Comment l’Anammox permet de répondre à l’enjeu énergétique du traitement des eaux usées ?

1. Sources : Irstea et SIAAP
* Pour une STEP de taille moyenne
(10 000 EH – Equivalent-Habitant)
Sources : Ministère de la Transition Ecologique et
Solidaire, Irstea, Veolia et Suez
EH : Equivalent Habitant
*Les effluents du digesteur sont constitués de l’eau et de la biomasse non éliminée via la méthanisation
**Plus faible en raison de l’absence du flux de recirculation
*** Production de biomasse par les bactéries Anammox
Le bilan énergétique de la STEP peut être amélioré d’environ 50% avec l’utilisation de la technologie Anammox
pour traiter les effluents du digesteur. Pour cette application, la technologie Anammox est déjà maîtrisée.
En revanche, son intégration au processus de traitement principal demeure à l’état de R&D. Les perspectives de
cette innovation incluent notamment l’obtention d’un bilan énergétique positif au sein de la STEP.
Maîtrisé
Plus de 20.000 STEP en France, dont :
ANAMMOX : VERS UN TRAITEMENT DES EAUX USÉES DOMESTIQUES NEUTRE EN ÉNERGIE
STEP conventionnelle : le traitement conventionnel des eaux usées domestiques par boues activées permet l’élimination de 90% de la matière
organique (C), de 90% de l’azote (N) et de 60% du phosphore (P) avant rejet dans le milieu naturel :
Prétraitement
Boues
Processus découvert dans les années 1990 : plusieurs
travaux de recherche sur le sujet
Traitement de l’azote par boues activées conventionnel vs traitement incluant l’Anammox[1]
Les bactéries Anammox sont autotrophes
• Consommation de CO2 et production de biomasse
• Zéro apport supplémentaire de matière carbonée pour le
traitement de l’azote
Les bactéries Anammox sont anaérobies
• Environ 40% de réduction de la consommation d’énergie de la
STEP
Forces : réduction des OPEX et de l’empreinte carbone
Les conditions nécessaires à la croissance des bactéries Anammox
sont complexes à maintenir
• Très faible taux de croissance
• Le processus est pour l'instant limité aux eaux usées ayant une
température élevée et une concentration d’azote importante
Peu de données existantes sur l’intégration de l’Anammox au
processus de traitement principal
Faiblesses : complexité technique
Association de différentes innovations pour maximiser l’efficacité de
traitement de la STEP
• Enrichissement de la biomasse Anammox pour accélérer la
croissance des bactéries
• Optimisation de la valorisation de la matière organique pour la
production de biogaz
• Valorisation des sous-produits du traitement
Opportunités : évolution vers un traitement plus efficace et
neutre en énergie
Les cycles de renouvellement technologique des STEP sont supérieurs
à 30 ans
• La mise en place de la technologie Anammox est donc
relativement lente
Manque d’expérience pratique
• Une seule application réussie d’intégration de l’Anammox au
processus de traitement principal des eaux usées domestiques :
STEP de Strass en Autriche
Menaces : inertie intrinsèque au marché
Traitement conventionnel
Anammox pour traiter les effluents
du digesteur*
Energie pour
aération
Energie pour
pompage/agitation
Anammox intégré au processus de
traitement principal
- 62
Consommation d’énergie (Wh/EH/j)
- 20
Consommation d’énergie (Wh/EH/j) Consommation d’énergie (Wh/EH/j)
Energie valorisable :
biogaz ou électricité
+ 38
Bilan énergétique
(Production –
Consommation)
- 44
Analyse de l’intégration de l’Anammox au processus de traitement principal des eaux usées domestiques [1] [2] [3] [4] [5]
40%
60%
Boues activées
Principaux acteurs et technologies
Anammox :
- : ANITATMMox
- : CleargreenTM
Autres filières
Traitement secondaire : des bactéries à notre service
Une nouvelle voie métabolique pour traiter l’azote en STation d’EPuration des eaux usées (STEP)
Des bénéfices pour l’environnement, mais des défis à relever
Une technologie encore partiellement répandue, mais au potentiel important
1
Lors du traitement secondaire, les bactéries éliminent la plupart des matières carbonées, azotées et phosphorées mais ce procédé requiert une
forte mobilisation d’énergie !
Contrainte : besoin important en aération Défi : réduire les besoins en aération
La diffusion des bulles d’air dans des milieux très chargés en
matière organique requiert d’importantes consommations
d’énergie…
…contribuant de manière conséquente au coût global du
traitement.
L’aération représente entre 50 et 80% de la
consommation d’énergie de la STEP.
Développement des projets Anammox dans le monde
Anammox pour traiter les effluents du digesteur
Anammox intégré au traitement principal
Autriche
•2004 – Strass (World Water Works)
Suisse
•2008 – Thun (World Water Works) [8]
Allemagne
•2001 – Hattingen (Purac) [7]
•2007 - Weibenfels et Rheda
Wiedenbrück (Aquaconsult) [7]
Suède
•2007 – Himmerfjärden (Purac) [7]
•2011 – Malmö (Veolia)
Espagne
•2015 – Burgos et Ourense
(Degrémont, Suez) [7]
Concernant le traitement des eaux usées domestiques, la plupart des installations Anammox sont en Europe et sont destinées au traitement des
effluents du digesteur. Quelques exemples :
France
• 2016 - Angers La Baumette –
Technologie CleargreenTM
(Degrémont, Suez) – Projet
pilote
Potentiel d’application de la technologie en France
L’intégration de l’Anammox au traitement principal est compatible
avec l’infrastructure de la STEP déjà existante, nécessitant de
légères modifications [2].
Comment l’Anammox permet de répondre à l’enjeu énergétique du traitement des eaux usées ?
Décantation
primaire
2 Traitement
secondaire
O2
Bactéries
Boues
Clarification4
Digestion (Biogaz)
Optimiser les systèmes d’apport en oxygène via 3 axes :
• Dimensionnement
• Choix des équipements
• Régulation de l’aération
Réduire les besoins en aération des processus biologiques :
• Favoriser le développement des
bactéries anaérobies pour traiter
l’azote
Sources : Irstea et BEI ERE
Maîtrisé
Innovation
Anammox
- 52
- 20
+ 51
- 21
- 31
- 15**
+ 70***
+ 24
Innovation
CO2
[1] Kartal B., Kuenen J. G. et van Loosdrecht M. C. M. Sewage Treatment with Anammox, Science (2010).
[2] O’ Shaughnessy M. Mainstream Deammonification, IWA Publishing (2016).
[3] Kuenen J. G. Anammox bacteria: from discovery to application, Nat Rev Microbiol 6 (2008).
[4] Fux C., Egli K., van der Meer J.R., Siegrist H.R. Le procédé Anammox pour l’elimination de l’azote dans les stations d’epuration. EAWAG news 56 (2003).
[5] Ding Z. Ingénierie et aspects microbiens du procédé Anammox pour le traitement des eaux uséees, Université Paris-Est (2015).
[6] Li A., Sun G. et Xu M. Recent Patents on Anammox Process, Recent Patents on Engineering (2008).
[7] Lackner S., Gilbert E., Vlaeminck S., Joss A., Horn H. et van Loosdrecht M. Full-scale partial nitritation/anammox experiences - An application survey. Water Research (2014).
[8] Jones N. Evaluation of biological nutrient removal by anammox in a three phase fluidized bed bioreactor. Ryerson University (2012).
Sources : Université de technologie de Delft, Purac, Veolia,
World Water Works, Compressed Air Best Practices, Suez
3
Phénomène naturel responsable d’environ 50% du
renouvellement d’azote dans les océans
820 kWh/j*[1]
Pays-Bas
•2002 – Rotterdam, STEP
Dokhaven (Paques) [6]
•2012 – Sneek, 2 STEPs (DeSah
BV) [7]