L’ULiège met au point un démonstrateur de récupération du phosphore à partir de nos eaux usées

L’ULiège a présenté le démonstrateur PULSE (Phosphorus ULiège Sludge Extraction), un dispositif pilote pré-industriel qui permet de récupérer le phosphore à partir de boues séchées directement issues du traitement des eaux usées. Cet équipement, basé sur un procédé chimique unique d’extraction, est actuellement opérationnel au sein de la station d’épuration de l’AIDE à Oupeye, en région liégeoise.

Le phosphore est un élément indispensable à l’agriculture et à la vie sur Terre. Mais la ressource est limitée et l’Union Européenne la classe parmi les matières premières minérales critiques, du point de vue économique et de sa disponibilité. Plutôt que gaspiller le phosphore, la voie préconisée est de le récupérer afin de le recycler, dans une optique d’économie circulaire.

À partir de 400 kg de boues déshydratées puis séchées, le démonstrateur PULSE récupère au final environ 12 kg de produit enrichi en phosphore, dépourvus de métaux lourds et pouvant être recyclés de manière sûre comme engrais dans l’agriculture.

L’équipement a été mis au point par l’ULiège dans le cadre du projet européen Phos4You qui associe plusieurs universités et régions européennes afin de poursuivre différents projets de recyclage et de valorisation du phosphore.

Le développement de PULSE représente un investissement de 1,5 million d’euros, réalisé par l’Interreg North-West Europe (60%), la Wallonie (30%) et l’ULiège (10%). Un tiers du montant est consacré à la construction du pilote, et deux tiers aux salaires de deux chercheurs ingénieurs pendant 4 ans.

Professeure Angélique Léonard, présidente de l’Unité de Recherche Chemical Engineering, Faculté des Sciences appliquées de l’ULiège, co-responsable académique du projet avec le Pr Andreas Pfennig: "L’analyse du cycle de vie est utilisée dans le cadre de Phos4You afin vérifier l’intérêt environnemental des procédés de récupération du phosphore. Divers indicateurs, comme le réchauffement climatique, l’épuisement des ressources, l’eutrophisation… sont évalués de manière à éviter les transferts d’impacts et à développer des procédés dont l’empreinte environnementale est la plus basse possible."

"La participation au projet de diverses régions de la zone nord-ouest Europe (Ecosse, Irlande, Pays-Bas, Wallonie, Flandres, France, Allemagne) a permis de mettre en lumière de manière concertée des freins à l’utilisation de matières secondaires issues du recyclage. En fin de projet, le consortium soumettra une liste de recommandations ayant pour but de faciliter la mise sur le marché et l’utilisation de fertilisants à base de phosphore recyclé."

Jean-Luc-Martin, Président du Comité de direction de la Société Publique de Gestion de l’Eau (SPGE), s’est exprimé sur le projet: "La durabilité est toujours présente en toile de fond de nos activités. Cela fait partie de notre ADN! Notre core business tient en trois mots: environnement, durabilité et innovation. La ressource en eau et le fabuleux outil qu’est le réseau d’assainissement peuvent répondre à un enjeu crucial pour notre avenir: l’économie circulaire. Le phosphore, élément indispensable pour l’agriculture, est présent dans les eaux usées et les boues d’épuration de manière presque inépuisable."

PULSE : un procédé unique

Dans le procédé PULSE, la lixiviation (une technique d’extraction au moyen d’un solvant) acide est utilisée pour dissoudre le phosphore des boues séchées. En utilisant des boues séchées, la consommation d'acide pour la lixiviation est réduite et la séparation des fractions solides et liquides est plus facile par rapport à l'utilisation de boues déshydratées.

Les métaux et les métaux lourds qui sont extraits avec le phosphore à l’étape de la lixiviation sont ensuite éliminés à l’étape de l’extraction réactive. Le phosphore est ensuite récupéré par précipitation (une réaction dans laquelle le mélange de solutions aqueuses donne un composé solide) sous forme de phosphate de calcium.

L’équipement mobile PULSE a une capacité de traitement d'environ 100 kg de boues déshydratées par lot et a été construit afin de démontrer en environnement réel l’efficacité du procédé mis au point par les ingénieurs chimistes de l’ULiège.

Après avoir été conçu et testé dans les laboratoires du l’Unité de Recherche Chemical Engineering de l’ULiège, le démonstrateur a été démonté et installé en avril à la station d’épuration des eaux usées de l’AIDE à Oupeye, à partir de laquelle les chercheurs accèdent directement aux boues d’épuration.

Dans une prochaine étape, en principe en mai, le démonstrateur sera transféré vers une station d’épuration des eaux usées en Écosse, chez d’autres partenaires du projet.

À propos de Phos4You

Phos4You aborde le défi lié au phosphore. Le phosphore (P) est un nutriment essentiel pour tous les organismes vivants. Bien qu'il s'agisse d'une ressource limitée sur Terre, le phosphore est largement gaspillé de nos jours. L'UE l'a reconnu en ajoutant la roche phosphatée à sa liste de matières premières critiques en 2014. Il est nécessaire d'accroître la récupération du phosphore et d’utiliser cette matière qualifiée de "secondaire".

Phos4You vise spécifiquement la récupération du phosphore depuis les eaux usées et à accélérer l'exploitation de ce potentiel. Estimé à 113 000 tonnes de P par an, ce potentiel pourrait couvrir 26 % de la demande en phosphore minéral dans la région Nord-Ouest Europe. La région importe  près de 100 % de ses besoins en phosphore minéral. À la fin du projet, elle devrait exploiter 3,5 % de ce potentiel, 35 % après 5 ans, 90 % après 10 ans.

Le projet doit aider à décider quelle technologie est la mieux adaptée aux différentes situations territoriales. Pour assurer le cycle du phosphore et assurer le lien effectif entre récupération du P et son recyclage, Phos4You doit montrer dans quelle mesure les engrais contenant du phosphore secondaire sont bénéfiques pour les plantes, avec de faibles niveaux en contaminants et conformes aux législations en vigueur.

Les étapes pour y parvenir :

• Construction et exploitation de démonstrateurs utilisant des technologies innovantes pour la récupération du P en conditions réelles, à partir d’eaux usées municipales;
• Incorporation des matières phosphatées récupérées dans la filière de la fertilisation;
• Proposition d'une norme européenne pour l'évaluation de la qualité des produits fertilisants contenant des matières recyclées;
• Élaboration de business plans pour le recyclage du P dans des zones urbaines et rurales.

Le projet Phos4You est soutenu par les fonds européens Interreg North-West Europe. Il associe plusieurs universités, centres de recherche et entreprises (INRAE, Cork Institute of Technology, Fachhochschule Nordwestschweiz, Emschergenossenschaft, Glagow Caledonian University, University of the Highlands and Islands, Veolia Environnement, NV HVC, Scottish Water, UGent et ULiège). Il bénéficie du soutien financier des régions européennes. Son budget global est de 11 millions d’euros, dont 6,5 millions à charge des fonds européens Interreg North-West Europe.

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À propos de l’Unité de recherche Chemical Engineering (ULiège)

L’Unité de Recherche (UR) Chemical Engineering est une des 4 UR de la Faculté des Sciences Appliquées de l’ULiège. 70 personnes sont affiliées à l’UR, dont une trentaine de doctorants. Le budget annuel se situe entre 4 et 5 millions d’euros, avec une majorité des financements externes provenant de l’Union Européenne (Interreg, H2020…), de la Wallonie (Projets Greenwin, Win2wall…),  du FRS-FNRS et d’activités de consultance pour l’industrie. Les membres de l’UR développent des activités de recherche dans 5 grands domaines d’application (énergie, environnement, santé, ressource et recyclage, spatial), les matériaux étant un thème transversal.

Quelques recherches en cours :

• le power to fuel ou la transformation de CO₂ et de l’hydrogène en vecteurs énergétiques;
• la synthèse de matériaux innovants pour la production de batteries et autres systèmes électrochimiques;
• l’élimination de micropolluants (médicaments, …) dans les eaux par des voies photochimiques;
• la conception de bioréacteurs pour la culture de cellules souches.

Une des forces de l’UR est la composante expérimentale forte, avec la présence de nombreuses installations à l’échelle pilote et d’outils de caractérisation. Une plateforme regroupant les techniques de caractérisation des matériaux poreux a récemment été créée afin d’offrir des services en interne et en externe (CARPOR ).

Chemical Engineering

CARPOR

À propos de la SPGE

La Société Publique de Gestion de l’Eau (SPGE) coordonne et finance le secteur de l’eau en Wallonie afin de préserver la santé publique, protéger et restaurer les ressources en eau et les systèmes aquatiques des pollutions de toutes origines. En concertation avec ses partenaires, elle s'occupe prioritairement de l'assainissement des eaux usées et de la protection des captages.

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Présentation du démonstrateur PULSE

Le 19 avril 2021, l’ULiège a présenté le démonstrateur PULSE (Phosphorus ULiège Sludge Extraction), un dispositif pilote pré-industriel qui permet de récupérer le phosphore à partir de boues séchées directement issues du traitement des eaux usées.

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