03/09/2013 - Un nouveau système d'épuration de l'eau avec des microalgues la nuit

Menéame

Éliminer l’azote et le phosphore des eaux usées La recherche a été menée par plusieurs scientifiques de l’UE, en utilisant des microalgues, grâce à une procédure plus souple et moins coûteuse. Université de Cadix, qui font partie du groupe TEP-181: Technologie de l’environnement rattaché au Campus d’Excellence internationale de la mer (CEI.Mar).

Sous la coordination du professeur José Antonio Perales Vargas-Machuca, une équipe d’experts a travaillé sur un nouveau système de élimination des nutriments des eaux usées par photobiotraitement par microalgues, un processus qui permet également de fonctionner la nuit et d’obtenir de l’énergie par la biomasse qui en résulte.  

Les eaux usées présentent des concentrations élevées d’azote et de phosphore qui doivent être éliminées avant qu’elles n’atteignent l’estuaire d’une rivière ou dans les environs d’un parc naturel, afin d’éviter des problèmes qui peuvent conduire à la dégradation de la qualité de l’environnement dans toute une zone. Il existe actuellement des processus efficaces pour éliminer ces polluants des eaux usées urbaines, mais ces technologies présentent un certain nombre de inconvénients dus à leur coût élevé et à leur complexité d’exploitation, à la production de déchets (boues) ou à leur forte consommation d’énergie. Pour remédier à ces inconvénients, plusieurs scientifiques ont concentré leurs études sur l’épuration des eaux à microalgues, comme l’équipe de recherche de l’UQA qui se concentre sur les processus de photobioépuration à microalgues - une biotechnologie qui nécessite de la lumière pour être réalisée. " Cette technologie d’élimination des nutriments dans les eaux usées présente deux handicap qui nécessitent une optimisation de la surface occupée par les réacteurs et la séparation de la biomasse du milieu de culture ou de récolte," explique le professeur José Antonio Perales. "Les microalgues nécessitent fondamentalement de l’azote, du phosphore, de l’eau et de la lumière. Les trois premiers éléments se trouvent dans les eaux urbaines usées, mais pour obtenir l’énergie nécessaire, les réacteurs doivent être exposés au soleil, de même qu’un panneau solaire. Nous ne pouvons pas faire de réacteurs trop profonds parce que cela n’apporterait pas de lumière aux microalgues, cette limitation de la trajectoire de lumière doit être sauvée afin de réduire l’espace que ces photobio-rétroviraux occuperaient," précise le coordinateur du groupe.

Plus la trajectoire de lumière est faible, plus la concentration de microalgues est élevée dans le milieu de culture, mais si on utilise un réacteur avec une trajectoire de lumière trop courte (peu profonde), le problème serait la surface excessive nécessaire. C’est pourquoi, le plus souvent, on utilise des photobio--r-r-d-r-s avec des trajectoires de lumière plus élevées, "ces dernières présentent l’avantage d’avoir moins de coûts d’investissement, mais des concentrations de biomasse plus faibles sont atteintes. Ce qui nous amène à un autre problème: le moissonné." La récolte ou la séparation est le processus par lequel les éléments solides (biomasse algale) sont retirés de l’eau. Toute cette technique "suppose une consommation d’énergie élevée qui n’est rentable que si l’objectif est d’obtenir des produits à forte valeur ajoutée de la biomasse, comme c’est le cas pour les caroténoïdes et les xantofiles (les deux pigments organiques), mais pas lorsque l’objectif consiste à épurer les eaux usées," comme ils l’affirment depuis l’UQA.

Ce matériel a donc commencé à s’intégrer et, lors de diverses expériences, à cultiver des microalgues dans les eaux usées, ils ont observé que "les microalgues, comme n’importe quel organisme, se nourrissent, et une partie de ce qu’ils ingèrent, l’utilisent pour croître, tandis que d’autres le stockent comme réserve. Dans le cas de l’azote et du phosphore, les nutriments polluants présents dans l’eau résiduelle, les microalgues l’assimilent plus rapidement qu’il ne faudrait pour croître. Ils consomment tout le phosphore et l’azote, et quand ces nutriments disparaissent des eaux usées, les microalgues n’ont pas encore grandi autant qu’on l’espérait, ce qui explique qu’elles soient incarnées dans ces éléments. Les microalgues poussent ensuite aux dépens de ces réserves," souligne le professeur de l’UQA qui a coordonné toute cette recherche.

Alimentation dans l’obscurité

Avec cette idée, ils ont effectué diverses expériences et ont constaté que les microalgues assimilent de l’azote et du phosphore dans l’obscurité. "Pour que les algues grandissent, nous avons besoin de lumière, mais pour qu’elles intègrent les nutriments, nous pouvons donc utiliser cette capacité dans des réacteurs sans limite de profondeur (sans lumière) afin de résoudre partiellement le problème de l’espace requis dans les photobio-rinceaux."

L’étape suivante serait la séparation ou la récolte. Séparer l’eau déjà nettoyée et maintenir une forte concentration de microalgues dans le photobio-hydrogène, où ils pousseraient au détriment des réserves de sorte qu’ils puissent être utilisés à nouveau pour effectuer un processus d’épuration continu. De cette manière, "nous pouvons décider si nous pouvons tirer peu de biomasse riche en azote et en phosphore ou une grande quantité de biomasse pauvre en nutriments, en fonction de l’objectif du processus, purifier l’eau ou produire de la biomasse" selon les termes du chercheur de l’UQA. "Ce problème est résolu en utilisant une technologie de séparation par membranes."

Et tout cela sans avoir à interrompre le processus en phase nocturne. C’est que, comme l’indique José Antonio Perales, "le système que nous avons conçu fonctionne de façon continue jour et nuit face aux systèmes conventionnels qui ne peuvent être nourris qu’en phase de jour. Toutes les algues que nous produisons en phase lumineuse (de jour) avec l’eau résiduelle assimilent l’azote et le phosphore et poussent au détriment des réserves de nutriments tandis que, dans la phase sombre (nuit) ils se limitent à l’épuration des eaux par l’incorporation de nutriments sans croissance," arrêt du chercheur.

Ce brevet, sur lequel ils ont travaillé, en plus de Perales, Jesús Ruiz, Pablo Alvarez, Zouhayr Arbib, Carmen Garrido et Jesus Barragán, est le début d’un chemin qui conduira l’équipe de l’UCA à créer un prototype et à le mettre en marche en continu. " À ce jour, nous n’avons que des preuves expérimentales que le processus peut fonctionner, mais il faut le vérifier par un prototype fonctionnant en continu pendant une période raisonnable. Une fois que les variables d’exploitation seront ajustées dans des conditions contrôlées en laboratoire, nous l’installerons dans nos dépendances extérieures et nous vérifierons leur stabilité face aux changements saisonniers de lumière, de température et autres variables, en comparant notre système avec les photobio-bio-bromage traditionnels."

Tout ce travail a été le fruit de deux projets de recherche: l’un du Plan national, intitulé Utilisation de microalgues pour l’élimination des nutriments dans les eaux usées et la production de biocarburants, et un autre, cette fois d’Excellence de la Junta de Andalucía, Étude de faisabilité de l’utilisation de microalgues dans l’épuration des eaux usées: biofixation du CO₂ et production de biocarburants.

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UQA.

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