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Publication du programme PAUSE – ANR Ukraine pour l’accueil de scientifiques ukrainiens et ukrainiennes dans des laboratoires français
CE04 - Innovations scientifiques et technologiques pour accompagner la transition écologique

Marais flottants comme traitement tertiaire des effluents agro-alimentaires – FloWAT

Marais flottants comme traitement tertiaire des effluents agro-alimentaires

Une solution innovante basées sur la nature pour réduire les impacts sur le milieu récepteur

Enjeux et objectifs du projet FloWAT

Le secteur agro-alimentaire, notamment l’industrie de transformation de la viande, est un des secteurs les plus consommateurs d’eau et producteurs d’effluents qui sont souvent traités par des filières comprenant des lagunes. Durant les périodes d’été, les débits des rivières réceptrices ne permettent pas de garantir une bonne dilution de la charge polluante. Une solution innovante pour améliorer le traitement des effluents avant rejet serait d’installer des Marais Flottants (MF) sur les lagunes existantes comme traitement tertiaire complémentaire. <br />Cette écotechnologie, inspirée de la nature, peut facilement s’intégrer aux lagunes existantes sans besoin de génie civil ou terrassement. Un MF est un ouvrage hydroponique végétalisé qui s’installe directement sur la surface des lagunes existantes. Il est composé d’un matelas flottant planté de macrophytes. Les racines des plantes poussent dans le matelas puis atteignent la colonne d’eau dans laquelle elles se développent et agissent comme filtre physique et biologique pour les polluants dissous et particulaires. Les MF ont récemment montré leur efficacité pour le traitement des nutriments, métaux, matières en suspension et polluants émergeants tels que les résidus de produits pharmaceutiques. Cependant la plupart des études présentes dans la littérature reposent sur des expérimentations de petite taille, utilisant principalement des effluents synthétiques non représentatifs du secteur agro-alimantaire et n’ont pas fourni de lignes directrices de dimensionnements ce qui ralentit leur déploiement. <br />Le but du présent projet est d’évaluer l’efficacité d’un MF, modifié pour permettre la récupération du phosphore (P), au travers d’une expérience à l’échelle pilote représentative d’une application réelle (effluent réel, alimentation continue) pour le secteur agro-alimentaire.

Une Analyse du Cycle de Vie du MF a été réalisée en prenant en compte les matériaux, procédés de fabrication, utilisation et la fin de vie du produit afin d’identifier les voie d’amélioration du MF pour minimiser son empreinte environnementale. Dans un contexte de diminution des ressources mondiales en phosphore, l’utilisation d’un matériau spécifique permettant la récupération du P, et réutilisable en tant que fertilisant par exemple, apparait nécessaire. Plusieurs produits bio-sourcés et/ou répondant au principe d’économie circulaire ont été étudiés à échelle laboratoire afin de sélectionner le matériau le plus approprié pour les tests pilotes. Un site expérimental d’environ 100 m2 comprenant 4 lagunes pilotes équipées de MF de différentes tailles et alimentées d’effluent de lagune a été construit sur une station d’épuration agro-alimentaire. Le suivi sur une période minimale d’un an permettra de fournir des lignes directrices de design pertinentes pour optimiser la taille des MF en fonction des charges de polluants entrantes et de la performance attendue. Un outil de dimensionnement et des lignes directrices de maintenance seront développés ce qui garantira une mise en place et un fonctionnement optimal des MF pour répondre aux exigences règlementaires environnementales. De plus, une évaluation des voies de valorisation énergétique possibles de la végétation produite et de réutilisation de l’eau usée traitée (irrigation et/ou nettoyage industriel non sensible) sera réalisée dans une perspective d’économie circulaire.

L’étude laboratoire entreprise sur la première phase du projet FloWAT a permis de développer et/ou tester 4 types de matériaux : 1) coquille d’huitre calcinée à 4 températures, 2) coquille d’huitre pyrolisée à 4 températures, 3) granulat de béton cellulaire expansé (BCE-déchet/co-produit de fabrication), 4) filtralite. Les coquilles d’huitre pyrolisées présentaient des capacités d’abattement du phosphore prometteuses. Cependant ce matériau voyait ces capacités diminuer en cas de stockage du matériau pendant quelques semaines/mois avant utilisation, limitant sont application dans un contexte réel. Le granulat de BCE présentant une capacité d’abattement du phosphore dissous équivalente, et stable dans le temps, a donc été sélectionné pour les tests pilotes. Ce matériau est issu du procédé de fabrication du BCE et est considéré comme un déchet. Non toxique, il apparait donc comme un candidat intéressant permettant de répondre aux enjeux d’économie circulaire.
Les résultats préliminaires de l’ACV réalisée avec le logiciel Open LCA suggèrent que le flotteur du MF est l’élément le plus impactant d’un point de vue environnemental car sa matière première est un produit pétro-sourcé et que son poids est très nettement supérieur à celui des autres éléments. Bienque 60% du flotteur soit issu de plastique recyclé minimisant ainsi son empreinte environnmentale, il convient d’évaluer la possibilité de changer de matière première du flotteur en se tournant vers des matières plus soutenables d’un point de vue environnemental. Les activités de recherche et developpement sur les bio-polymères pourraient repondre a cet enjeux. Cette ACV sera mise à jour au cours du projet en intégrant les résultats d’expérimentation pilote.

La deuxième phase du projet FloWAT permettra de récolter des données de performance épuratoire globale du MF ainsi que des données d’abattement et de récupération du P dans des conditions proches du réel. Des lignes directrices de design et maintenance seront élaborées facilitant une mise en place et un fonctionnement optimal. Ceci permettra de réduire l’utilisation de coproduit de précipitation (e.g. FeCl3) normalement utilisé dans les traitements secondaires et de récupérer un sous-produit chargé en phosphore. A l’échelle nationale, près de 7000 entreprises agro-alimentaires ont été identifiées comme potentiels utilisateurs de cette technologie ce qui justifie et motive un tel projet de recherche.

1. Abi Hanna R., Borne K., Gétente C., “Enhanced Floating Treatment Wetland for Phosphorous Removal from Secondary Meat Processing Effluents” IWA World Water Congress & Exhibition Programme (9-14 mai2021).
2. Abi Hanna R., Borne K., Villot A., Gétente C., “Recovery of cellular concrete waste for phosphorous removal from agri-food wastewater”, WasteEng, Engineering for waste and biomass valorization, (31 Mai-4 Juin 2021)

Le secteur agro-alimentaire, notamment l’industrie de transformation de la viande, est un des secteurs les plus consommateurs d’eau et producteurs d’effluents qui sont souvent traités par des filières comprenant des lagunes. Durant les périodes d’été, les débits des rivières réceptrices ne permettent pas de garantir une bonne dilution de la charge polluante. Une solution innovante pour améliorer le traitement des effluents avant rejet serait d’installer des Marais Flottants (MF) sur les lagunes existantes comme traitement tertiaire complémentaire.

Cette écotechnologie, inspirée de la nature, peut facilement s’intégrer aux lagunes existantes sans besoin de génie civil ou terrassement. Un MF est un ouvrage hydroponique végétalisé qui s’installe directement sur la surface des lagunes existantes. Il est composé d’un matelas flottant planté de macrophytes. Les racines des plantes poussent dans le matelas puis atteignent la colonne d’eau dans laquelle elles se développent et agissent comme filtre physique et biologique pour les polluants dissous et particulaires. Les MF ont récemment montré leur efficacité pour le traitement des nutriments, métaux, matières en suspension et polluants émergeants tels que les résidus de produits pharmaceutiques. Cependant la plupart des études présentes dans la littérature reposent sur des expérimentations de petite taille, utilisant principalement des effluents synthétiques non représentatifs du secteur agro-alimantaire et n’ont pas fourni de lignes directrices de dimensionnements ce qui ralentit leur déploiement.

Le but du présent projet est d’évaluer l’efficacité d’un MF, modifié pour permettre la récupération du phosphore (P), au travers d’une expérience à l’échelle pilote représentative d’une application réelle (effluent réel, alimentation continue) pour le secteur agro-alimentaire. Dans un contexte de diminution des ressources mondiales en phosphore, l’utilisation d’un matériau spécifique permettant la récupération du P, et réutilisable en tant que fertilisant par exemple, apparait nécessaire. Une attention particulière sera portée à la fin de vie du produit favorisant l’utilisation de matériaux facilement recyclables ou réutilisables. Une Analyse du Cycle de Vie permettra de sélectionner les matériaux et procédés de fabrication garantissant une faible empreinte environnementale. Les pilotes seront suffisamment grands pour extrapoler les résultats et fournir des lignes directrices de design pertinentes pour optimiser la taille des MF en fonction des charges de polluants entrantes et de la performance attendue. Un outil de dimensionnement et des lignes directrices de maintenance seront développés ce qui garantira une mise en place et un fonctionnement optimal des MF pour répondre aux exigences règlementaires environnementales. De plus, une évaluation des voies de valorisation énergétique possibles de la végétation produite et de réutilisation de l’eau usée traitée (irrigation et/ou nettoyage industriel non sensible) sera réalisée dans une perspective d’économie circulaire.

Le résultat du présent projet sera le développement d’un produit robuste et commercialisable. Ce sera le premier MF 100% recyclable qui permettra la récupération du phosphore en plus de fournir un traitement pour les matières en suspension, la pollution carbonée, les nutriments et polluants émergeants. Ceci permettra de réduire l’utilisation de coproduit de précipitation (e.g. FeCl3) normalement utilisé dans les traitements secondaires et de récupérer un sous-produit chargé en phosphore. Il n’existe pas à ce jour de tels produits sur le marché (ni en France ni à l’étranger). A l’échelle nationale, près de 7000 entreprises agro-alimentaires ont été identifiées comme potentiels utilisateurs de cette technologie ce qui justifie et motive un tel projet de recherche.

Coordinateur du projet

Madame Claire GERENTE (LABORATOIRE DE GENIE DES PROCEDES - ENVIRONNEMENT - AGROALIMENTAIRE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

SVITEC / Véronique TEXIER
GEPEA LABORATOIRE DE GENIE DES PROCEDES - ENVIRONNEMENT - AGROALIMENTAIRE

Aide de l'ANR 315 290 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 48 Mois

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