Un procédé novateur de réduction des boues d'épuration

La gestion des boues est devenue au fil des années une problématique majeure en raison de l'accroissement de la production du volume des boues dans les stations de traitement des eaux usées : les différentes filières comme celle de l'épandage n’offrent pas de débouchés suffisants et celles liées à l'incinération restent coûteuses.

Ces différentes raisons ont entraîné l’élaboration de process qui réduisent la production de boues. SAUR a ainsi développé et breveté un process de réduction de la masse des boues à base de champignons. Ce process est à la fois écologique et simple car il n’utilise aucun réactif chimique, tandis que son coût énergétique reste particulièrement faible. Le système est performant, entraînant une réduction d’environ 30 % de la masse des boues traitées.

Le “cocktail” de champignons est d’abord identifié dans les boues de la STEP à équiper, isolé puis inoculé dans le système MycET®. L’entretien de l’écosystème biologique est assuré par la suite sans inoculation supplémentaire. Le process MycET® permet de stabiliser les espèces sur site grâce à l'association d’un bioréacteur et du réacteur principal où sont réduites les boues. Un premier projet pilote, en activité depuis près de deux ans à Ouistreham, confirme l'intérêt et les performances de cette technologie innovante.

Le procédé MycET® est l'association d'un bioréacteur de petite taille et d'un réacteur de contact aérobie. Ces deux éléments constituent le cœur du système de dégradation de la matière. Le temps de séjour hydraulique est maintenu à environ 20 jours. On maintient un taux d’extraction < 0,05 j-1. MycET® est un procédé aérobie dit “mycélien” qui entraîne une réduction de 30 % des MES. La concentration à l'entrée de MycET® peut atteindre plus de 40 g/l. MycET® Plus assure les mêmes performances en associant des fonctions complémentaires : l’épaississement au cœur du réacteur au moyen de membranes plaques de microfiltration, la filtration et une utilisation possible sur le site d'une eau microfiltrée. Les avantages de cette technologie sont nombreux : elle s'adapte à des stations de petites et grandes tailles, elle n'est pas sensible aux variations de T, pH. De plus, elle conserve le

rapport C/N et améliore la rhéologie de la boue.

Le procédé et ses mises en œuvre technologiques

MycET® est un procédé écologique qui repose sur l'utilisation d'un cocktail de champignons (souches mycéliennes), lequel permet de réduire la masse des boues de 30 %, sans générer de pollution secondaire. Ce procédé biologique ne requiert aucun réactif chimique. La boue conserve ses caractéristiques naturelles (pas de modification du pH, ni du rapport carbone/azote). MycET® favorise ainsi la pérennité de l'épandage agricole.

Il s'agit d'une solution économique. En réduisant de 30 % la masse des boues, MycET® entraîne une forte diminution des coûts de déshydratation, de valorisation ou d'élimination des boues. Le procédé fonctionne sans régulation de température et consomme donc très peu d'énergie.

De plus, ce procédé ne requiert aucune modification de la filière de traitement des eaux usées. La totalité des boues étant traitée dans le bassin mycélien, aucun retour de boues dans la filière de traitement des eaux usées n'est nécessaire. On évite ainsi un surdimensionnement de la filière eau et tout impact sur la qualité des rejets vers le milieu naturel.

Enfin, il ne demande la mise en place que d'équipements simples, installés sans perturber le fonctionnement de la station d'épuration. La simple adjonction périodique d'un cocktail de champignons dans le bioréacteur assure le maintien des espèces mycéliennes et leur production sur site. MycET® s'adapte à des stations d'épuration rurales et urbaines. Des cocktails mycéliens spécifiques sont également proposés pour certaines boues d'épuration industrielles. Le procédé MycET® Plus est le couplage de la technique membranaire et du procédé MycET®. Des membranes placées dans le bassin mycélien permettent d'épaissir la boue, de favoriser l'activité des champignons et de récupérer une eau de qualité pour un usage industriel.

Pourquoi MycET® et l'utilisation des espèces mycéliennes pour la dégradation MO ?

Les champignons sont des eucaryotes sans chlorophylle, dont l'appareil végétatif, dépourvu de tige de racine et de feuille, est appelé thalle. Le thalle peut être unicellulaire, dissocié et bourgeonnant (levures) ou filamenteux (moisissures ou mycètes) habituellement limité par une paroi rigide. Le nombre de champignons filamenteux est à l'heure actuelle estimé à environ 500 000 espèces connues et au moins autant à découvrir.

Les champignons se différencient des procaryotes (bactéries) par le fait que leurs cellules sont généralement de taille supérieure, contenant un noyau, des vacuoles et des mitochondries, ce qui est d'ailleurs spécifique aux cellules eucaryotes. Les champignons sont incapables d'effectuer la photosynthèse et tirent leur énergie de l'oxydation des composés chimiques organiques. Ils vivent au dépend de la matière organique en décomposition, ce sont des saprophytes.

À la fois hétérotrophes vis-à-vis du carbone et dépourvus du pouvoir de phagocyter des substances solides à la différence des amibes par exemple, les mycètes sont réduits à absorber des substances organiques et minérales dissoutes. Dotés d'un arsenal enzymatique très varié, les mycètes sont capables de coloniser tous les milieux. Ce sont les plus importants détrivores de la biosphère. Ainsi, ils sont naturellement présents dans le sol, l'air et l'eau et sont capables pour certaines souches de tolérer des conditions extrêmes.

Stabilité du cocktail fongique mis en œuvre dans MycET®

Le bioréacteur, permettant la production sur site et l'injection régulière mensuelle de souches fongiques constitutives du cocktail, permet une colonisation permanente et optimale des boues.

Les champignons mis en œuvre dans les procédés MycET® et MycET® Plus proviennent en majorité du milieu où ils sont implantés : l'emploi d'un inoculum fongique, dit « cocktail », comprenant une majorité de souches de champignons sélectionnées à partir des boues d'épuration (soit endogènes) permet de mettre en œuvre une population viable et un écosystème durable dans les effluents à traiter. Leur population est maintenue dans le temps, au moyen de l'auto-stabilisation favorisée par la mise en œuvre du procédé et le respect des équations fondamentales de l'évolution de la biomasse (modélisation ASM pour Activated Sludge Modelling).

Ces fungi constitutifs du cocktail MycET® sont bio-augmentés au moyen d'une culture en continu réalisée sur le site de traitement au cœur d'un bioréacteur. En culture aérobie, c'est le gaz d'oxygénation, soit l'air ambiant filtré, qui crée la turbulence et permet le maintien des cellules en suspension homogène. La géométrie du bioréacteur est définie pour que le transfert d'oxygène soit optimisé.

Le bioréacteur est ainsi conçu pour permettre un contact favorisant le transfert entre les phases biotiques et abiotiques du système. Il instaure ainsi le régime établi du procédé MycET® au moyen d'une injection mensuelle vers le réacteur principal de bio-réduction mycélienne. Il permet essentiellement de pallier les accidents aléatoires (variations non prévisibles et non contrôlables). L'intégration de ce concept de production in situ dans un système original, performant et de très faible volume (environ quelques centièmes du volume du réacteur MycET®) sécurise le procédé.

Le procédé permet ainsi de « surdoser » en permanence le principe actif et de maintenir la performance technique malgré des variations dans les flux ou la composition des boues.

Un procédé naturel, écologique et simple à mettre en œuvre

Au démarrage de l'installation, le système est ensemencé par un cocktail sélectionné et adapté au type d'effluent à dégrader. Cette étape assure la mise en place de l'écosystème qui se stabilisera par la suite naturellement et de manière autonome (concept MycET®).

La société partenaire de Saur, Biovitis (Cantal), spécialisée en biotechnologie mycélienne, a isolé de nombreuses souches de micromycètes dans les boues de plusieurs stations d'épuration en utilisant des techniques brevetées appropriées. Une dizaine de souches ont ainsi été identifiées, purifiées et mises en souchothèque. Ces souches ne présentent aucun caractère pathogène ni pour les hommes, ni pour les animaux, ni pour les plantes. Des protocoles de production ont été développés et optimisés. Aussi, selon l'origine de la boue à traiter, on peut sélectionner un cocktail spécifique ; la sélection d'espèces mycéliennes issues du milieu endogène, associées, selon les cas, à d'autres espèces connues pour leur capacité dégradative, permet d'assurer la stabilité, l'adaptabilité et l'expression de l'écosystème nouvellement implanté.

Ainsi ce procédé permet d'exploiter les fonctions enzymatiques d'intérêt des écosystèmes exogènes (cocktails fongiques) mais aussi endogènes (flore déjà présente au sein des boues).

On observe une dégradation nettement plus poussée des boues de stations d'épuration par le cocktail MycET® face au processus classique de stabilisation impliquant seuls les bactéries constitutives de la boue. La fraction de matière organique totalement oxydée est de 30 %, soit significative et d'un grand intérêt quel que soit le devenir de la boue traitée.