Eaux usées - traitez l'azote aussi!

Photo: City of Saskatoon

Si les usines de traitement d'eaux usées retireraient l'azote, cela voudrait dire moins de pollution de l'air. En ajoutant une étape de traitement, les usines qui assainissent les eaux d'égouts pourraient diminuer les émissions de protoxyde d'azote dans l'atmosphère.

Avant de retourner les eaux traitées dans la mer ou dans les rivières, les usines de traitement d'eaux usées modifient chimiquement les nutriments dissous de nature azotée pour diminuer l'impact environnemental de l'eau. Les chercheurs ont récemment découvert que si l'on diminue la quantité d'azote réactive dans les eaux usées, cela aiderait à diminuer la pollution de l'air en réduisant les émissions de protoxyde d'azote (N2O), un gaz à effet de serre (GES) très puissant. Cette étape additionnelle dans le traitement pourrait se payer en économies de coûts énergétiques pour l'usine et en devenant une source de revenus sur le marché du carbone, selon les chercheurs.

Les usines de traitement d'eaux usées diminuent les émissions des formes les plus dommageables de l'azote en utilisant des microbes qui transforment les produits chimiques en composés moins nocifs, comme les nitrates. Puisque ce procédé ne retire pas l'azote de l'eau, les bactéries dans l'environnement peuvent absorber cet azote et émettre du protoxyde d'azote. Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) prétend qu'à comparé avec le dioxyde de carbone, le N2O a 300 fois plus d'effet sur les changements climatiques.

Une étape de traitement d'eau appelée dénitrification peut enlever le potentiel de formation de N2O des eaux usées en employant d'autres bactéries pour convertir les nitrates en gaz N2 chimiquement neutre. Toutefois, la plupart des usines ne sont pas équipées pour ce procédé parce que très peu d'états aux É.-U. ne l'obligent et parce qu'on doit construire l'infrastructure nécessaire.

James Wang, qui est maintenant au National Oceanographic and Atmospheric Administration, et ses collègues voulaient calculer le potentiel de réduction en émissions de N2O par dénitrification et les coûts engendrés pour les usines de traitement pour implémenter le procédé. Ils ont utilisé un modèle de l'EPA pour les émissions de N2O qui calcule la quantité de gaz relâchée en se basant sur la quantité d'azote qui entre et qui sort d'une usine de traitement d'eaux usées. En prenant des données d'études précédentes sur des usines aux É.-U. et des estimations sur ce que la dénitrification pourrait changer ces données, les chercheurs ont calculé que l'étape additionnelle pourrait réduire les émissions de N2O jusqu'à 48,000 tonnes métriques par année pour le pays, ce qui serait 37% de l'estimation maximum calculée par l'équipe pour les émissions annuelles des usines aux É.-U.

La dénitrification ferait aussi réduire les factures d'électricité des usines de traitement. Les bactéries qui réduisent les nitrates servent aussi à agir dans 2 autres étapes de traitement qu'une usine doit faire avant de retourner les eaux dans le cour d'eau: oxyder les matières organiques et augmenter l'alcalinité de l'eau. En se basant sur les conceptions des usines et les prix d'électricité aux É.-U., l'équipe a calculé que les économies d'énergie grâce à ces 2 étapes éliminées pourraient contrebalancer de 1% à 11% des coûts de la dénitrification.

Mais justifier une modification aux usines pour ajouter la dénitrification dépendra de la réglementation locale et des états financiers de l'usine, dit Lauren Fillmore, un gérant de projet au Water Environment Research Foundation, un OBNL d'Alexandria, en Virginie. Fillmore a travaillé avec certains des chercheurs d'un projet semblable et ajoute que les modèles qui tiennent compte des variables locales pourraient aider les opérateurs d'usines à prévoir la faisabilité de la nitrification.

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"Removing Nitrogen From Wastewater Would Clean Air, Too

Climate Change: By adding a treatment step, plants handling wastewater could cut N2O emissions

Before discharging water into rivers and the sea, wastewater treatment plants chemically modify the dissolved nitrogen-based nutrients to limit the water's environmental impact. Researchers now report that cutting the amount of reactive nitrogen in wastewater, would clean the atmosphere by trimming emissions of nitrous oxide (N2O), a powerful greenhouse gas (Environ. Sci. Technol., DOI: 10.1021/es200419h). This extra treatment step could partially pay for itself by cutting a plant's energy use and by providing revenue from emissions trading markets, the researchers say.

Wastewater treatment plants limit the release of the most environmentally damaging forms of nitrogen using microbes that convert the chemicals into less harmful forms, such as nitrates. Since this procedure doesn't remove the nitrogen from the water, bacteria in the environment can consume the nitrogen and produce N2O. The Intergovernmental Panel on Climate Change estimates that, compared to carbon dioxide, N2O has a long-term greenhouse warming effect 300 times greater.

A water treatment step called denitrification can remove wastewater's N2O-forming potential by using different bacteria to convert nitrates into chemically inert N2 gas. However, most plants haven't implemented the process because few states require it and because it involves building infrastructure.

James Wang, now at the National Oceanographic and Atmospheric Administration, and his colleagues wanted to estimate potential reductions in N2O emissions from denitrification and the costs to treatment plants of implementing the process. They used an Environmental Protection Agency model of N2O emissions that calculates the amount of gas released based on how much nitrogen flows in and out of a wastewater treatment plant. Using data from previous studies of nitrogen flows in U.S. plants and estimates of how denitrification would change those data, the researchers calculated that the treatment step could cut N2O emissions nationwide by as much as 48,000 metric tons per year, which is 37% of the teams' maximum estimate of U.S. plants' annual N2O emissions.

Wang and his colleagues next wondered how much revenue wastewater treatment plants could generate if they participated in emissions trading markets. In these proposed markets, a plant that reduces greenhouse gas emissions can sell carbon credits to companies that release CO2 equivalents above an established limit. The researchers considered multiple levels of N2O cuts and envisioned various market values for CO2 equivalents. They found that revenue from the cuts in N2O emissions could offset the operating and maintenance costs of denitrification facilities by between 0.2 and 68%.

Denitrification also could shrink plants' energy bills. The bacteria that reduce nitrates also perform two treatment steps that a plant must complete before discharging the water: oxidizing organic matter and increasing the water's alkalinity. Based on plant designs and electricity prices in the U.S., the team calculated that the energy savings from removing those two steps could offset between 1 and 11% of a denitrification facility's costs.

But whether a denitrification upgrade is worth it to a plant will depend on the local regulatory environment and on the plant's finances, says Lauren Fillmore, a project manager at the Water Environment Research Foundation, a non-profit organization in Alexandria, Va. Fillmore, who worked with some of the researchers on a related project, adds that models that address such local variables could provide plant operators with better estimates of the feasibility of an upgrade."

Excerpts of article written by Lucas Laursen for Chemical & Engineering News published here: http://pubs.acs.org/cen/news/89/i30/8930scene3.html

It is not often mentionned that most Quebec's treatment plants need an upgrade anyways! Most of them are still only stage 1 or stage 2 class. We barely remove the "big stuff", pouring back contaminated water back in our rivers. And let's not forget that everytime a good rain comes down, the barely treated stuff is mixed with straight rainwater coming from streets covered with trash, oils and greases, and sidewalks covered with dog poo. Not a pretty picture!