Séchoirs solaires sous serre : Une solution rentable visant à garantir une utilisation sûre des boues de vidange dans l’agriculture

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L’utilisation peu judicieuse et à long terme d’engrais chimiques détériore non seulement la qualité des sols, mais elle contribue également aux effets du changement climatique du fait de l’émission de gaz à effet de serre lors de la production et de l’utilisation de ces engrais. Par ailleurs, il est urgent de rechercher d’autres sources de nutriments pour la production alimentaire afin de nourrir la population qui est sans cesse croissante.

Il est de notoriété publique que les excréments humains sont riches en nutriments, surtout en azote et en phosphore. Avec l’accent mis récemment sur le traitement des boues de vidange et l’assainissement géré en toute sécurité, il est possible d’utiliser les excréments humains comme source d’éléments nutritifs. Toutefois, la présence d’agents pathogènes dans les matières fécales suscite des inquiétudes quant aux risques pour la santé. La principale source d’inquiétude concerne les helminthiases transmises par le sol, qui sont très résistantes aux traitements et peuvent perdurer pendant plusieurs années.

C’est dans ce contexte que la présente étude a été menée dans quatre (4) stations de traitement des boues de vidanges (STBV) en Inde – Angul, Dhenkanal, Karunguzhi et Devanahalli – avec pour objectif principal d’évaluer l’efficacité des séchoirs solaire sous serre à base de polycarbonate dans la réduction des œufs d’helminthes présents dans les boues traitées définitives. Les séchoirs solaires sous serre (GHSD) nécessitent un séchage passif pour augmenter la température et réduire l’humidité afin d’assurer la destruction des agents pathogènes et un séchage plus rapide.

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Potentiel de réplication du projet pilote du parc Uhuru dans la perspective Kenyane

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La ville de Nairobi au Kenya a une population d’environ 5 millions d’habitants au centre- ville, mais la population totale est estimée à environ 10,8 millions d’habitants dans la zone métropolitaine. La ville est confrontée au problème d’eau, car la production actuelle est d’environ 500 000 m3/jour, contre une demande de 800 000 m3/jour. Des infrastructures et des capitaux importants sont nécessaires pour combler ce fossé. Une stratégie qui contribuerait à réduire cet écart serait la bienvenue. La couverture du réseau d’égouts est estimée à environ 50 %, ce qui signifie que 50 % des habitants dépendent d’un système d’assainissement autonome, comme les fosses septiques, les épurateurs et les latrines à fosse dans les cas extrêmes. Une méthode qui permettrait de mettre en place une station d’épuration décentralisée ne nécessitant pas d’infrastructures lourdes comme les réseaux d’égouts serait la bienvenue.

La ville est également confrontée à de grands défis en matière de collecte des eaux usées et des boues de vidanges en raison de la croissance rapide de la population due à l’exode rural, qui a accéléré la croissance démographique. Les rivières de la ville sont fortement polluées en raison des débordements des réseaux d’égouts actuels et des déversements provenant de zones non connectées, comme le quartier de Focus. Le canal ouvert visible dans le parc Uhuru était initialement destiné à acheminer les eaux pluviales, mais il est actuellement utilisé pour acheminer les eaux pluviales mélangées aux eaux usées provenant du débordement de diverses zones et institutions.

À Nairobi, les systèmes de traitement des eaux usées les plus courants sont les étangs de stabilisation et les lagunes aérées, associés à des zones humides artificielles, ainsi que les systèmes de traitement conventionnels. Mais le principal problème est que ces systèmes nécessitent d’énormes infrastructures pour la collecte des eaux usées et leur transport vers un point central. Il est donc essentiel de mettre en place des systèmes décentralisés.

La photo de la page 4 (voir pièce jointe) représente l’une des rivières de Nairobi qui coule tout près d’un quartier informel ; cette photo montre la forte pollution de la rivière et de l’environnement. Cela a certainement aidé le gouvernement à créer la Commission de réhabilitation de la rivière de Nairobi qui vise à nettoyer cette rivière afin que l’eau qui y coule puisse être utilisée à d’autres fins. Le système dont il est question ici s’inscrit dans cette catégorie d’aide à la dépollution des rivières. L’initiative de mettre en place ce système décentralisé dans le parc Uhuru a été lancée à un niveau très élevé, lorsque le président de l’Estonie s’est rendu au Kenya et a échangé avec son homologue, le président du Kenya, autour des domaines de coopération bilatérale. Il en est ressorti que l’Estonie, assez avancée en termes de technologies, notamment dans le domaine du traitement de l’eau et des eaux usées, pourrait aider le Kenya à trouver des moyens très innovants pour traiter les eaux usées, et c’est ainsi que le dispositif Spacedrip a vu le jour. Le président estonien a désigné l’équipe Spacedrip qui l’accompagnait pour réaliser un projet pilote à Nairobi, et le gouvernement kenyan a désigné les services métropolitains de Nairobi et le Bureau Exécutif du président pour travailler sur le projet pilote. Il a été jugé approprié de piloter ce système dans un endroit très central, où d’autres dirigeants et institutions de tout le pays pourraient y avoir accès. C’est ainsi que le projet pilote a été mis en place dans le parc Uhuru (voir pièce jointe, page 7), l’un des principaux parcs de loisirs situé dans le quartier central des affaires de Nairobi. Toute personne venant se divertir dans le parc peut l’apercevoir. La carte (voir pièce jointe, page 6) présente en vert clair le parc Uhuru, qui occupe une position très centrale dans le quartier central des affaires de Nairobi, avec les principales institutions gouvernementales situées à proximité, y compris le Parlement, le bureau du Président, l’hôtel de ville, les grands hôtels et d’autres locaux commerciaux.

Le parc Uhuru a été choisi pour ce projet pilote parce qu’avant l’installation de ce système, l’eau potable était utilisée pour irriguer le parc, qui est une vaste zone de plus de 50 hectares, et cela entraînait une forte pression sur l’eau potable. En effet, la ville connaît déjà un déficit de 300 000m3/jour, et au lieu d’économiser l’eau, cette même eau est utilisée pour irriguer le parc. L’idée d’installer ce système dans le parc Uhuru était donc de s’assurer que les effluents traités par le système seraient utilisés pour irriguer le parc et, ce faisant, de contribuer à réduire la pression sur la demande en eau potable.

Aqua Consult Baltic a conçu la technologie permettant de se connecter à l’infrastructure d’irrigation du parc Uhuru, et il y a eu un partenariat sur la consultation pendant la mise en service et après six mois d’exploitation, l’installation a été remise à la société d’eau et d’assainissement de Nairabi (NCWSC). Ruji Africa a été le partenaire local de Spacedrip pour la préparation, la mise en oeuvre et le pilotage du système automatisé de traitement et de réutilisation des eaux usées. Nous avons déjà obtenu une mise à jour de l’évaluation de l’impact environnemental de la part d’un régulateur : l’Autorité nationale de gestion de l’environnement.

L’un des principaux avantages de ce système de réutilisation de l’eau est qu’il nécessite un espace très réduit et le système de conteneurs peut être installé à l’intérieur d’un bâtiment ou dans des zones plus petites, contrairement aux autres systèmes qui nécessitent d’immenses terrains (dans une ville comme Nairobi, les terrains sont très difficiles à obtenir). Il s’agit donc d’une solution pour les zones qui ne disposent pas de terrain. L’efficacité du système réside dans l’élimination totale des pathogènes dans une zone principale, car les effluents peuvent alors être utilisés à d’autres fins, comme l’irrigation. À l’avenir, les effluents de ce système pourraient également être utilisés pour la chasse d’eau des toilettes et le nettoyage, le cas échéant, compte tenu de la forte demande d’eau pour les services de nettoyage. Pour l’instant, en raison de la stigmatisation associée aux eaux usées, il est peut-être trop tôt pour commencer à parler de leur réutilisation en eau potable. Elles permettent déjà de réduire la pression sur l’eau potable, et on estime que l’adoption de cette technologie de réutilisation de l’eau par la plupart des grands consommateurs d’eau (comme le tourisme, les industries hôtelières, les établissements informels, les bâtiments commerciaux et résidentiels, l’industrie alimentaire…) pourrait contribuer à réduire la demande d’eau d’environ 50%, et la pression sur l’eau potable pourrait alors vraiment diminuer.

L’un des points importants de ce système est l’électricité, en raison de l’automatisation et du pompage au sein du système. Toutefois, ce problème pourra être résolu à l’avenir. Actuellement, le système intègre également le système solaire d’un partenaire qui produit une partie de l’électricité, en particulier pour l’automatisation et les opérations critiques du système. Mais à l’avenir, nous pensons que l’énergie solaire devrait devenir la principale source d’énergie en incorporant davantage de panneaux solaires et de batteries pour stocker l’énergie.

D’un point de vue financier, ce système est avantageux, notamment parce qu’il permet d’économiser sur le coût élevé de la construction de l’infrastructure nécessaire à la centralisation du système. C’est le principal coût qui s’applique au système d’assainissement. Cette technologie décentralisée qui ne nécessite pas de lourdes infrastructures et permet de réaliser une économie spécifique sur les coûts fait de ce système un grand avantage.

Le résultat de ce projet pilote est censé informer et conseiller les décideurs politiques et les aider à élaborer les règlements qui seraient nécessaires pour certaines institutions. Compte tenu de la consommation d’eau et des rejets d’une capacité donnée, il devrait être intéressant d’installer ce système de traitement et de réutilisation de l’eau dans les secteurs du tourisme et de l’hôtellerie, dans les zones urbaines et commerciales, dans les établissements de construction et dans les industries de transformation alimentaires. Cela permettra au secteur privé d’accélérer la couverture en termes d’assainissement et de soutenir les efforts du personnel impliqué dans la gestion et le contrôle des demandes d’approvisionnement en eau. Ainsi, en plus de construire de nouvelles infrastructures qui conduisent une plus grande quantité d’eau, il est possible de mieux gérer la quantité disponible par le traitement et la réutilisation des effluents produits. C’est déjà le cas dans des bâtiments comme l’université locale de Nairobi, qui récupère tout l’eau qui arrive à l’intérieur du bâtiment pour la réutiliser ensuite dans les chasses d’eau. Cette idée n’est pas farfelue et son heure est venue. Les décideurs politiques doivent être conseillés à ce sujet afin d’élaborer les règlements nécessaires pour aider à gérer la distribution d’eau dans le pays.

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Projet pilote de traitement et de réutilisation des eaux usées au parc Uhuru de Nairobi, Kenya

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Aqua Consult Baltic a été créée en 1997 en Estonie, et la technologie ici présentée a vu le jour au Kenya par l’entremise d’une entreprise locale. Cette société mère située en Allemagne à Hanovre s’est déployée à partir de là. Elle réalise des projets dans le monde entier, notamment dans les États baltes. Il s’agit d’une société d’ingénierie et de conseil qui se spécialise principalement dans le traitement des eaux usées et ses dérivés, la gestion des déchets secondaires et les stations d’épuration des déchets municipaux. La société travaille actuellement sur un projet en Slovénie et à Vienne de 550 000PE et également à Tallinn en Estonie pour 400 000 équivalents. Étant donné que les déchets municipaux industriels sont difficiles à prévoir, il importe de connaître leurs limites et leurs caractéristiques ; aussi, pour ce type de déchets, il est nécessaire de faire beaucoup de modélisation qui inclut le fractionnement des eaux usées et de réaliser le pilotage avant de fournir la solution technique au client. L’entreprise travaille dans le domaine de l’industrie pétrolière et gazière, des aliments chimiques, de l’agriculture, des installations industrielles et des projets liés aux systèmes de réutilisation de l’eau. Actuellement, l’usine d’épuration de Tallinn de 400 000 équivalents transforme l’eau de surface en eau potable par le biais des nouvelles technologies développées. L’entreprise a bâti de bonnes relations avec les universités, qui effectuent les tests et la recherche.

En outre, Spacedrip – également une entreprise estonienne – est une entreprise jeune et innovante axée sur les systèmes d’épuration, qui qui réutilisent de l’eau pour un petit nombre de personnes (25 à 2000) dans les sociétés d’eau, les compagnies de promotion immobilières et le secteur de la défense. Le secteur de la défense, par exemple, dispose d’unités mobiles à différents endroits qui ont besoin d’être approvisionnées en eau ; Spacedrip met à leur disposition des systèmes de douche ou de toilettes avec réutilisation continue d’eau.

Collaboration entre Aqua Consult Baltic et Spacedrip Group

Il y a quelques années, Aqua Consult a informé Spacedrip de la mise sur pied d’un nouveau modèle de maisons, préfabriquées en usine et déployées sur le terrain. Toutefois, il n’y a souvent aucune infrastructure sur le site, ni système d’assainissement ni réseau d’eau potable. Ils avaient besoin d’une machine capable de transformer les eaux usées en eau potable. Spacedrip a réalisé le design qui est utilisé dans l’usine Aqua Consult Baltic, et cette dernière l’a développé jusqu’à obtenir la version actuelle. C’est devenu un produit plus fiable qui peut être entièrement automatisé, un très bon produit. Cet appareil a été financé par le gouvernement estonien en tant que technologie à exporter vers d’autres pays, et dont la valeur ajoutée est la sauvegarde du potentiel de serre et le respect de l’environnement.

Pendant la durée du financement, le Président estonien de l’époque s’est rendu au Kenya. Il connaissait l’existence de cette entreprise de transformation des eaux usées en eau potable ; en effet, il y a moins d’un million d’habitants en Estonie, et presque tout le monde se connaît. Il a fait part de cette technologie au Président du Kenya, et ce dernier a manifesté de l’intérêt, d’où le début de la relation avec des partenaires sur le terrain et le lancement de ce projet au Kenya.

Problématique

Comme l’a si bien dit le Président Kenyan S.E. William Ruto : « Le gouvernement du Kenya a décidé de redorer la réputation du Kenya, ville verte de l’Afrique, et également de posséder son identité ancestrale, celle d’être un fleuve d’eau douce et fraîche ». Le projet du Kenya a émergé suite aux constats ci- après :

– La rivière de Nairobi est assez polluée, et elle doit être nettoyée afin de retrouver la même qualité qu’avant la construction des habitations. Il y a assez de projets en cours pour la rendre plus propre et améliorer l’environnement.

– Deuxièmement, la production d’eau de la ville de Nairobi est d’environ 500 000 m3/jour, mais la quantité nécessaire pour répondre à la demande actuelle est de 800 000 m3 ; on note un manque d’eau propre à utiliser.

– par ailleurs, une grande quantité d’eau potable est utilisée pour couvrir certains besoins qui auraient pu être comblés grâce à l’eau recyclée sûre d’un point de vue technique (chasse d’eau, irrigation, etc.) En effet, les systèmes de récupération d’eau peuvent réduire de 50% la demande en eau (800 000m3/jour sont nécessaires. Alors, si 50% d’eau est économisée, seulement 400 000m3 seront nécessaires). Pour mettre en œuvre ce projet, il ne sera pas nécessaire de mettre à niveau les infrastructures.

Une usine pilote a donc été installée au parc Uhuru, Nairobi, dans l’objectif de :

             i) nettoyer un peu la rivière de Nairobi, et

ii) permettre la récupération de l’eau.

 Solution mise en place

Le dispositif Spacedrip (voir pièce jointe P.7) est une station d’épuration en forme de conteneur qui récupère les eaux usées à partir d’un canal qui traverse le parc Uhuru à Nairobi jusqu’à 50 m3/jour, et les traitent afin qu’elles puissent être réutilisées pour l’irrigation du parc. Le système est géré grâce à un logiciel d’automatisation, qui permet de surveiller le dispositif, de l’exécuter à distance et de le conserver dans un bon état de fonctionnement. Cette technologie n’est pas nouvelle à proprement parler, et elle dispose d’un réservoir de sédimentation avant. Le dispositif comporte une partie biologique où les matières organiques et un peu d’azote sont éliminés ; ensuite, une unité de filtration qui micro-filtre la plupart des bactéries ; l’eau propre entre dans un réservoir dans une chambre technique, d’où elle est filtrée par la lumière UV et par le chlore au besoin. Ainsi, l’eau entre dans la station d’épuration par le canal d’évacuation des eaux pluviales et ressort de la station d’épuration par les gicleurs du parc. L’eau arrive par le canal de passage des eaux pluviales. Il n’y a pratiquement pas d’événements pluvieux, mais une grande quantité d’eau en provenance des fosses septiques et des rejets de sites industriels, lesquelles sont inconnues et difficiles à prévoir. Cela signifie que l’eau qui arrive est assez sale et l’utilisation directe pour l’irrigation n’est pas une bonne idée. Toutefois, après le traitement, l’eau est débarrassée des matières organiques et des bactéries et devient propre. Cette technologie est utilisée depuis maintenant deux semaines au parc Uhuru.

Résultats obtenus

La mise en service s’est bien déroulée il y a un mois environ (mai 2023), et le système fonctionne à pleine capacité depuis maintenant deux semaines. Actuellement, jusqu’à 25% de l’eau d’irrigation nécessaire au parc Uhuru provient de ce dispositif de traitement des eaux usées. Cet appareil a été déployé dans le but de prouver le fonctionnement de ce type de système de technologie plug and play automatisée. Ces unités compactes peuvent être placées n’importe où, y compris dans de petites zones. Le dispositif peut fonctionner longtemps et est actuellement en phase de test. Les résultats d’analyse en entrée et en sortie sont présentés dans le Tableau 2 (Voir pièce jointe P.9), et révèlent une élimination bactérienne de 100% grâce à cette technologie. L’image de l’influent et de la sortie montrent que l’eau obtenue est assez pure. Elle n’est cependant pas assez sure pour être consommée et ne doit être utilisé qu’à des fins d’irrigation.

Conclusion

Ce type de système est identique au dispositif de récupération de l’eau de Seehausen (Allemagne). Mais il s’agit d’une unité plus petite, assez compacte, et qui peut être placée dans de petites zones ou dans de grands centres-villes où les eaux usées sont réduites. L’eau obtenue peut être utilisée pour la chasse d’eau des toilettes ou l’irrigation des espaces verts, et il n’est pas nécessaire de construire de nouvelles infrastructures pour la réutilisation. Grâce à la solution informatique permettant le suivi à distance, il n’est pas nécessaire de se déplacer sur le terrain pour la maintenance.

En revanche, il est possible de planifier la maintenance du système, ce qui lui permet de fonctionner longtemps et d’éviter les pannes. Des images de quelques petits conteneurs de trois mètres avec des douches et des toilettes qui ont été construits par Spacedrip pour des projets militaires sont présentées dans la pièce jointe (Page 10) ; elles peuvent être placés n’importe où pour la réutilisation continue d’eau.

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Le passage de la STEP de Brême-Seehausen à une station d’épuration neutre sur le plan énergétique

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Au cours de la 6ème édition de la série Ask The Experts sur le thème : « Valoriser les produits dérivés de l’épuration des eaux usées domestiques et industrielles » organisée le 25 avril 2023 par l’Association Africaine de l’Eau et de l’Assainissement (AfWASA) et le Partenariat Germano-Africain pour l’Eau et l’Assainissement (GAPWAS), la collaboration entre les villes de Windhoek en Namibie et de Brême en Allemagne a été présentée.

En effet, les villes de Windhoek et de Brême ont entamé une collaboration en l’an 2000 à partir d’une longue relation historique incluant le soutien à la lutte pour l’indépendance de la Namibie. En 2013, les deux partenaires ont rejoint le projet de partenariat municipal sur le climat, poursuivant ainsi la tradition de partage des connaissances. Ce projet est axé sur la gestion des déchets solides, la gestion des eaux usées et la prestation de services d’assainissement de base dans les quartiers informels, afin de contribuer aux Objectifs de Développement Durable des Nations unies. La ville de Windhoek et Seehausen ont commencé à collaborer en 2018. Cette collaboration basée sur le partage de connaissance s’est principalement focalisée sur des questions liées au traitement des eaux usées. En En général, l’équipe du projet se réunit mensuellement pour discuter et analyser différents sujets, en vue de rechercher des solutions et des améliorations.

L’approche de collaboration au cours des deux dernières années a été axée sur des visites d’échanges autour des sujets d’intérêt commun en Namibie et à Brême. Par exemple, les deux graphiques de variation du débit de l’influent (Voir pièce jointe, Page 3) présentent les volumes des influents par heure dans les usines de Seehausen et de Gammams, ainsi que les concentrations méta organiques par heure. Pour les deux usines, le facteur entre les chiffres quotidiens minimums et maximums est d’environ 0,5. Toutefois, il y a quelques différences entre les tendances ou les schémas horaires par jour, qui peuvent s’expliquer par la variation de la durée du trajet de l’eau jusqu’à la station. À Brême, il existe également une capacité de stockage dans les canalisations. Les schémas peuvent également être différents d’une heure à l’autre en raison des déchets industriels et domestiques. En effet, Gammams à Whindhoek utilise de l’eau d’origine domestique uniquement, tandis que Brême utilise les eaux usées d’origine domestique et industrielle, même si les déchets industriels sont très difficiles à prévoir. Par ailleurs, il n’existe qu’un système d’égout séparé en Namibie, ce qui implique la déviation vers les rivières de la plupart des infiltrations, tandis que Seehausen à Brême dispose à la fois d’un système d’égout combiné et d’un système d’égouts séparés. Ces facteurs sont importants et peuvent être associés à d’autres éléments pour corriger les fautes dans une optique d’amélioration et pour planifier l’optimisation pour une meilleure efficacité du processus.

Voilà donc quelques indications sur la coopération actuelle, qui vise à mieux connaître la destination du carbone produit et de son utilisation. Dans l’un des bilans de la station d’épuration de Brême (voir pièce jointe, Page 4), la quantité de carbone transférée dans le réacteur biologique et la quantité emmenée à la digestion est présentée. Le biogaz est dérivé de cela, grâce à une centrale de production combinée de chaleur et d’électricité à partir de laquelle de l’énergie peut être produite. Ainsi, chaque optimisation d’une station d’épuration peut changer l’avenir. Les résultats à la fin du processus de traitement devraient être la possibilité de produire davantage d’énergie et de gaz, ou l’utilisation du carbone pour la dénitrification afin d’obtenir une meilleure qualité de l’affluent de la station d’épuration. Les échanges avec les laboratoires qui effectuent les analyses et les autres partenaires du secteur des eaux usées portent sur les similitudes au niveau des opérations et des tâches spéciales, ainsi que sur l’identification des bonnes pratiques qui peuvent être apprises des uns et des autres. Par exemple, Windhoek possède 50 années d’expérience en élimination des micropolluants et en adaptation au changement climatique. Brême peut apprendre ce savoir-faire de Windhoek, d’autant plus que la ville de Brême devient de plus en plus sèche ; les masses d’eau naturelles se réduisent de plus en plus et la ville doit réfléchir à la manière d’utiliser l’eau et déterminer pour quel usage. Par exemple, Brême utilise de l’eau semi-purifiée pour les jardins ou les lieux publics tout comme Windhoek. Par ailleurs, Brême se prépare depuis 30 ans à faire face aux précipitations et Windhoek pourrait s’en inspirer.

La plus grande station d’épuration de Brême est celle de Seehausen, et un processus est en cours pour obtenir une station neutre sur le plan énergétique. Brême est une ville située dans le nord de l’Allemagne, et le responsable de l’assainissement de la ville est HanseWasser, qui fonctionne sur la base d’un modèle de partenariat public-privé. La région de Brême est très plate ; par conséquent, plus de 200 stations de pompage sont nécessaires pour pomper chaque goutte d’eau usée contre la gravité jusqu’à la station d’épuration de Brême- Seehausen située dans la région la plus élevée de la ville (d’une hauteur de 1012 mètres supérieure au reste).

La station d’épuration de Seehausen comptait environ 1 million d’habitants raccordés, et la station d’épuration des eaux usées de la partie nord de Brême comptait environ 160 000 habitants raccordés. La présentation (Voir pièce jointe, Page 8) met en évidence un très bon développement de l’autoproduction d’énergie, avec deux (2) grandes étapes entre 2010- 2011 et en 2013. La première étape a été l’introduction d’une nouvelle éolienne et en 2013, la centrale de production combinée de chaleur et d’électricité a été renouvelée, ce qui a permis de générer plus d’énergie à partir du gaz disponible. En 2022, l’autoproduction s’élevait à 130 %, avec environ 100 % provenant des centrales de production combinée de chaleur et d’électricité et 28 % des éoliennes. Il pleut très souvent à Brême, et la ville ne peut générer qu’environ 1 à 2 % d’énergie à partir de l’autoproduction. La ville ne s’est pas seulement focalisée sur la production, mais aussi sur la réduction de la consommation totale d’énergie de l’usine, avec une baisse d’environ 25 % au fil des ans grâce à l’optimisation et à un nouvel agrégat.

La consommation d’énergie spécifique par habitant est également un indicateur de réduction. Le passage de Brême vers la neutralité énergétique repose sur trois piliers :

  • La première est le renouvellement de la puissance. Trois (03) unités de production combinée de chaleur et d’électricité ont été renouvelées. Chaque unité a une puissance électrique d’environ 1,4 mégawatt et une turbine éolienne (Voir pièce jointe, Page 9). L’énergie qui provient de la centrale de production combinée de chaleur et d’électricité peut être utilisée pour améliorer la production de gaz.
  • Certains projets sont également en cours pour augmenter la production de gaz, y compris une réduction de la demande d’un point de vue technique par un réinvestissement spécifique. Il est également économiquement viable d’obtenir de nouveaux agrégats avec une demande spécifique plus faible. Par exemple, dans ce cas, un hall de compression de sept (7) compresseurs pour l’appropriation des processus internes.
  • Le troisième pilier est l’optimisation. Il existe un jumeau numérique de la station de traitement de Brême qui permet de mener tous les processus biologiques. Cette technologie numérique permet d’optimiser les processus, notamment l’aération et la quantité d’oxygène requise pour la partie microbiologique. Certaines règles DWA A-216 décrites dans la présentation (voir pièce jointe, Page 11) peuvent également être utilisées pour déterminer la quantité d’énergie nécessaire et la possibilité de la réduire davantage (comment réaliser un contrôle énergétique, une analyse énergétique pour les stations d’épuration des eaux usées en Allemagne, avec des lignes directrices pour l’ensemble du processus de calcul). Une analyse énergétique permet de déterminer la meilleure valeur possible qui peut être atteinte pour une demande énergétique spécifique d’une station d’épuration, avec un accent sur la quantité d’énergie qui peut éventuellement être réduite dans le cadre de projets futurs.

La présentation présente quelques règles établies (voir pièce jointe, Page 12) liées à des consommations d’énergie spécifique de l’ensemble de la station d’épuration. La demande totale d’énergie de la station est connue, ainsi que le nombre d’habitants connectés à la station ; ces informations permettent de calculer la demande d’énergie spécifique en kw/h par habitant et par an ; comprendre le système d’analyse comparative de cet ensemble de règles permet de trouver la fréquence des écarts les plus faibles et de comprendre le système d’autosurveillance de l’énergie d’une station. La présentation met également en évidence les résultats des analyseurs d’énergie de l’usine, ainsi que les meilleures valeurs que l’usine peut atteindre au cours de l’année (voir pièce jointe, Page 13). Bremen-Fargo est un peu loin de cette valeur ajoutée et doit trouver comment améliorer la consommation d’énergie de la station d’épuration.

Pour conclure, le projet a démarré à un moment favorable, en raison de la présence de nombreux agrégats pour la production d’énergie et d’une forte demande d’énergie à renouveler. Un objectif visant à atteindre la neutralité énergétique été fixé à l’échelle de l’entreprise, ce qui a permis de réduire la demande spécifique d’agrégats et d’augmenter l’efficacité de la production.

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Eaux usées : Une précieuse ressource

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Dans le cadre de la 6ème édition de la série Ask The Experts sur le thème : « Valoriser les produits dérivés de l’épuration des eaux usées domestiques et industrielles », organisée le 25 avril 2023, par l’Association Africaine de l’Eau et de l’Assainissement (AAEA) en collaboration avec le Partenariat Germano-Africain pour l’Eau et l’Assainissement (GAPWAS), Justina Haihambo, Ingénieur des Procédés à Gammams Wastewater Care Works de Windhoek, au centre de la Namibie, a présenté un aperçu de la récupération directe de l’eau potable dans la ville de Windhoek.

La ville de Windhoek est située en Namibie, le pays le plus sec d’Afrique subsaharienne, et est également le centre des activités économiques, industrielles, universitaires, commerciales et politiques du pays. La mission de la ville de Windhoek est d’améliorer la qualité de vie de la population grâce à des services municipaux efficaces et efficients et d’améliorer la sécurité de l’eau. Lors du dernier recensement de la population et de l’habitation, la population de Windhoek était estimée à 341 000 personnes ; mais avec un taux de croissance de 4,3 %, elle est actuellement estimée à environ 441 700 personnes. La consommation annuelle d’eau de Windhoek est de 27 000 000 m3 /an, avec une augmentation annuelle d’environ 3%. Cette situation, associée aux facteurs ci-dessous, rend incertaine la sécurité de l’approvisionnement en eau de Windhoek :

  • Windhoek a le taux de croissance démographique le plus élevé, ce qui augmente proportionnellement la demande en eau ;
  • Windhoek est également synonyme de régimes pluviométriques irréguliers ou erratiques, qui se traduisent par les précipitations moyennes les plus faibles, avec des précipitations annuelles de l’ordre de 300 à 400mm. Ce faible taux de précipitations annuelles s’accompagne d’une évaporation annuelle élevée, de l’ordre de 3000 à 3500 mm ;
  • Windhoek connaît régulièrement la sécheresse et les rivières éphémères qui se trouvent à proximité de la ville sont pleinement exploitées ;
  • Les sources d’eau pérennes situées à proximité de Windhoek sont trop éloignées. Le fleuve Okavango, par exemple, se trouve à 700 km, et l’océan Atlantique à environ 3500 km.
  • Les principaux cours d’eau pérennes sont des frontières nationales qui prennent leur source dans les pays voisins, ce qui signifie que l’accord à long terme sur l’exploitation de l’eau ne peut pas être toujours garanti ;
  • Les sources d’eau potables proches de Windhoek ont été pleinement exploitées.

La chronologie du système d’approvisionnement en eau potable de Windhoek doit être comprise et prise en compte, pour permettre de comprendre comment les eaux usées constituent ou sont devenues une ressource précieuse pour la sécurité de l’eau. Windhoek a été établie en 1840 en partie grâce à la disponibilité d’eau souterraine provenant de sources chaudes permanentes. Jusqu’en 1960, la ville a continué à dépendre fortement des eaux souterraines provenant d’un champ de captage pour son approvisionnement en eau, malgré la construction de deux petits barrages publics sur des rivières éphémères en 1993 et 1958 respectivement. Ainsi, alors que la population a continué de croître rapidement, la ville a continué à connaître des sécheresses régulières en parallèle. Par conséquent, toutes les ressources en eau de l’époque ont tari, ce qui a rendu incertain l’avenir de la sécurité de l’eau. Le fait de dépendre fortement des barrages trop petits qui sont construits sur des rivières éphémères et de dépendre également des eaux souterraines pour l’approvisionnement en eau, a rendu Windhoek vulnérable en termes d’accès à l’eau ; cette vulnérabilité a renforcé l’idée de trouver des sources inconditionnelles pour l’approvisionnement en eau, ainsi que l’idée d’une récupération directe de l’eau potable. L’idée a donné lieu à la construction d’une usine de récupération directe de l’eau potable en 1968 afin d’accroitre l’approvisionnement en eau souterraine et en eau de surface qui, à l’époque, était devenu incertain et peu fiable. Ainsi, de 1970 à 1982, le système d’approvisionnement appartenant à l’État a été étendu à un système à trois barrages.

Depuis 1990, Windhoek s’appuie sur ce que l’on appelle le système d’approvisionnement de la zone centrale de la Namibie pour ses besoins d’approvisionnement en eau ou en eau potable. Ce système d’approvisionnement se compose des éléments suivants :

  • D’abord, l’approvisionnement en eau souterraine et le système à trois barrages est du ressort d’une entreprise publique appelée NamWater, qui est le service national de distribution d’eau et le fournisseur principal du pays ;
  • Ensuite, l’eau recyclée ou la récupération directe de l’eau potable, ainsi que la récupération de l’eau potable directement à partir des effluents d’eaux usée qui sont produits, est assurée par une station d’épuration des eaux usées appelée Gammams Wastewater Care Works.

Ce système de récupération directe de l’eau potable a été construit à une capacité initiale d’environ 4,8 méga litres par jour, qui a été augmentée au fil du temps. Mais à la fin de sa durée de vie, en pleine sécheresse sévère en 1997 et en l’absence d’une option durable d’approvisionnement en eau à l’époque, il a été décidé de construire une usine plus grande d’une capacité de 21 méga litres par jour. Une autre option durable de Windhoek pour réduire la demande en eau a été la mise en place d’un système d’approvisionnement en eau semi-épurée et irriguée. Celui-ci a été mis en place en 1993, à travers la construction d’un système de canalisation pour acheminer l’eau de l’ancienne usine de récupération directe de l’eau potable vers les terrains de sport, les écoles et les entreprises. Cette eau semi-épurée est également utilisée dans la station d’épuration municipale pour l’irrigation et le nettoyage général des équipements. Ce système d’approvisionnement en eau d’irrigation a été mis en place pour réduire d’environ 8% la demande en eau de Windhoek.

D’un autre point de vue, le système actuel d’approvisionnement en eau potable se compose des éléments suivants

  • Windhoek est indiqué dans le carré vert, au centre de la Namibie (voir le centre de la carte 1 en annexe). Le système à trois barrages appartenant à l’État a donc la plus grande capacité ; il s’agit du barrage d’Omatako (à 212km de Windhoek) qui est construit sur la rivière Swakop. En plus des précipitations, l’eau est complétée par un système plus au nord et un système appartenant à l’État appelé Von Bach supply scheme (système d’approvisionnement en eau souterraine). L’eau est ensuite pompée dans un canal appelé Eastern national water carrier (transporteur d’eau national oriental) situé à 430 km du barrage d’Omatako, et qui transporte l’eau jusqu’au barrage d’Omatako.
  • Il y’a également le barrage Von Bach, situé à environ 70km de Windhoek. L’eau est donc pompée du barrage de Von Bach et traitée dans la station d’épuration de Von Bach ; l’eau est ensuite acheminée vers Windhoek pour y être distribuée. Cette eau est ensuite mélangée à l’eau recyclée déjà potable ou à l’eau souterraine pour être distribuée.
  • Le barrage de Swakoppoort (à 125 km de Windhoek) est le plus grand ; il est construit juste en aval de la rivière Swakop.

La récupération ou la réutilisation de l’eau est connue en théorie comme l’une des principales alternatives pour réduire la demande en eau. Par conséquent, le graphique 1 de la présentation ci-jointe montre la consommation annuelle de la demande en eau par source pour Windhoek au cours des 55 dernières années. En général, le recours à la récupération directe de l’eau potable signifie que le volume d’eau requis à partir des autres sources conventionnelles est réduit, en particulier avec l’introduction du système d’approvisionnement en eau d’irrigation en 1993. La récupération directe de l’eau potable signifie également que dans des conditions métrologiques normales, les eaux souterraines peuvent être préservées pour une utilisation durable en cas de besoin ; par exemple, comme cela a été le cas pendant la sécheresse de 2013 à 2019, et plus particulièrement en 2019 lorsque Windhoek a connu « la pire sécheresse depuis 90 ans » avec des précipitations moyennes les plus faibles jamais enregistrées.

Au fil des années ou des 55 années, la demande en eau a continué à augmenter proportionnellement au taux de croissance ; cependant, il y a eu quelques réductions notables de la demande en eau, et le poids des sécheresses des années 1982-1983, 1996-1997, 2013-2019 ont principalement été attribués à la gestion de la demande en eau.

Il est important de noter que le succès actuel de la récupération directe de l’eau potable peut être attribué à des pratiques correctes et à des opérations efficaces de traitement des eaux usées. Par conséquent, sans un système de traitement efficace des eaux usées, il ne peut y avoir de récupération directe de l’eau potable. L’usine de traitement des eaux usées de Grammans Water Care est un élément important du succès continu de la récupération directe de l’eau potable.

Grammans Water Care Works est une station d’épuration biologique construite entre 1959 et 1961 et mise en service en 1963. Elle a été construite avec une capacité initiale de 9 mégalitres par jour, qui est passée à 25 mégalitres par jour, qui est sa capacité actuelle. Elle a été conçue pour traiter les eaux d’origine domestique. Les eaux usées industrielles sont détournées vers une autre usine, principalement dans le but de protéger l’usine de récupération directe de l’eau potable des déchets dangereux.

Cette récupération permet de procéder à une bonne planification pour la ville de Windhoek et le pays en général, et Gammans est un maillon important dans le cercle de l’eau car il permet de traiter l’eau qui est directement récupérée pour une utilisation potable afin de répondre partiellement à la demande d’eau potable de Windhoek.

Le graphique 2 (voir document joint) présente le flux d’eau entrant à Gammams, puis l’eau d’alimentation de l’usine de recyclage, et le produit des travaux dans l’usine de recyclage. 75% des effluents reçus à Gammams sont acheminés vers l’usine de valorisation directe. 85% de l’eau acheminée provient du système d’adduction d’eau de l’usine de recyclage direct. 92% de l’eau provenant du système d’adduction est produite et mélangée à d’autres sources conventionnelles pour être distribuées.

La réutilisation de l’eau étant reconnue comme la principale alternative pour réduire la demande ou la consommation d’eau, la Namibie en sa qualité de pays soumis au stress hydrique, doit trouver des moyens de tirer parti de toutes les gouttes d’eau usées pour accroître le potentiel de réutilisation. C’est pourquoi un autre projet de récupération directe de l’eau potable a été identifié comme l’une des interventions à moyen terme pour améliorer la sécurité de l’eau. Pour renforcer la faisabilité de ce projet, une amélioration de la station d’épuration Gammams Wastewater Care Works est nécessaire, ainsi que la mise en place d’une nouvelle station municipale qui permettra de garantir une quantité suffisante d’eau de bonne qualité.

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Commercialisation des dérivés des boues de stations d’épuration

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Le traitement des boues d’épuration est aujourd’hui un défi environnemental coûteux dont la gestion nécessite une approche innovante. Agriman (Pty) Ltd est une société d’empreinte internationale basée en Afrique du Sud et qui apporte à cette chaîne de valeur une solution complète pour la manipulation, le traitement et la valorisation des boues d’épuration sous forme d’engrais commercialisable.

En fonction de l’infrastructure et des processus utilisés au sein d’une station de traitement des eaux usées, Agriman a développé la capacité de migrer en amont de la chaîne de traitement pour la gestion des digesteurs et la déshydratation, qui impactent directement la qualité des boues. Grâce au séchage solaire accéléré, les boues sont séchées et stabilisées avant l’étape de désinfection et de granulation. Le produit obtenu est ensuite mélangé à l’une des matières premières d’engrais selon les besoins des clients à des fins agricoles. Un déchet dangereux est ainsi efficacement transformé en un engrais organique homologué sans danger à usage agricole.

Les modes traditionnels d’élimination des boues résiduaires des stations d’épuration n’ont pas un impact durable sur l’environnement naturel et socio-économique. Les autorités subissent également la pression des lois et législations, qui suppriment progressivement l’élimination des boues au niveau des décharges. Si les boues déshydratées sont séchées et rentabilisées dans une station d’épuration spécifique, Agriman peut fournir une alternative durable sur le long terme, susceptible d’être mise en œuvre à grande échelle en vue de manipuler et transformer en toute sécurité les boues en un engrais organique. La tendance vers des pratiques agricoles durables a créé une forte demande pour les engrais organiques disponibles dans le commerce, qui sont des complétements aux engrais chimiques ; pourtant, ce besoin n’est pas encore comblé. Agriman a ainsi pu démontrer que la valorisation commerciale des boues d’épuration en engrais agricole de marque déposé et approuvé à l’échelle mondiale est un modèle économique viable qui profite aux autorités chargées de la gestion des eaux usées, à l’industrie agricole et au développement durable.

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