Aujourd'hui, des technologies de filtration uniques rendent la réutilisation des eaux usées industrielles non seulement possible, mais aussi pratique et rentable . Ces innovations révolutionnent des secteurs comme l'agriculture, les bioprocédés, l'agroalimentaire et l'industrie pétrolière et gazière. Elles augmentent la capacité et la durée de vie des stations d'épuration, aident les entreprises à se conformer aux nouvelles normes et réglementations, et réduisent leur empreinte carbone. Par exemple, le projet de réutilisation des eaux usées du East Bay Municipal Utility District en Californie permet d'économiser environ 5.5 milliards de gallons d'eau douce chaque année.
En transformant les déchets en profits grâce à une efficacité accrue et à une meilleure capture des nutriments, ces technologies changent la donne. Mieux encore, elles permettent aux entreprises d'économiser énormément d'eau douce, réduisant ainsi les coûts et facilitant la concurrence pour cette précieuse ressource.
Les eaux usées et la nécessité de solutions à la pénurie d'eau à l'échelle mondiale
L'eau est essentielle à la vie sur notre planète, et pourtant, nous la tenons souvent pour acquise. Chaque jour, les industries du monde entier génèrent d'énormes volumes d'eaux usées, dont 80 % ne sont ni traitées ni réutilisées . En réalité, près d' un sixième des apports mondiaux en eau douce se retrouve sous forme d'eaux usées industrielles et agricoles , ce qui représente des centaines de milliards de litres par jour.
Lorsque les entreprises gèrent ces eaux usées de manière responsable, elles doivent faire face aux coûts et aux efforts importants liés à leur élimination, leur traitement et leur élimination. Malheureusement, ces eaux usées sont souvent simplement rejetées, ce qui entraîne une pollution et accroît la concurrence pour l'eau douce entre l'industrie et la population.
Repenser le problème
Face à l'aggravation de la crise mondiale de la pénurie d'eau, de nombreux secteurs industriels repensent leur rapport à cette ressource précieuse. De plus en plus d'entreprises concentrent leurs efforts sur le traitement et la réutilisation des eaux usées industrielles. Cependant, cela représente toujours un défi de taille, et un coût important.
Et si le problème pouvait devenir une solution ? Et si les eaux usées pouvaient être transformées en une ressource précieuse, réduisant ainsi les dépenses d'exploitation, soutenant les initiatives de développement durable et améliorant la valorisation des produits ? Cela ferait-il une réelle différence ?
Les effets économiques de la gestion des eaux usées sur l'industrie
Une mauvaise gestion des eaux usées industrielles a de graves conséquences économiques, notamment pour ceux qui les produisent. Par exemple, une usine d'élevage de volailles peut devoir traiter et éliminer un volume d'eau cinq à dix fois supérieur à la quantité de protéines produites. La même situation s'applique à l'industrie pétrolière et gazière, où le rapport entre la quantité d'eau gérée et la quantité de produits pétroliers produits peut varier de cinq à quatre-vingt-dix. Ce problème reste souvent occulté jusqu'à ce que la pénurie d'eau menace la continuité ou l'expansion de la production.
Face à l'intensification du changement climatique, la disponibilité des ressources est de plus en plus menacée. Par exemple, le prix de l'eau dans 30 grandes villes américaines a augmenté de 41 % entre 2010 et 2015. À Phoenix, les usagers pourraient subir une hausse de 48 % entre 2022 et 2025 s'ils ne modifient pas leurs habitudes de consommation. Cette tendance a un impact considérable sur la rentabilité des infrastructures, les rendant plus étroitement liées aux coûts des services publics.
Dans le secteur en plein essor de la bioproduction, les projections indiquent un besoin en fluides environ dix fois supérieur à la capacité actuelle pour la production de produits biofabriqués et la gestion des déchets. Ce secteur a suscité un intérêt considérable de la part du capital-risque, mais la durabilité de la bioproduction est soumise à des contraintes hydriques. Une gestion plus rigoureuse de l'eau tout au long du processus de production renforce la viabilité de ce secteur.
Dans certaines régions, les pénuries d'eau ont entraîné une forte inflation alimentaire. C'est particulièrement vrai dans les États bordant le bassin du fleuve Colorado et la vallée centrale de Californie, une importante zone de production agricole spécialisée aux États-Unis. En 2022, les prix alimentaires ont augmenté de 9.9 % , soit la plus forte hausse annuelle depuis 1979. Face à des niveaux historiquement bas de ressources en eau pour l'industrie et l'agriculture, des réductions de la consommation d'eau sont actuellement imposées ou à l'étude, ce qui accentue les difficultés économiques.
Les défis juridiques et l'EPA
Les réglementations de l'EPA concernant le traitement et la réutilisation des eaux usées deviennent de plus en plus strictes. Si elles sont nécessaires à la protection de l'environnement et de la santé publique, elles peuvent également engendrer des défis commerciaux.
Des réglementations émergent dans deux domaines clés : les droits d’eau et les contaminants spécifiques à chaque secteur. Des États comme la Californie, l’Arizona et le Nevada se sont engagés à réduire considérablement leur consommation d’eau au cours des trois prochaines années, ce qui impactera principalement l’agriculture. Par ailleurs, les industries de la viande et de la volaille collaborent avec l’EPA afin d’améliorer le rejet des graisses et des huiles dans les eaux usées. Le projet de réglementation de l’EPA comprend trois options, l’option privilégiée fixant des limites plus strictes pour les effluents en ce qui concerne l’azote et le phosphore et introduisant de nouvelles normes de prétraitement pour les huiles, les graisses, les matières en suspension totales et la demande biochimique en oxygène.
Malgré le strict respect des réglementations, les problèmes de santé publique et la dégradation de l'environnement peuvent encore susciter l'indignation du public. En avril 2023, une coalition de 13 organisations a intenté une action en justice contre l'Agence de protection de l'environnement (EPA) afin de renforcer la réglementation sur la pollution industrielle de l'eau et d'améliorer ainsi la santé publique. Même en cas de succès, la perception et la confiance du public restent fragiles. Plus tôt dans l'année, un déraillement de train dans l'Ohio a non seulement causé des dégâts environnementaux immédiats, mais a également soulevé des inquiétudes à long terme quant à la sécurité de l'eau et à l'efficacité de la réglementation, soulignant l'urgence de prendre des mesures supplémentaires pour prévenir de futures crises environnementales.
La voie à suivre : réutiliser les eaux usées
Dans certaines régions, l'eau n'était traditionnellement ni aussi chère ni aussi problématique, de sorte qu'elle est rarement la première ressource durable évoquée dans les conversations d'affaires. Mais la situation évolue également, le stress hydrique étant de plus en plus médiatisé et conduisant à l'élaboration d'objectifs intergouvernementaux en matière de sécurité hydrique.
La voie à suivre est claire : réutiliser l’eau sur site. Mettre en œuvre un traitement avancé produisant des qualités d’eau variables : certaines peuvent être réutilisées pour l’eau potable, d’autres pour l’eau non potable, comme le lavage des sols, l’alimentation des toilettes ou le nettoyage des camions. Inciter l’industrie à une meilleure gestion environnementale et à des pratiques de réutilisation de l’eau plus axées sur la conservation pour faire face à la pénurie.
Tout cela commence par la création de la technologie qui le rendra possible.
Le talon d'Achille des technologies de filtration
Historiquement, les technologies de traitement des eaux usées ont été inadéquates. De nombreuses méthodes détruisent des sous-produits précieux et sont coûteuses à installer et à entretenir. Les bioréacteurs à membrane (MBR), par exemple, éliminent les matières organiques et l'azote, éliminant ainsi les nutriments et composés précieux du flux d'eaux usées.
La filtration membranaire est l'une des meilleures méthodes pour traiter les eaux usées. À l'instar d'un filtre à café, la filtration membranaire industrielle repose sur le principe de l'exclusion stérique , ne laissant passer que certaines substances en fonction de leur taille moléculaire. Par exemple, les usines de dessalement utilisent des membranes pour dessaler l'eau de mer et produire de l'eau potable. Le fonctionnement des membranes consiste à séparer le flux d'alimentation en deux flux : un « perméat », propre et purifié, et un « rejet », plus concentré, qui peut souvent être réutilisé s'il contient des nutriments précieux.
Bien qu'efficace, la filtration membranaire présente un inconvénient majeur : le colmatage. Les graisses, huiles et autres matières collantes présentes dans les effluents industriels lourds obstruent les pores. Ceci entraîne des nettoyages fréquents, des arrêts de production et des remplacements, rendant la technologie membranaire moins viable – jusqu'à présent. ZwitterCo a mis au point la première membrane immunisée contre l'encrassement irréversible, capable de traiter jusqu'à 5 % de graisses et d'huiles.
Les solutions de filtration membranaire valent-elles le coût ?
Pour que les industries contribuent à la solution, la voie doit être rentable. Des systèmes de filtration qui ne s'encrassent pas durablement, nécessitant des remplacements coûteux, sont essentiels à la viabilité économique.
Un avantage souvent négligé du traitement des eaux usées réside dans la valorisation de ces matières. Les eaux usées contiennent fréquemment des nutriments précieux qui peuvent être récupérés et réutilisés comme engrais et matières premières, générant ainsi des revenus supplémentaires, réduisant les déchets et offrant un excellent retour sur investissement.
Lorsque les exploitations agricoles et les industries connexes traitent et réutilisent leurs eaux usées, elles garantissent leur sécurité hydrique. Les transformateurs alimentaires peuvent réutiliser l'eau récupérée à des fins non potables, réduisant ainsi leurs besoins en eau douce et contribuant à garantir la disponibilité de l'eau pour la croissance future.
Les avantages sont évidents, mais comment pouvons-nous surmonter les limites des technologies de filtration actuelles ?
Chimie sophistiquée : copolymères zwitterioniques
ZwitterCo a mis au point une solution : une technologie membranaire unique utilisant des copolymères zwitterioniques , un matériau innovant issu de la recherche à l’Université Tufts. Si les zwitterions étaient déjà connus, la véritable avancée a consisté à les rendre fonctionnels en solution aqueuse. Ces copolymères sont extrêmement hydrophiles ; ils retiennent les molécules d’eau avec une telle affinité que les composés visqueux comme les huiles et les graisses ne peuvent pas pénétrer la membrane. Cette propriété hydrophile permet de créer une nouvelle membrane, immunisée contre l’encrassement irréversible.
Technologie membranaire de pointe
Grâce à leur composition chimique entièrement différente, ces membranes ne se colmatent pas facilement dans les flux de déchets traditionnellement non filtrables. Elles se nettoient facilement à l'eau ou avec des produits chimiques doux, conservant ainsi leur efficacité de filtration comme si elles étaient neuves. Il est ainsi beaucoup plus rentable d'extraire ou de concentrer les matières organiques de ces flux et de les transformer en éléments valorisables, tout en assurant des opérations de récupération d'eau optimales.
Ces membranes révolutionnaires offrent une solution durable pour la gestion des eaux usées en éliminant le colmatage et en réduisant les remplacements fréquents. Dans l'industrie du digestat, elles augmentent la capture de sous-produits précieux pour leur utilisation comme engrais ou leur commercialisation, réduisant ainsi le transport et l'épandage hors site, processus potentiellement polluants et malodorants. Ceci n’est qu’un exemple de la manière dont notre technologie peut être utilisée efficacement dans divers scénarios.
Réduire l'empreinte hydrique industrielle : le courant va dans la bonne direction
Les défis liés à la gestion des eaux usées sont considérables, mais grâce à des solutions innovantes comme les nouvelles membranes développées par ZwitterCo, les industries peuvent réduire leur empreinte hydrique en traitant et en réutilisant efficacement leurs eaux usées. Ce faisant, elles seront mieux à même de se conformer aux réglementations de plus en plus strictes, de valoriser les sous-produits et de réaliser ces deux opérations de manière rentable. La réduction de l'impact environnemental peut également améliorer les relations avec les investisseurs et les clients et instaurer un climat de confiance avec le public. Les initiatives récentes, telles que les efforts déployés par le Kazakhstan pour améliorer la gestion de l'eau, sont des signes encourageants qui montrent que les industries et les gouvernements reconnaissent l'importance de cette question.
SOURCES:
- https://www.epa.gov/east-palestine-oh-train-derailment
- https://bayoucitywaterkeeper.org/were-suing-over-billions-of-gallons-of-industrial-wastewater/
- https://www.ers.usda.gov/data-products/food-price-outlook/summary-findings/#:~:text=In%202022%2C%20food%20prices%20increased,prices%20increased%20by%207.7%20percent.
- https://www.azcentral.com/story/news/local/phoenix/2023/07/07/phoenix-water-rates-increase-sharply-2023-what-you-need-to-know/70371017007/
- https://www.circleofblue.org/2015/world/price-of-water-2015-up-6-percent-in-30-major-u-s-cities-41-percent-rise-since-2010/
- https://concernusa.org/news/global-water-crisis-causes/#:~:text=At%20a%20global%20scale%2C%2044,other%20contaminants%20that%20can%20prove
- https://eurasianet.org/kazakhstan-prioritizing-water-management-measures-in-2024
