Valeur des eaux usées? Une nouvelle technologie rend l’élevage porcin plus respectueux de l’environnement

Quiconque vit à Okinawa, une île subtropicale du Japon, a une idée de l’intensité de son industrie porcine. Les fermes ont un effet important sur l’économie et la culture de l’île. Selon le Cabinet Office du Japon, en 2018, il y avait plus de 225 000 porcs à Okinawa. Le porc est un aliment de base dans l’alimentation locale et se retrouve dans de nombreux plats dans les restaurants traditionnels. Mais la présence des élevages porcins a un autre impact, moins bienvenu, celui des odeurs. Traversez des zones particulièrement agricoles avec les vitres de la voiture baissées et vous êtes sûr d’être rempli de regrets.

Cette odeur est, au moins en partie, causée par un sous-produit de l’élevage porcin. Dans tout Okinawa, de grandes quantités d’eaux usées sont produites par les fermes. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Unité des systèmes biologiques de l’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont créé un nouveau système de traitement de ces eaux usées, qu’ils ont testé avec succès dans une ferme porcine locale à Okinawa.

« Notre nouveau système utilise deux chambres différentes », a expliqué le Dr Anna Prokhorova, auteur principal d’un article récemment publié dans Bioressources Technologie. « Dans une chambre, les eaux usées porcines à pleine puissance sont traitées pour éliminer les odeurs, les agents pathogènes et les matières organiques, tandis que dans l’autre chambre, l’excès de nitrate et de phosphate est éliminé des eaux usées qui ont déjà été traitées par le système d’aération traditionnel. à notre connaissance, il s’agit du premier système à traiter avec succès deux types d’eaux usées différents en même temps. »

C’est un contraste frappant avec le système d’aération traditionnel actuellement utilisé par les agriculteurs qui traite principalement la matière organique dans les eaux usées et convertit également l’ammonium présent en nitrate mais ne traite pas davantage le nitrate. Au Japon, la limite de rejet de nitrate pour l’industrie de l’élevage sera bientôt abaissée à un cinquième du niveau actuel (qui se situe aujourd’hui à 500 milligrammes d’azote nitrique par litre) pour être en ligne avec d’autres industries. Plus de 35% des exploitations agricoles d’Okinawa sont susceptibles de dépasser ce changement imminent.

« C’est très préoccupant car la contamination par les nitrates peut avoir des effets désastreux sur la santé humaine et l’environnement », a déclaré le Dr Mami Kainuma, chef de groupe de l’Unité des systèmes biologiques. « Lorsque le nitrate est ingéré par l’homme, il est converti en nitrite, ce qui a un impact sur la capacité du sang à transporter l’oxygène et peut conduire à la méthémoglobinémie ou au syndrome du bébé bleu. »

Ce nouveau système reposait sur l’existence d’une riche communauté de bactéries pour lancer le processus. Dans la première chambre – la chambre anodique – les bactéries ont réagi avec les molécules organiques présentes, libérant des électrons dans le processus. Ces électrons ont ensuite été transférés vers la deuxième chambre – la chambre cathodique – via les électrodes. La chambre cathodique contenait des eaux usées qui avaient déjà subi le processus d’aération et avaient donc des niveaux élevés de nitrate. Les bactéries à la surface de la chambre cathodique acceptent ces électrons et les utilisent pour alimenter la conversion du nitrate en azote gazeux. L’avantage de ce système est que l’élimination des nitrates peut se produire dans les eaux usées à faible teneur en matière organique, telles que l’eau déjà aérée.

Après avoir testé avec succès ce système en laboratoire, les chercheurs ont mis en place une première expérience pilote dans l’une des fermes porcines du Centre de recherche sur l’élevage et les prairies de la préfecture d’Okinawa en travaillant avec le Centre des sciences de l’environnement de la préfecture d’Okinawa et Okidoyaku. Là, ils avaient accès à la fois au bassin d’aération et aux eaux usées brutes. Le projet a été financé par le gouvernement préfectoral d’Okinawa et surveillé pendant plus d’un an. En raison du rôle essentiel joué par les communautés bactériennes, les chercheurs ont également analysé quelles espèces étaient présentes, comment la composition de la communauté a changé au fil du temps et quelles espèces étaient responsables de chaque étape.

L’expérience à long terme a montré que les bactéries éliminant les nitrates dominantes étaient celles qui peuvent recevoir des électrons pour se développer. Pendant le traitement, leur activité a été stimulée par le potentiel appliqué à l’électrode dans une plage de -0,4 V à -0,6 V, ce qui a conduit à un traitement plus efficace des eaux usées. Ces communautés bactériennes ont augmenté de plus de 60 % au total dans la chambre cathodique et ont continué à présenter une forte activité, conduisant à un taux élevé de réduction des nitrates. Un autre grand avantage était que, comme la matière organique et, en particulier, les acides gras volatils étaient dégradés dans les eaux usées brutes, l’odeur était diminuée et le nombre d’agents pathogènes réduit.

« Nous sommes très satisfaits des résultats obtenus jusqu’à présent. C’est beaucoup plus efficace que prévu », a déclaré le Dr Prokhorova. « Ce système est évolutif, peu coûteux, facile à assembler et nécessite peu d’entretien. Nous espérons qu’au cours des prochaines années, il sera utilisé par les agriculteurs d’Okinawa et d’autres endroits confrontés à des problèmes similaires, tels que les communautés rurales du continent Japon et Asie du Sud-Est. »

Le travail sera poursuivi en tant que programme POC dans l’OIST.

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