Les usines de traitement des eaux usées (WWTP) sont une source majeure d'émissions de gaz à effet de serre (GES), y compris le méthane (CH₄) et l'oxyde nitreux (N₂O).
De nombreuses études ont examiné les émissions de puissants gaz à effet de serre des usines de traitement; Cependant, peu d'attention a été accordée à l'ammoniac (NH₃).
L'ammoniac qui se retrouve dans l'atmosphère provient principalement des pertes d'azote du sol après l'application d'engrais et des déchets animaux.
Les émissions d'ammoniac provenant des usines de traitement des eaux usées sont souvent supposées être négligeables car les eaux usées domestiques qui entrent dans les usines de traitement ont une faible concentration d'ammoniac (20 à 50 milligrammes d'azote par litre d'eaux usées).
Cependant, ce qui se passe pendant le processus de traitement peut changer cette concentration, et ces usines de traitement sont une source potentiellement importante d'émissions d'ammoniac.
Le gaz d'ammoniac est un gaz à effet de serre secondaire. Il ne provoque pas directement le réchauffement, mais peut être transformé en un autre gaz à base d'azote, l'oxyde nitreux, un gaz à effet de serre 265 fois plus puissant que le dioxyde de carbone au cours de sa durée de vie de 100 ans.
L'ammoniac atmosphérique peut également être absorbé par des plantes ou des cultures dans un processus appelé «dépôt sec», ou il peut être «récupéré» par les gouttelettes d'eau dans l'air (en précipitations ou en brouillard) et déposée sur des paysages sous forme de particules (PM2.5 et PM10).
Ces aérosols contenant de l'ammonium peuvent avoir un impact sur la santé humaine (ils sont un facteur connu dans le cancer du poumon et les maladies oculaires) et nuire aux écosystèmes en formant des sols acides, en polluant les voies navigables et en réduisant la biodiversité.
Enfin, l'ammoniac déposé peut être transformé dans le sol et réémis dans l'atmosphère sous forme d'oxyde nitreux.
Les casseroles de séchage de boues (SDP) sont une intervention courante utilisée pour la déshydratation des boues, en particulier dans les régions avec de nombreuses terres, des conditions climatiques favorables et dans certains pays en développement. Leur popularité découle de la rentabilité, de la simplicité et des besoins à faible énergie.
Un certain nombre d'installations de traitement des eaux usées australiennes utilisent des casseroles de séchage de boues (SDP) comme principal moyen de déshabiller et de traiter les boues résiduelles.
Les boues qui sortent de digesters anaérobies sont transférées sur des SDP en plein air. Dans ces casseroles peu profondes en plein air, les boues se propagent sur une base imperméable afin que l'eau soit perdue principalement par évaporation.
Le liquide libre est drainé de la casserole pour un traitement ultérieur, laissant un matériau semi-solide qui est séché par le soleil et le vent pour un stockage, une réutilisation ou une élimination plus facile (ces « biosolides » riches en nutriments sont très recherchés par certains secteurs comme l'agriculture).
Au cours de ce processus, une partie de l'azote dans les boues peut être transformée en ammoniac et libérée en gaz.
Cependant, l'ampleur de ces émissions au fil du temps et la façon dont le fonctionnement des casseroles de séchage – comme la fréquence à laquelle les boues sont mélangées et quels autres matériaux sont ajoutés – les impact de ces émissions n'étaient pas claires.
En effet, l'ammoniac est difficile à mesurer avec précision. L'ammoniac est « collant » – il est très réactif et absorbe facilement sur n'importe quelle surface, et souvent la concentration (en tant que gaz) changera entre la collecte et la mesure.
Les techniques existantes, comme le pompage de l'air à travers un collecteur absorbant, sont à forte intensité de main-d'œuvre et ne sont pas pratiques sur le terrain sur de longues périodes.
Dans notre étude récente, publiée dans Eau naturellenous avons développé une technique micrométéorologique qui combine une série de mesures simples, y compris les concentrations de gaz du vent en haut et sous le vent de la source, des informations météorologiques et une carte des emplacements de la source et de l'équipement pour surveiller l'ammoniac à partir d'un moule de séchage de boue.
Cette collaboration était dirigée par l'Université de Melbourne, l'Université du Queensland et Melbourne Water.
Un dispositif, appelé spectromètre infrarouge à transformée de Fourier à chemin ouvert, envoie un faisceau à un réflecteur de l'autre côté de la casserole, puis utilise le faisceau retourné pour mesurer simultanément une suite de gaz traces, y compris l'ammoniac, l'oxyde nitreux, le méthane, le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone et la vapeur d'eau.
Cette technique ne nécessite pas de configurations complexes comme les pompes et les entrées d'échantillon chauffées qui ne sont pas pratiques sur le terrain.
Cette étude a révélé des émissions d'ammoniac substantielles pendant le processus de séchage des boues.
Ceci est important car les casseroles de séchage des boues sont largement utilisées dans de nombreux pays en raison de leur rentabilité et de leur simplicité.
Bien qu'ils ne soient pas aussi élevés que les émissions d'ammoniac des engrais agricoles, les émissions d'ammoniac mesurées dans les casseroles de séchage étaient notablement plus élevées que les autres sources connues d'ammoniac, comme les déchets de bétail et les émissions de plantes.
Cela suggère que la contribution des usines de traitement des eaux usées et en particulier des casseroles de séchage à boues aux émissions mondiales d'ammoniac peut être substantielle et largement négligée.
Comme toutes les parties de l'économie travaillent non seulement à réaliser des émissions nettes zéro, mais aussi à maintenir notre santé humaine et environnementale, les installations de traitement des eaux usées devraient prendre des mesures pour réduire les pertes d'ammoniac dans l'atmosphère.
Ces actions pourraient inclure le passage à des approches d'assèchement alternatives de boues, comme la centrifugation, les presses de filtre à courroie et le séchage thermique.
De plus, les usines de traitement pourraient installer des « unités de traitement post-aérobies » qui éliminent l'ammoniac des boues. Ces unités offrent également des avantages supplémentaires, notamment l'élimination améliorée des agents pathogènes, la lixiviation des métaux lourds et la rupture des micropolluants.
Ces alternatives peuvent être coûteuses et avoir leurs propres impacts environnementaux, la compréhension de la gamme complète des impacts soutient donc les opérations, la prise de décision et la conception en cours.
Comprendre la portée de ces émissions est la première étape – la suivante consiste à développer des mesures innovantes à faible coût pour réduire les émissions d'ammoniac des usines de traitement des eaux usées.
