De grandes quantités d'énergie précieuse, nutriments agricoles, et l'eau pourrait potentiellement être récupérée à partir du volume mondial croissant d'eaux usées municipales, selon une nouvelle étude de l'Institut canadien de l'eau de l'Université des Nations Unies, Environnement et Santé (UNU-INWEH).

Aujourd'hui, quelque 380 milliards de mètres cubes (m ³ =1000 litres) d'eaux usées sont produites chaque année dans le monde - 5 fois la quantité d'eau passant par les chutes du Niagara chaque année - assez pour remplir le lac Victoria en Afrique en sept ans environ, Lac Ontario en quatre, et le lac Léman en moins de trois mois.

Par ailleurs, le papier dit, les volumes d'eaux usées augmentent rapidement, avec une augmentation prévue d'environ 24% d'ici 2030, 51 % d'ici 2050.

Aujourd'hui, le volume des eaux usées est à peu près égal au rejet annuel du Gange en Inde. Au milieu des années 30, il sera à peu près égal au volume annuel circulant dans le fleuve Saint-Laurent, qui draine les cinq Grands Lacs d'Amérique du Nord.

Parmi les principaux nutriments, 16,6 millions de tonnes métriques d'azote sont incrustées dans les eaux usées produites dans le monde chaque année, ainsi que 3 millions de tonnes métriques de phosphore et 6,3 millions de tonnes métriques de potassium. Théoriquement, la récupération complète de ces nutriments à partir des eaux usées pourrait compenser 13,4% de la demande agricole mondiale pour eux.

Au-delà des gains économiques de la récupération de ces nutriments, il existe des avantages environnementaux essentiels tels que la réduction de l'eutrophisation - le phénomène d'excès de nutriments dans un plan d'eau provoquant une croissance dense des plantes et la mort d'animaux aquatiques en raison du manque d'oxygène.

L'énergie contenue dans les eaux usées, pendant ce temps, pourrait fournir de l'électricité à 158 millions de foyers, soit à peu près le nombre de foyers aux États-Unis et au Mexique réunis.

Les estimations et projections de l'étude sont basées sur des quantités théoriques d'eau, nutriments, et l'énergie qui existent dans les eaux usées municipales déclarées produites chaque année dans le monde.

Les auteurs soulignent que les informations sur les volumes d'eaux usées—générées, disponible, et réutilisé - est dispersé, rarement surveillés et signalés, ou indisponible dans de nombreux pays. Ils reconnaissent également les limites des possibilités actuelles de récupération des ressources.

Néanmoins, dit l'auteur principal Manzoor Qadir, Directeur adjoint de l'UNU-INWEH, à Hamilton, Canada :« Cette étude offre des informations importantes sur le potentiel mondial et régional des eaux usées en tant que source d'eau, nutriments, et de l'énergie. La récupération des ressources en eaux usées devra surmonter une série de contraintes pour atteindre un taux de rendement élevé, mais le succès ferait progresser considérablement les progrès par rapport aux objectifs de développement durable et autres, y compris l'adaptation au changement climatique, processus énergétiques « net-zéro », et un vert, économie circulaire."

Parmi de nombreuses découvertes :

• La valeur énergétique en 380 milliards de m ³ des eaux usées est estimée à 53,2 milliards de m ³ méthane - assez pour fournir de l'électricité à jusqu'à 158 millions de foyers, soit 474 millions à 632 millions de personnes, en supposant une moyenne de trois à quatre personnes par ménage. Compte tenu de l'augmentation prévue des eaux usées, ce nombre s'élève à 196 millions de foyers en 2030, et 239 millions de foyers en 2050.
• En agriculture, le volume d'eau potentiellement récupérable des eaux usées pourrait irriguer jusqu'à 31 millions d'hectares, soit près de 20 % des terres agricoles de l'Union européenne (en supposant deux cultures et un maximum de 12, 000 m ³ d'eau par hectare par an). "L'eau récupérée peut être utilisée pour irriguer de nouvelles zones ou remplacer l'eau douce précieuse là où les cultures sont déjà irriguées."
• La production mondiale d'eaux usées devrait atteindre 470 milliards de m ³ d'ici 2030, l'année au cours de laquelle les ODD sont censés être atteints, soit une augmentation de 24 % par rapport à aujourd'hui. Et d'ici 2050, il atteindra 574 milliards de m ³ , une augmentation de 51 %.
• L'Asie est le plus grand producteur d'eaux usées avec environ 159 milliards de mètres cubes, représentant 42 % des eaux usées urbaines générées dans le monde, avec des attentes de cette proportion passant à 44% d'ici 2030
• Autres régions produisant de gros volumes d'eaux usées :Amérique du Nord (67 milliards de m ³ ) et en Europe (68 milliards de mètres cubes) - des volumes pratiquement égaux malgré une population urbaine plus élevée en Europe (547 millions contre 295 millions en Amérique du Nord. La différence s'explique par la production d'eaux usées par habitant :Europe 124 mètres cubes; Amérique du Nord 231 mètres cubes) . Par contre, L'Afrique subsaharienne produit 46 mètres cubes d'eaux usées par habitant, soit environ la moitié de la moyenne mondiale (95 mètres cubes), reflétant un approvisionnement en eau limité et des systèmes de collecte des eaux usées mal gérés dans la plupart des milieux urbains.
• La récupération complète des eaux usées pourrait, théoriquement, compenser 14,4 % de la demande mondiale d'azote comme engrais nutritif ; phosphore 6,8 % et potassium 18,6 %. Sur la base des niveaux actuels d'azote, phosphore, et l'utilisation de la potasse dans l'agriculture dans le monde (estimée à 193 millions de tonnes métriques en 2017), l'étude indique qu'environ 13,4% de la demande mondiale d'engrais pourrait être complétée par une récupération complète des éléments nutritifs des eaux usées.
• The nutrients in wastewater could theoretically generate revenue of $13.6 billion globally:$9.0 billion from the recovery of nitrogen, $2.3 billion from phosphorus, and $2.3 billion from potassium.

The paper cites prior research showing that human urine is responsible for 80% of the nitrogen and 50% of phosphorus entering municipal wastewater treatment plants. "Removing these nutrients in time would not only be environmentally beneficial, " the paper says, "resulting in less eutrophication, it would reduce the cost of wastewater treatment while supporting closed-loop processes."

Current wastewater nutrient recovery technologies have made significant progress. In the case of phosphorous, recovery rates range from 25% to 90%.

The paper points out that maximizing economically the potential use of thermal energy in wastewater swings on several basic requirements, including a minimum flow rate of 15 litres per second, short distances between heat source and sink, and high-performance heat pumps.

Says Vladimir Smakhtin, Director of UNU-INWEH, a global leader in research related to unconventional water sources:"Municipal wastewater was and often still is seen as filth. However, attitudes are changing with the growing recognition that enormous potential economic returns and other environmental benefits are available as we improve the recovery of the water, nutrients and energy from wastewater streams."