Traiter les eaux usées domestiques par l’hydroponie

On estime que 60% de la population mondiale n’a pas accès à des infrastructures de traitement des eaux usées adéquates. Rejetées directement dans l’environnement sans être traitées, les eaux usées risquent de contaminer les sols et l’eau.

En parallèle, la rareté de l’eau est un enjeu d’envergure à travers le monde et qui risque d’être exacerbée par la population mondiale croissante, les changements climatiques, l’urbanisation et l’agriculture intensive.

Comme l’agriculture représente 70% de la consommation mondiale en eau, des efforts ont été mis dans les dernières années pour coupler le traitement des eaux usées et la culture agricole. En créant un système fermé où les nutriments sont récupérés à partir des eaux usées municipales et réutilisés pour la production alimentaire, on réduit la quantité d’eau nécessaire à la culture tout en réduisant les rejets dans l’environnement.

Toutefois, le manque de terres disponibles pour l’agriculture ralentit ce couplage ; c’est là qu’intervient l’hydroponie. L’article Hydroponic technology as decentralised system for domestic wastewater treatment and vegetable production in urban agriculture: a review s’intéresse aux différentes études sur la performance des systèmes hydroponiques pour le traitement des eaux usées domestiques.

Traitement des eaux usées

Les systèmes conventionnels de traitement des eaux usées sont très dispendieux et nécessitent beaucoup d’énergie. Dans la plupart des pays en développement, ces systèmes ne traitent pas adéquatement l’eau avant qu’elle ne soit rejetée dans l’environnement. La pollution de l’eau constitue d’ailleurs le risque principal pour la santé des habitants dans la majorité de ces pays.

Plusieurs technologies alternatives se sont développées dans les dernières années. Certaines optimisent la séparation entre la portion liquide et la portion solide des eaux usées, notamment les systèmes décentralisés de traitement des eaux usées (DEWATS), les latrines à fosses et les toilettes à dérivations d’urine (UDDT). La partie solide est généralement utilisée pour le compostage et celle liquide est convertie en engrais riche en nutriments. Malgré le traitement, des conséquences environnementales peuvent découler de l’utilisation des eaux usées : contamination des eaux souterraines, salinisation des sols, accumulation de métaux ou effet négatif sur l’activité microbienne.

Le traitement hydroponique des eaux usées réduit significativement les risques pour la santé humaine et pour la pollution environnementale. Cette méthode permet de retirer les nutriments de l’eau à une efficacité de 47 à 91% selon les plantes cultivées. En plus de traiter l’eau, l’hydroponie permet la production de plantes comestibles. Cette production assure un revenu supplémentaire et contribue à assurer la sécurité alimentaire. L’hydroponie est particulièrement pertinente pour traiter l’eau qui sera ensuite utilisée pour l’agriculture en sol. Le risque que les aliments contiennent des agents pathogènes est moindre lorsqu’ils sont cultivés dans une solution nutritive à base d’eaux usées que lorsque cette eau est utilisée directement dans le sol.

Types de système hydroponique

Le choix du meilleur système hydroponique dépend généralement de trois facteurs : le drainage de la solution nutritive (système fermé ou ouvert), le substrat et les plantes en culture.

Pour le traitement des eaux usées, les systèmes fermés sont préférables puisqu’ils limitent au maximum le rejet de contaminants dans l’environnement. Selon une étude en 2011, un système de recirculation de la solution nutritive (système fermé) permettrait de réduire de 33% la quantité d’eau utilisée pour la culture hydroponique de concombres. Une autre étude sur la culture hydroponique de laitue démontrait que le système fermé permettait d’utiliser 42% moins d’eau et entre 22 et 58% moins de nutriments.

Dans les systèmes hydroponiques sans substrat (culture sur film nutritif ou culture sur raft), les racines des plantes sont directement en contact avec la solution nutritive. Dans ces systèmes, l’eau est préalablement traitée par un réservoir de sédimentation et un filtre biologique. Les systèmes hydroponiques avec substrat sont les plus simples pour le traitement des eaux usées puisqu’ils ne nécessitent pas un traitement initial. Le substrat peut être de la laine de roche, de la perlite, des billes d’argile, etc.

Les plantes choisies pour la culture ont une importance au niveau de la quantité de nutriments absorbés, de l’activité microbienne et de l’acceptabilité sociale de la méthode de traitement. Les tomates, la laitue, les concombres et les fleurs ornementales sont les plus communs à cause de leur cycle de croissance rapide. Les plantes peuvent également être choisies selon les préférences des consommateurs, la résistance aux agents pathogènes ou les qualités nutritives.

Agents pathogènes, polluants et nutriments

L’hydroponie permet de filtrer une quantité significative de polluants dans les eaux usées : réduction de 81% de la demande chimique en oxygène (DCO), de 85% des métaux traces et de 60% des solides en suspension. Avec un traitement préliminaire de l’eau, les retraits sont encore plus importants.

L’hydroponie élimine également les agents pathogènes contenus dans les eaux usées avec une efficacité allant de 60 à 87%. Le principal risque associé au traitement hydroponie découle des agents pathogènes absorbés par des plantes destinées à la consommation. Pour réduire le risque, il est possible de filtrer les eaux usées utilisées pour l’irrigation, de choisir les plantes qui sont cuites avant d’être consommées ou d’éviter que l’eau d’irrigation touche les parties comestibles de la plante en culture.

Les eaux usées sont reconnues pour contenir plusieurs nutriments essentiels à la croissance les plantes, notamment le phosphore, l’azote et le potassium. Elles se substituent donc aisément à la solution nutritive habituellement utilisée dans les systèmes hydroponiques.

Conclusion

Plusieurs études de cas en Pologne, au Brésil, en Afrique et Australie ont démontré l’efficacité de l’hydroponie comme deuxième ou troisième phase du traitement des eaux usées. Une étude sur la laitue a montré que celle-ci accumule les métaux au-delà des quantités acceptables pour la consommation, démontrant ainsi l’importance du choix des plantes dans l’hydroponie. Une autre étude a démontré que les eaux usées seules (sans apport supplémentaire de nutriments) sont souvent insuffisantes pour assurer la croissance des plantes.

Ainsi, plusieurs facteurs influencent l’efficacité des systèmes hydroponiques pour le traitement des eaux usées, notamment le type de système (fermé ou ouvert), les plantes en culture, le substrat et les paramètres d’opération. Somme toute, l’article de Magwaza et al démontre que l’hydroponie est une solution intéressante pour le traitements des eaux usées domestiques, et ce, autant d’un point de vue environnemental qu’économique. Les systèmes permettent de produire des aliments et de générer un revenu supplémentaire, tout en réduisant les rejets de contaminants dans l’environnement et le gaspillage d’eau.

Source

Magwaza, S. T., Magwaza, L. S., Odindo, A. O., & Mditshwa, A. (2020). Hydroponic technology as decentralised system for domestic wastewater treatment and vegetable production in urban agriculture: a review. Science of the Total Environment, 698. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134154