N2O emissions from wastewater treatment plants. State of the art.
Emissions de N2O dans les procédés de traitement des ERUs. Etat des connaissances.
Résumé
Nitrous oxide (N2O) is a potent greenhouse gas and a major sink for stratospheric ozone. Although anthropogenic activities, including agriculture, industry and energy are responsible for the majority of its emissions, N2O can also be emitted by wastewater treatment plants during nitrogen conversion. Microbial processes such as hydroxylamine oxidation, nitrifier denitrification and heterotrophic denitrification have been identified as a major source of N2O production. In situ, several parameters favoring N2O production were identified: low dissolved oxygen concentration, accumulation of nitrite, low ratio of COD to N-compounds, pH, temperature and rapidly changing operating conditions. For extensive processes additional factors influencing N2O production must be considered. The main ones are: seasonal variations, water saturation of substrate, hydrological conditions and plants species. N2O Emission data from literature show a huge variation in the fraction of nitrogen that is emitted as N2O for both intensive [0,001 – 4,0%] and extensive [0,006 – 1,83%] processes. Results dispersion is linked to the diversity of measurement protocols but also to the diversity of processes and their operating conditions. Moreover, high spatial and temporal variability of N2O emissions can be observed in all processes. In France, there is to date very few in situ measurements of N2O emission in both intensive and extensive processes.
Le protoxyde d’azote (N2O) est un puissant gaz à effet de serre destructeur de la couche d’ozone. Bien que les activités anthropiques, en liens avec l’agriculture, l’industrie ou l’énergie soient responsables de la majeure partie de ces émissions, il peut aussi être émis lors du traitement de l’eau, en particulier par les processus biologiques impliqués dans le traitement de l’azote. Les processus biologiques clés de production de N2O sont la nitrification autotrophe, la dénitrification autotrophe et la dénitrification hétérotrophe, les deux premiers processus pouvant se produire en conditions aérobies alors que le troisième se produit en conditions anoxies. Les émissions de N2O des différents processus sont soumises à de nombreux facteurs d’influence : conditions d’oxygénation, concentrations en nitrite, ratio C/N, pH, température, variations transitoires des conditions opératoires. Dans le cas de procédés de traitement extensifs, des paramètres d’influences supplémentaires sont à considérer. Les principaux sont les variations saisonnières, la saturation en eau du substrat, les conditions hydrologiques et les types de plantes. La littérature scientifique indique des facteurs d’émission très variables [0,001 – 4,0%] pour les procédés intensifs et [0,006 – 1,83%] (émission de N2O rapportées à la charge d’azote entrante). Cette forte variabilité s’explique d’une part par la variété des méthodes de mesures utilisées mais aussi par les types de procédés étudiés et la diversité des conditions opératoires. Aussi, de fortes variabilités spatiales ou temporelles peuvent être observées dans l’ensemble des procédés. En France, il n’existe à ce jour que très peu de mesure in situ des facteurs d’émission de N2O par les unités de traitement des eaux résiduaires urbaines, que ce soit sur les procédés extensifs ou intensifs.