"Ces eaux usées ne sont pas bonnes pour l'environnement car elles rejettent une grande quantité de nutriments comme l'azote et le phosphore", a déclaré Jen-Yi Huang, professeur agrégé de sciences alimentaires.

"Ces nutriments provoquent des conditions nocives telles qu'un manque d'oxygène et une prolifération d'algues lorsqu'ils sont rejetés dans l'environnement aquatique. Nous souhaitons utiliser les microalgues comme approche de traitement des eaux usées. Nous cultivons des algues dans les eaux usées de l'aquaculture", a déclaré Huang, qui a dirigé une étude axée sur sur l'utilisation microbienne des nutriments comme méthode de traitement biologique des eaux usées.

L'étude de Huang a été publiée dans le numéro de mai 2024 de Bioresource Technology. . Halis Simsek, professeur adjoint de génie agricole et biologique, a dirigé les trois autres études. L'un d'entre eux sera publié le 1er juin dans Environmental Research. , et les autres ont été publiés dans les numéros du 15 août 2023 et du 15 mars 2024 de Pollution environnementale . Une douzaine de scientifiques de Purdue et d'institutions en Égypte, en Inde et en Turquie ont contribué à la recherche.

Dans Technologie des bioressources , Huang et ses co-auteurs ont présenté les résultats de leur analyse du cycle de vie (ACV) sur les traitements des eaux usées à base de microalgues provenant d'un système d'aquaculture en recirculation pour les crevettes. L'ACV a analysé l'impact environnemental du processus de production de crevettes, depuis la production d'aliments jusqu'au traitement des eaux usées pour une ferme commerciale à Fowler, Indiana.

"Le résultat de cet article fournit une preuve de concept à une échelle expérimentale", a déclaré Huang.

Les projets de l'USDA visent à développer des systèmes d'aquaculture zéro déchet (culture d'organismes aquatiques dans des conditions contrôlées) et d'aquaponie (combinant l'aquaculture et la culture de plantes dans de l'eau enrichie en nutriments). "Nous voulons récupérer entièrement les nutriments des eaux usées à l'aide de microalgues", a déclaré Huang.

L’objectif est de garantir que la production alimentaire zéro déchet soit à la fois techniquement réalisable et écologiquement durable. Cette dernière nécessite un système de production qui évite de générer une empreinte environnementale importante.

"Il y a un compromis car le fonctionnement du traitement des eaux usées par microalgues nécessite encore un certain apport d'énergie", a déclaré Huang. "L'ACV a évalué le compromis entre la récupération des nutriments et l'apport d'énergie supplémentaire pour le traitement des eaux usées par les algues."

L'équipe de Huang a découvert que le processus de traitement des eaux usées par microalgues est réalisable sur le plan environnemental. De plus, l'équipe a découvert que même en tenant compte des besoins énergétiques, le traitement des microalgues fonctionne mieux que la méthode conventionnelle de traitement des eaux usées à boues activées.

"L'utilisation de microalgues comme méthode de traitement des eaux usées peut en effet améliorer les performances environnementales de la production aquacole", a déclaré Huang.

Les trois études menées par l'équipe de Simsek ont ​​été menées au laboratoire de recherche en aquaculture de Purdue. Dans deux de ces études, les scientifiques ont analysé le traitement de flux d'eaux usées distincts de tilapia et de crevette avec les mêmes quatre souches d'algues et deux souches de bactéries.

"Les eaux usées contiennent toujours des bactéries", a déclaré Simsek. "Nous utilisons des bactéries naturelles qui existent déjà dans les eaux usées pour éliminer les contaminants."

L'équipe de recherche a mesuré les nitrates, les nitrites, l'ammonium et d'autres paramètres dans les eaux usées au cours des expériences. Il s'agit notamment de la demande chimique en oxygène, une mesure des rejets d'effluents nocifs pour l'environnement.

"Tous ces paramètres peuvent être éliminés dans les eaux usées en utilisant ensemble des algues et des bactéries", a déclaré Simsek. Les types d’algues et de bactéries sélectionnés pour l’étude sont les souches naturelles les plus courantes. "Chaque eau usée est différente", a-t-il noté, ce qui signifie que différents secteurs industriels produisent des eaux usées différentes et peuvent donc nécessiter des méthodes de traitement différentes.

Le 15 mars 2024, Pollution de l'Environnement les résultats de l'étude ont démontré le potentiel d'application conjointe de microalgues et de bactéries indigènes pour traiter les eaux usées de tilapia à plus grande échelle.

Dans l’étude de 2023, Simsek et ses co-auteurs ont évalué les traitements d’électrocoagulation (EC) et d’électrooxydation (EO) des eaux usées de crevettes, séparément et ensemble. L'EC et l'EO, méthodes largement utilisées pour traiter les eaux usées agricoles et autres, éliminent les polluants via l'électricité pour provoquer des réactions chimiques.

Les chercheurs ont également appliqué une approche de modélisation souvent utilisée pour déterminer les facteurs optimaux qui affectent la méthode électrochimique.

"Les résultats de l'étude montrent que les processus EC et EO sont potentiellement bénéfiques pour le traitement des eaux usées de l'aquaculture", ont écrit Simsek et ses co-auteurs. Ils ont suggéré des tests à plus grande échelle de l'EC et de l'EO pour le traitement afin de réduire les effets toxiques sur l'environnement.

"Le système de traitement développé, combiné à d'autres méthodes de traitement, pourrait être utile pour traiter divers types d'eaux usées à travers le monde, ce qui pourrait contribuer à soutenir le développement de la politique zéro déchet", ont-ils écrit.