La plupart des gens pensent le moins possible aux eaux usées produites quotidiennement par leurs douches, baignoires, les puits, lave-vaisselle et toilettes. Mais avec les bonnes techniques, il peut devenir une ressource précieuse.

En moyenne, chaque Américain utilise environ 60 gallons d'eau par jour à des fins qui incluent les chasses d'eau, prendre une douche et faire la lessive. Ce chiffre peut facilement doubler si utilisations en extérieur, comme l'arrosage des pelouses et le remplissage des piscines, sont également inclus.

La plupart des eaux usées finiront par devenir des eaux usées qui doivent être traitées avant de pouvoir être rejetées dans la nature. Et ce traitement consomme beaucoup d'énergie. Selon l'Agence américaine de protection de l'environnement, les installations d'approvisionnement en eau et d'assainissement représentent plus d'un tiers des budgets énergétiques municipaux.

Mes recherches portent sur la récupération des ressources des eaux usées. Ce processus est difficile car les eaux usées contiennent de nombreux types de contaminants différents. Mais les chercheurs dans nos domaines explorent de nombreuses façons créatives d'en faire des produits de valeur.

L'énergie des matières organiques

Les ingénieurs purs et durs des eaux usées comprennent la valeur des eaux usées, qu'ils considèrent comme un atout plutôt qu'un gaspillage. C'est pourquoi certains l'appellent plutôt « eau usée », et se réfèrent à ce que la plupart des gens appellent les usines de traitement des eaux usées comme des installations de récupération des ressources en eau.

En réalité, les eaux usées peuvent contenir plus de trois fois la quantité d'énergie nécessaire pour les traiter. Une technique simple et mature pour récupérer une partie de cette énergie est la digestion anaérobie, un processus naturel dans lequel les micro-organismes se nourrissent de graisse et d'autres matières organiques dans les eaux usées et produisent du biogaz, tout comme la levure peut manger de l'orge et cracher de la bière. Le biogaz contient environ 50 pour cent de méthane, qui peut être utilisé comme combustible renouvelable pour les chaudières, fours et systèmes de chauffage ou pour faire tourner des turbines et produire de l'électricité.

Techniques plus avancées, comme les procédés hydrothermaux, prendre les boues d'épuration - les solides retirés des eaux usées pendant le traitement - et les convertir en carburants biosourcés qui peuvent être utilisés pour remplacer l'essence et le carburant diesel. Ce processus est actuellement au stade de la démonstration.

En plus des boues d'épuration, de nombreux chercheurs – dont moi – sont très intéressés par les microalgues. Les microalgues sont des matières premières prometteuses pour les biocarburants, et certains d'entre eux peuvent se développer dans les eaux usées. Mes collègues et moi avons conçu des systèmes hydrothermaux pour transformer les microalgues cultivées dans les eaux usées en biocarburants. Ils sont encore testés en laboratoire, mais nous espérons les étendre dans un proche avenir.

Extraction des nutriments des eaux usées

Les eaux usées contiennent également des nutriments comme l'azote et le phosphore, qui sont des éléments essentiels dont les plantes ont besoin pour pousser. Dans les procédés actuels de traitement des eaux usées, nous utilisons de l'énergie pour convertir l'ammoniac dans les eaux usées, qui provient principalement de l'urine, en azote gazeux. Cependant, les industries utilisent ensuite de grandes quantités de gaz naturel pour reconvertir l'azote gazeux en ammoniac, principalement pour la production d'engrais, par le procédé Haber-Bosch.

Clairement, il serait beaucoup plus efficace d'extraire directement l'ammoniac des eaux usées sans le convertir. Une façon est d'utiliser des toilettes à dérivation d'urine, qui sont déjà disponibles dans le commerce, séparer l'urine des autres sources d'eaux usées. Ensuite, l'urine collectée pourrait être utilisée comme engrais après l'avoir désinfectée pour éliminer les agents pathogènes.

L'urine désinfectée contient également d'autres nutriments comme le phosphore et le potassium. L'Institut Terre Riche, un organisme à but non lucratif basé au Vermont soutenu par des agences fédérales et des fondations, recherche des moyens de transformer l'urine humaine en engrais. L'institut teste l'urine récoltée sur de vraies cultures, et a constaté que cela fonctionne efficacement.

Alternativement, nous pouvons récupérer ces nutriments sous forme de struvite, ou phosphate de magnésium et d'ammonium, un minéral qui contient du magnésium, l'azote et le phosphore. La struvite peut se former naturellement au cours des processus de traitement des eaux usées, mais a tendance à se déposer dans les réservoirs et les tuyaux et endommagera l'équipement s'il est laissé sans surveillance. En contrôlant la formation de struvite, il peut être récupéré dans des réacteurs séparés.

Les chercheurs ont testé la struvite récupérée sur des cultures en laboratoire et ont obtenu des rendements comparables aux engrais commerciaux. La technique est encore mûre, mais les entreprises développent des versions commerciales pour les stations d'épuration.

Plus de possibilités

Vous voulez des choses plus précieuses ? Les eaux usées sont littéralement une mine d'or. Il contient des métaux évalués jusqu'à des millions de dollars américains par an. Ces métaux sont souvent toxiques pour la vie aquatique, il faut donc les enlever. Mais les technologies d'élimination conventionnelles nécessitent beaucoup d'énergie et produisent des boues toxiques.

Les chercheurs développent de nouvelles façons d'éliminer et de réutiliser ces métaux, y compris les systèmes membranaires qui peuvent éliminer sélectivement les métaux précieux de l'eau et les biosystèmes qui utilisent des micro-organismes pour les récupérer. Ces techniques n'en sont qu'à leurs débuts et on ne sait pas encore si elles auront un sens économique, mais ils ont le potentiel de rendre les eaux usées plus précieuses.

En outre, les eaux usées sont généralement plus chaudes que les réserves d'eau naturelles, surtout en hiver, il peut donc servir de source de chaleur. Cette technique est bien établie et n'est pas limitée à l'échelle commerciale. Vous pouvez installer des systèmes de récupération de chaleur des eaux de drainage à la maison pour réduire votre facture énergétique.

Tome, Ce n'est qu'un début. Avec les bonnes techniques, "eaux usées" peut nous offrir bien plus - et j'attends avec impatience le jour où il n'y aura plus "d'eaux usées, " juste " de l'eau usée ".

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.