Déphosphatation des eaux usées : Comment réduire le chlorure ferrique en station d'épuration ?

1/ Qu’est-ce que la déphosphatation des eaux usées en station d’épuration ? 

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La déphosphatation en station d'épuration est un processus de traitement des eaux usées visant à réduire la concentration de phosphore des eaux avant rejet au milieu naturel. Le phosphore est un nutriment essentiel pour les plantes, mais en excès dans les cours d'eau, il peut provoquer une surabondance de nutriments et entraîner une prolifération excessive d'algues et de plantes aquatiques. Cela peut causer des déséquilibres écologiques, une diminution de la qualité de l'eau et la mort des poissons et d'autres organismes aquatiques à cause du manque d'oxygène.

En retenant le phosphore, la déphosphatation permet de limiter les risques pour la faune et la flore des milieux aquatiques liés aux rejets des eaux usées traitées dans les cours d’eau, et donc contribuer à préserver la biodiversité. De nombreuses réglementations environnementales imposent des limites strictes sur les concentrations de phosphore dans les effluents rejetés par les stations d'épurations. 

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2/ Déphosphatation biologique ou chimique ?

Afin de respecter les contraintes réglementaires, deux principales méthodes de traitement du phosphore existent, seules ou en cohabitation : 

• Déphosphatation chimique : Consiste à ajouter des réactifs  (chlorure ferrique ou autre), qui précipitent le phosphore sous forme de sels insolubles qui sont ensuite évacués avec les boues d’épuration.
• Déphosphatation biologique : Utilise des bactéries spécifiques capables d'absorber de grandes quantités de phosphore. Ces bactéries sont intégrées dans des processus de traitement biologique.

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Leur efficacité peut être très variable, car les performances du traitement dépendent également de la variation des charges d’eaux usées, et des conditions externes (température, pluviométrie, pH…). Le plus souvent, une combinaison de ces deux méthode est utilisée pour améliorer l’efficacité de la déphosphatation. Néanmoins, les concentrations réglementaires d'effluents sont de plus en plus strictes et la stabilité de l'élimination du phosphore pose des problèmes aux exploitants de stations d'épuration. Même les systèmes par déphosphatation biologique efficaces doivent parfois utiliser des produits chimiques pour respecter les limites d'effluents. Or, la majorité des coûts de l’élimination physico-chimique du phosphore provient des réactifs utilisés, et un tiers des coûts est lié à la production excessive de boues*.

Outre le coût important, l’élimination chimique du phosphore représente une source importante d’émissions indirectes de gaz à effet de serre. Ainsi, le potentiel de réchauffement global d'une installation avec élimination purement chimique du phosphore est 5,2 % plus élevé qu’une station d’épuration à simple élimination biologique**, dans le cas d'une concentration d'effluent de 0,5 mg P/l (limite d'effluent proposée dans la future directive sur le traitement des eaux urbaines résiduaires de la Commission européenne de 2022***).

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3/ Réduire l’usage de chlorure ferrique par un pilotage en temps réel

Pour réduire ces coûts d’exploitation et l’impact climatique associé du procédé de déphosphatation, des solutions existent pour réduire l’utilisation des produits de traitement, tout en respectant les normes de rejets en vigueur. C’est le cas de la solution Purecontrol, qui a développé une nouvelle stratégie de dosage des produits chimiques pour une élimination physico-chimique optimale du phosphore. En utilisant un algorithme d’intelligence artificielle (IA) qui contrôle en temps réel les pompes d’injection de produits chimique, la solution Purecontrol permet de stabiliser les concentrations d’effluents et de minimiser les doses de produits chimiques. 

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En se basant sur une modélisation de la charge entrante des eaux usées, et l’analyse historique de l’efficacité d’élimination du phosphore, la solution simule des scénarios d’optimisation de l’injection de produits chimiques. Ainsi la solution envoie des commandes automatiques en temps réel aux pompes d’injection pour appliquer la stratégie la plus efficace : le dosage nécessaire et suffisant injecté au moment optimum. En prédisant le niveau de phosphore en sortie de station d’épuration, Purecontrol ajuste le traitement de déphosphatation des eaux usées pour atteindre des objectifs de réduction des produits tout en garantissant la conformité des rejets. C’est d’ailleurs ce qu’a mis en place Grand Besançon Métropole depuis 6 mois, et le résultat est au rendez-vous : 30% de gains sur le chlorure ferrique. 

Dans certains cas, la réduction de volume de réactifs utilisés peut même atteindre - 40%.

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Cette solution qui utilise l'apprentissage par renforcement pourra s’ajuster en continu aux variations de paramètres, et s’adaptera même à l’évolution de la réglementation. Au cours des différents projets d’optimisation de la déphosphatation avec la solution Purecontrol, l’utilisation de produits chimiques a été considérablement réduite, tandis que les performances ont été stabilisées.