Développer un procédé de traitement biologique du phosphore des eaux usées tout en facilitant la valorisation de ce dernier : c'est le défi que s'est lancée une équipe du Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP) de Toulouse. "Nous avions observé que le phosphore contenu dans les effluents, après leur passage dans des méthaniseurs (1) , donne des précipités de phosphates dans les agrégats microbiens : nous avons décidé d'exploiter cette idée et déposer un brevet en 2011", situe Mathieu Spérandio, responsable du projet au sein de l'équipe Ecosystèmes microbiens et bioprocédés d'épuration et de valorisation au LISBP.
En collaboration avec une entreprise Valbio, spécialisée dans l'épuration d'effluents industriels, les chercheurs testent ainsi sur les effluents d'une fromagerie deux procédés de précipitation du phosphate. L'un "plus conventionnel" consiste à cristalliser les phosphates en augmentant le pH du milieu dans des réacteurs placés à la suite de méthaniseur et l'autre utilise des bactéries pour induire la précipitation. Dans ce cas, le principe est simple : l'effluent est mis au contact de la biomasse dans un réacteur. L'eau est alors épurée. Après plusieurs cycles, des agrégats microbiens se forment dans lesquels des cristaux de phosphate minéral sont immobilisés. Ces derniers pourront ensuite être déshydratés. Pour les deux voies, l'un des objectifs s'avère en effet de récupérer des granulés de particules qui pourront être valorisés ensuite comme engrais agricole. "Aujourd'hui 40 % des amendements proviennent de phosphates chimiques or les réserves minières devraient être épuisées en 2030 ou 2040", note le scientifique.
Dans le premier procédé, de la struvite est fabriquée : un composé formé de phosphate, de magnésium et d'ammonium. Les micro-organismes quant à eux catalysent la formation de phosphate de calcium. L'intérêt d'utiliser la voie des bactéries ? Ces dernières engendrent des variations de pH et réduisent ainsi la consommation de réactif.
Chacune de ces deux voies correspond à une application : ainsi la fabrication de struvite serait plus adaptée à des effluents concentrés comme ceux qui sont issus de la digestion des boues de stations d'épuration des effluents urbains tandis que les micro-organismes correspondraient à des eaux usées moins concentrées en phosphates.
Réduire de 5 à 30 % les boues
Aujourd'hui, les stations situées dans des zones sensibles à l'eutrophisation traitent les phosphates en ajoutant du fer ou de l'aluminium. Ils obtiennent alors des phosphates de fer ou d'aluminium qui s'accumulent ensuite dans les boues. "L'inconvénient de ce type de traitement est qu'ils induisent une surproduction de boues : de 5 à 30 % par rapport à une station qui n'a pas besoin de traiter le phosphore, précise Mathieu Spérandio, le procédé qui utilise les micro-organismes sous forme granulaire pourrait éviter ce surplus et permettre de valoriser facilement le phosphore à un coût moins important". La gestion et le transport des granulés seraient en effet plus aisés que pour des boues.
Les scientifiques s'intéressent désormais à la caractérisation des consortiums de bactéries qui réalisent l'opération et tentent de déterminer dans quelles conditions ils sont favorisés. Ils cherchent également à standardiser les conditions opératoires et identifier les gammes de micro-organismes qui permettront de s'adapter à différents types d'effluents pour avoir des applications plus larges.
Autre point important qu'il reste à améliorer : l'optimisation de la performance du traitement. "Sur nos premiers essais, notre procédé permet d'éliminer 50 à 70% du phosphore de l'eau mais pour les zones sensibles à l'eutrophisation, il faudra peut-être atteindre 99 % ce qui sera plus difficile avec un procédé comme le nôtre, reconnaît Mathieu Spérandio, l'avenir sera probablement de combiner différents types de procédés pour atteindre des seuils bas".
Après cette première étude pilote, les scientifiques projettent d'expérimenter leur solution à plus grande échelle, sur l'installation industrielle d'une coopérative fromagère.
