les milieux académiques, ainsi qu’au niveau des pouvoirs publics et des entreprises, la recherche bat son plein afin de trouver des solutions permettant de réduire ces émissions nocives.

En 2023, un client d'Air Liquide opérant dans le secteur du traitement des déchets a commandé une étude CFD à AM-Team. Les résultats ont ensuite été comparés à la pratique à l'aide de drones, qui ont effectué les mesures nécessaires au-dessus des bassins. Il en est ressorti qu'une installation hybride air/oxygène pur permettait de réduire les émissions de protoxyde d’azote de 70 %. En outre, le modèle CFD a montré que si l'installation passait entièrement à l'oxygène pur, les émissions de protoxyde d’azote pourraient être presque totalement évitées.

Le potentiel de faible émission de l'O₂ pur est également visible dans la prévention de la légionellose et la faible propagation des PFAS dans les stations d'épuration (voir le centre flamand de connaissances sur les MTD) pour réduire les émissions de PFAS, p. 70-71). 

Outre l'oxygène pur, le CO₂ biogénique peut également être utilisé pour réduire les émissions de carbone dans les stations d'épuration. En utilisant le CO₂ biogénique, l'empreinte carbone finale est plus faible que si l'on utilisait de l'acide sulfurique. De plus, l'alcalinité des eaux usées est ainsi préservée, ce qui est bénéfique pour les océans et la biodiversité. En effet, le CO₂ crée des bicarbonates solubles qui fixent le CO₂. Lors de l’utilisation de H₂SO₄, les bicarbonates se décomposent, ce qui entraîne la libération de CO₂. Par conséquent, les rivières sont confrontées à un écoulement d'eau non tamponné.

Un groupe international de premier plan spécialisé dans la technologie des matériaux circulaires est passé de l'acide sulfurique au CO₂ pour corriger le pH de ses eaux usées. Outre les avantages mentionnés précédemment (voir ci-dessus), ces mineurs urbains attachent également de l'importance à la réduction des émissions de sulfates. Entre-temps, le fabricant a déjà mis en service trois installations basées sur le CO₂ sur deux sites différents.

Tendance 4 : Prise en compte des effets du changement climatique

Le changement climatique entraîne des conditions météorologiques extrêmes. Par exemple, nous devrons de plus en plus faire face à des périodes de sécheresse prolongée (entraînant une pénurie d'eau), ainsi qu'à des précipitations intenses et à un risque accru d'inondations.

Les inondations entraînent une forte augmentation des volumes d'eau à traiter. Dans de nombreux cas, les stations d'épuration ne peuvent faire face à ces volumes et une partie de l'eau est détournée non traitée vers les cours d'eau. Un autre problème est que cette eau est souvent très polluée. En effet, les débits importants provoquent pour ainsi dire un rinçage des égouts. La saleté des égouts finit par créer des zones pauvres en oxygène dans les cours d'eau. Ces zones menacent la biodiversité et peuvent également causer des problèmes d'odeurs.

Waterschap De Dommel est la première station d'épuration municipale à avoir utilisé des Ventoxals (un système permettant d'injecter et de mélanger de l’oxygène dans l'eau) en combinaison avec les nouvelles buses HP économes en énergie sur son site d'Eindhoven. Cette opération permet de réaliser d'importantes économies d'énergie. Les Ventoxals ont été installées dans le bassin de dénitrification. Cette zone anoxique (pauvre en O₂) est essentielle pour l'élimination de l'azote, mais en cas d’intempéries, elle risque de devenir anaérobie. Le processus s'en trouve perturbé, ce qui peut causer des problèmes d'odeur et des rejets non conformes. Grâce à l'oxygène pur et aux systèmes Ventoxal installés, le processus peut être rétabli à court terme, ce qui permet de stabiliser la qualité de l'eau. 

Le changement climatique entraîne également une raréfaction de l'eau et, par conséquent, une pression sur la disponibilité de l'eau potable, en particulier pour l'utiliser comme eau de traitement.

Alpro – une marque du groupe Danone - a mis en service une station de réutilisation de l'eau sur son site de Wevelgem, avec une capacité de traitement de 930 000 m3 par an. Grâce à cette station, environ 80 % des eaux usées peuvent être réutilisées. La valeur du pH de l'eau à purifier est corrigée avec du CO₂ biogénique. Air Liquide dispose désormais de plusieurs sources de CO₂ biogénique au Benelux pour approvisionner ses clients dans le domaine du traitement de l'eau. Plus d'informations à ce sujet dans notre étude de cas (uniquement disponible en EN ou NL).

Tendance 5 : La numérisation

La conséquence de tout ce qui précède est que des étapes supplémentaires dans le traitement de l'eau seront nécessaires. De plus, certaines étapes deviendront plus complexes en raison de l'efficacité accrue recherchée. Afin de garder tous ces éléments sous contrôle, et de préférence de manière conviviale, la numérisation représente la réponse adéquate.

L'un des moyens d'y parvenir est de déployer des jumeaux numériques dès la phase de conception et d'utiliser la technologie CFD (Computational Fluid Dynamics). Pendant la production, Air Liquide peut surveiller à distance un certain nombre de paramètres cruciaux et procéder à des ajustements en temps réel sur la base des données disponibles.

Une sucrerie wallonne, un site industriel de transformation de la betterave, a numérisé sa station d'épuration, permettant à Air Liquide de suivre le processus de traitement et d'optimiser les quantités d'oxygène à injecter.

Enfin, Inopsys utilise un compteur numérique d'empreinte carbone sur le site d’Ajinomoto pour visualiser les émissions de CO₂ évitées.