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Phosphore et lisier de porcSolutions et gestion des boues

L’azote et le phosphore sont deux éléments nécessaires à la synthèse des cel-lules végétales par le biais de la photosynthèse. Cependant, présents en excèsdans une eau naturelle, ces éléments peuvent provoquer une prolifération anar-chique d’algues et induire, par là même, des déséquilibres biologiques et des pol-lutions diverses. C’est le processus d’eutrophisation.

Depuis une dizaine d’année déjà, des efforts ont été entrepris pour limiter le trans-fert d’azote d’origine agricole dans les eaux souterraines et superficielles. En cequi concerne le phosphore, les efforts se sont plutôt portés sur la maîtrise desrejets d’origine domestique et industrielle principales sources de pollution : les-sives sans phosphates, traitement du phosphore en station d’épuration, etc.

Concernant les sources agricoles, le problème provient du phosphore apporté enexcès par les épandages d’engrais et de déjections animales et qui n’est pas expor-té par les cultures. Une partie de cet excès est transférée par ruissellement lorsd’épisodes pluvieux dans les eaux de surface (ruisseaux, rivières et fleuves) tan-dis que l’autre partie est adsorbée dans les sols. L’accumulation de phosphore dansles sols entretient le potentiel d’eutrophisation des eaux.Il faut toutefois signaler que l’on peut estimer que seul 2% du phosphore présentdans les eaux a pour origine la production porcine.

Le phosphore dans les déjections

Nature du phosphore dans les déjections

Le phosphore du lisier provient principalementdes fèces et se trouve lié à la fraction solide(tableau 1). Dans les urines, cet élément estsous forme de phosphates dissous (PO42-).Dans les fèces, il est principalement sous laforme minérale et peu soluble de phosphatesde calcium (CaHPO4). Le phosphore orga-nique provient principalement des alimentsnon digérés.

Le phosphore au cours du stockage

Au cours du stockage, le phosphore est trans-formé par voie biologique. Une partie desformes organiques se minéralise en phosphates

Catherine GRACIAN

Tableau 1 : Répartition moyenne des différentes formes de phosphore

dans le lisier (Héduit et al., 1978)

Phase liquide Phase solide

P organique 2 % 18 %

P minéral 10 % 70 %

RésuméCet article se propose de fairele point sur la problématiquedu phosphore issu des effluents de porcherie. Les voies de réduction du phosphore dans les rejetssont rapidement examinées, la majeure partie de cet articleétant consacrée aux différentessolutions de gestion du phosphore du lisier.

tandis qu’une partie des formesminérales est assimilée par la flo-re bactérienne du lisier. Le pro-cessus net est une légère minéra-lisation du phosphore organique.Mais, contrairement au cas del’azote, la teneur totale en phos-phore du lisier reste stable car cetélément n’existe pas naturelle-ment sous forme de gaz. Le phos-phore se trouvant principalementsous forme solide dans le lisier deporc, il a tendance à sédimenterau cours du stockage.

Réduction du phosphore excrété

L’influence de l’alimentation surles rejets en phosphore a déjà étéétudiée (Latimier et Pointillart,1993). Une alimentation bipha-se, qui adapte les apports enphosphore à l’âge du porc, etl’ajout de phytases microbiennesdans l’aliment, qui augmente ladigestibilité du phosphore, per-mettent de réduire sensiblementle phosphore excrété.

Le CORPEN (1996) dans l’étudequi a servi à l’établissement devaleurs de références a évaluél’impact de l’alimentation sur les

rejets en phosphore pour lesporcs. Le tableau 2 présente lesvaleurs annoncées dans le cas deporcs charcutiers ayant un indicede consommation de 2,9.

Elimination du phosphore des effluents

Contrairement à l’azote, le phos-phore n’existe pas naturellementsous forme de gaz. Traiter le phos-phore d’un effluent liquiderevient à transférer cet élémentdans une phase de plus faiblevolume dont la gestion s’avèreplus facile. L’efficacité du traite-ment désigne sa capacité à élimi-ner le phosphore de l’effluentliquide.

La déphosphatation physico-chimique

Son principe consiste à précipiterles phosphates dissous contenusdans les effluents par ajout deréactifs puis à séparer la phase soli-de de la phase liquide (Agences del’Eau, 1994). Les réactifs utiliséssont généralement des sels d’alu-minium, de fer ou de calcium. Lessels de métaux (fer et aluminium)sont utilisés pour des effluents àcaractère acide tandis que lachaux est préférée pour deseffluents à caractère basique. Lesréactifs doivent être ajoutés enexcès par rapport aux phosphatespour en assurer une précipitationcomplète. En effet, ces produitssont susceptibles de réagir avec

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Encadré 1 : Un bref aperçu réglementaire

La gestion des effluents de porcherie est principalement réglementée par la législation des installations classées (arrê-tés modifiés du 29/02/92). Selon cette réglementation, l’épandage des effluents de porcherie est limité par la dosed’azote apportée. Cependant, « au cas par cas, en fonction des risques d’érosion des terrains ou de ruissellementvers les eaux superficielles, le préfet peut fixer des limitations des apports phosphatés s’il apparaît nécessaire derenforcer la protection des eaux superficielles ». Ainsi, en Vendée, le Règlement Sanitaire Départemental imposeun plafond d’épandage de 100 kg de P2O5/ha/an.

Si cette réglementation ne fixe pas de valeurs limites en phosphore, les rejets en phosphore sont toutefois taxéspuisqu’ils participent à l’assiette redevance pollution des Agences de l’Eau. Le forfait appliqué pour le phosphoredans le cas des élevages de porc est de 2,3 grammes de phosphore par porc charcutier produit (arrêté du 21/12/99).Toutefois, si une partie des effluents est épandue, la prime pour épuration appliquée au phosphore élimine cet élé-ment de l’assiette redevance.

Enfin, pour inciter à une meilleure maîtrise du phosphore provenant des effluents de porcherie, les aides desAgence de l’Eau pour la mise en place d’un procédé de traitement du lisier ne sont effectives que sous certainesconditions : - alimentation biphase,

- charge en phosphore épandu inférieure à 250 kg P2O5/ha/an.

Tableau 2 : Impact de l’alimentation sur les rejets en phosphore des porcs charcutiers (CORPEN, 1996)

P dans l’aliment Rejets(%) (kg P2O5/PCP)

Aliment unique 0,60 2,09Biphase-porc en croissance (60 kg) 0,45

Biphase + phytases microbiennes-porc en croissance (60 kg) 0,40

Une alimentationbiphase et l’ajout

de phytases microbiennes dans

l’aliment permettentde réduire

sensiblement le phosphore excrété.

d’autres composés chimiquescontenus dans l’effluent à traiter.

Une déphosphatation physico-chimique réalisée en amont d’untraitement biologique (pré-préci-pitation) nécessite l’usage dequantités importantes de réactifset produit de gros volume deboues tandis qu’une déphospha-tation en aval (post-précipitation)consomme moins de réactifs etproduit moins de boues. La pré-précipitation possède toutefoisl’avantage de soulager l’étage bio-logique.

La déphosphatation biologique

PrincipeLe principe de la déphosphatationbiologique repose sur la capacitéde quelques micro-organismes àstocker, sous certaines conditions,du phosphore dans leur cellule. Leprocessus nécessite l’alternance dephases d’anaérobiose et d’aéro-biose (Delgenès et al., 1999):

En milieu anaérobie (figure 1), lafraction facilement fermentesciblede la Matière Organique (MO) del’effluent est transformée en AcidesGras Volatils (AGV). Les bactériesdéphosphatantes, qui sont aéro-bies facultatives et hétérotrophes,ont la capacité d’absorber et destocker ces AGV dans leurs cellulessous forme de PolyHydroxy-Alcanoates (PHA). L’énergie néces-saire à cette absorption est fourniepar hydrolyse de PolyPhosphates(PolyP) contenus dans les cellulesde ces bactéries, en phosphates(PO43-).

Lorsque ces bactéries déphospha-tantes se retrouvent en milieuaérobie (figure 1), elles utilisentleurs stocks de PHA comme sub-strat carboné. Ceci leur évite derentrer en compétition avec le res-te de la biomasse hétérotrophe

pour l’obtention du substrat car-boné nécessaire à leur métabolis-me (apport énergétique et synthè-se cellulaire). Simultanément, ellesabsorbent les phosphates conte-nus dans le milieu pour reconsti-tuer leurs réserves en polyphos-phates.

La succession de périodes aérobieset anaérobies a pour conséquencela sélection de cette biomasse stoc-kant le phosphore sous forme depolyphosphates. Le résultat net estun transfert du phosphore miné-ral contenu dans le liquide à trai-ter vers la matière cellulaire consti-tuant les boues biologiques.

Les performances de la déphos-phatation biologique dépendentde plusieurs paramètres opéra-toires. Ainsi, l’effluent doit conte-nir de la matière organique (MO)facilement fermentescible pourpermettre la production d’acidegras volatils (AGV) en anaérobiose,les rapports DBO5/P et DCO/P del’effluent à traiter doivent respec-tivement être de l’ordre de 20(Cooper, 1995) et 30 (ADEME,1996). La présence de nitrites oude nitrates dans la zone d’anaéro-biose où s’effectue le relargage desphosphates est défavorable auprocessus de déphosphatationpour deux raisons :• la présence de nitrates (accep-

teur d’électron) inhibe la fer-mentation de la matière orga-nique (MO) en acide gras volatil(AGV);

• la compétition entre les bacté-ries dénitrifiantes et les bactériesdéphosphatantes pour obtenirdu substrat carboné est enfaveur des dénitrifiantes.

C’est pourquoi un traitement del’azote par nitrification/dénitrifica-tion est généralement conjoint autraitement du phosphore. Letemps de séjour dans le réacteuranaérobie est généralement del’ordre de 1 à 3 heures. Celui-cidoit être ajusté avec précision auxcaractéristiques de l’effluent et àla charge à traiter pour éviter toutrelargage de phosphates sansaccumulation conjointe de PHA,le substrat carboné étant épuisé.L’âge des boues ne doit pas êtreélevé.

Cas du lisier de porcL’étude de l’élimination du phos-phore des lisiers par voie biolo-gique est récente. Elle a com-mencé suite à des observationsréalisées par Bortone et al. (1992)sur le devenir du phosphore dansun procédé de traitement clas-sique du lisier par nitrification/dénitrification. Ces auteurs ontmis en évidence une accumula-tion des phosphates sous formede polyphosphates intracellulairestémoignant de la mise en placed’une déphosphatation biolo-gique. Suite à ces observations,un procédé à l’échelle laboratoi-re éliminant l’azote et le phos-phore du lisier de porc a été déve-loppé et étudié par les mêmes

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Figure 1 : Accumulation par les cellules de matière organiqueen anaérobiose et de polyphosphates en aérobiose.

Milieu aérobieMilieu anaérobie

effluent

MO AGV

PO43-

cellule effluent

+ CO2 + H2O

PO43-

cellule

PHAPolyPPHA

PolyP

PHA

PolyP

L’efficacité du traitement désigne sa capacité à éliminerle phosphore de l’effluent liquide.

auteurs (Bortone et al., 1994). Ceprocédé discontinu utilise deuxréacteurs biologiques : l’un a bio-masse libre, l’autre à biomassefixée. Les efficacités observéessont supérieures à 90% sur le car-bone organique total, l’azote et lephosphore.

D’autres études expérimentalesont été par la suite effectuées surle sujet afin de simplifier le procé-dé. Ainsi, Lee et al. (1997) ontmontré que la déphosphatationbiologique pouvait être réaliséepar simple ajout de lisier au préa-lable fermenté (10 jours) audémarrage de la phase d’anoxie(pas d’aération) dans un procédéclassique de traitement biologiquedu lisier de porc. Ces auteursannoncent eux aussi des efficacitéssur l’azote et le phosphore supé-rieures à 90%. Ra et al. (1998), ontensuite mis en évidence que detels procédés discontinus réalisantsimultanément la nitrification/dénitrification et la concentrationdu phosphore dans les boues bio-logiques pouvaient être conduitspar mesure du potentiel d’oxydo-réduction.

Les techniques de séparation de phase

80 à 90 % du phosphore du lisierse trouve sous forme solide. Aussi,la séparation des phases liquide et

solide du lisier constitue une solu-tion de traitement. Il existe troisgrands principes de séparationliquide - solide : la décantation, lafiltration et le pressage. En traite-ment du lisier, ces trois principespeuvent être appliqués.

DécantationLa décantation des matièressolides peut se faire par gravité,par centrifugation, par flottationou par application d’une forceélectromagnétique. Dans le cas dulisier, seules les décantations gra-vitaire et centrifuge sont actuelle-ment utilisées. Les mécanismes dela décantation font intervenir lataille et le poids spécifique desmatières solides en suspension. Ladécantation gravitaire se déclineen différentes versions : simple(procédé discontinu), avec racleuret en lit de boue (procédés conti-nus).

FiltrationLa filtration consiste en un passa-ge du mélange liquide-solide àséparer au travers d’un milieuporeux (filtre) qui retient les solideset laisse passer les liquides (filtrats).Lorsque la taille des particules estsupérieure à celle des pores, la fil-tration est dite de surface. Dans lecas contraire, les particules sontarrêtées à l’intérieur de la masseporeuse et la filtration est dite devolume ou sur lit filtrant.

Parmi les équipements de filtrationde surface utilisés pour le traite-ment des lisiers, on trouve lestamis vibrants, les tables d’égout-tage et les filtres à bande (Figure 2).Les lits filtrants sont la plupart dutemps constitués de sable, deroseaux, voire de terre et depailles.

PressageLe pressage permet d’éliminer laphase liquide contenue dans unsolide par action mécanique, enexerçant une pression sur ce soli-de. Cette opération peut se faireen continu ou en discontinu selonle type d’équipement utilisé. Parmiles procédés de pressage en conti-nu, on distingue les vis presseuses,les presses à disques, à bandes, ...(Figure 2). En traitement des lisier,les vis presseuses sont largementutilisées.

Coagulation-FloculationEn traitement des eaux résiduaires,la coagulation-floculation est prin-cipalement utilisée pour le traite-ment non pas des eaux mais desboues biologiques (épaississe-ment). En traitement des lisiers, lacoagulation-floculation est utiliséepour augmenter les performancesde la séparation de phase. L’ajoutde coagulants dans le lisier permetde déstabiliser les colloïdes pré-sents dans l’effluent liquide enagissant sur les différents facteurs

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Figure 2 : Shéma de principe d’un filtre à bande et d’une vis presseuse

������������������

Entrée lisier

Zone d'égouttage

Zone d'égouttage

Toile de filtration

Sortie phase liquide

Grattoir

Sortiesolide

���������

yyyyyyyyy�y�y�Q����

Moteur

Entrée lisierVibrateur

Sortie phase liquide Contrepoids

Sortie phase solide

Vis presseuse

Filtre à bande

80 à 90 % duphosphore du lisier

se trouve sous formesolide. Aussi,

la séparation desphases liquide

et solide du lisierconstitue une solution

de traitement.

qui les maintiennent en suspen-sion (solvatation, forces électrosta-tiques répulsives entre colloïdes).En présence d’une agitation dou-ce, ces particules déchargées vontrentrer en collision les unes avecles autres et s’agglomérer. Les coa-gulants les plus usités sont des selsde fer et d’aluminium, produits quisont aussi utilisés pour la déphos-phatation chimique.

La floculation est assurée parl’ajout de polymères. Ce sont desmolécules à longue chaîne carbo-née qui piègent les particules etqui par des mécanismes successifsd’adsorption et de réticulation for-ment des flocs solides (figure 3).Le choix d’un polymère se feranon seulement d’après la naturede l’effluent mais aussi d’après latechnique avale de séparation dephase qui nécessite, pour êtreoptimale, des conditions précisesde viscosité, de résistance méca-nique et de taille des flocs.

Retours d’expérienceen traitement du lisier de porcsPieters et al. (1999) ont testé dif-férents équipements de séparationde phase du lisier. Le tableau 3présente les résultats obtenus :débit pouvant être traité par leséparateur et efficacités d’élimina-tion de la matière sèche et duphosphore de l’effluent liquide.Ces résultats montrent que la vispresseuse étudiée a une plus gran-de capacité de traitement que lesdeux autres séparateurs mais queson efficacité vis à vis de l’élimi-nation des matières sèches et duphosphore est moindre.

D’autres auteurs, ont mis en évi-dence le bénéfice de l’utilisationde floculants lors d’une séparationde phase par décantation centri-fuge (Coillard et Texier, 1994).Dans cette étude, des essais decentrifugation ont été effectués surun mélange lisier- boues biolo-giques avec ou sans ajout de flo-culant. Le débit traité est de7m3/h. Les résultats obtenus quantà la matière sèche et au phospho-re sont présentés dans le tableau 4.

Deux procédés actuellementdéveloppés sont à distinguer carils réalisent à la fois une filtrationde volume et une dégradation bio-logique des matières contenuesdans le lisier. Il s’agit des procédésde biofiltration sur tourbe (Buelnaet al., 1997) et de filtration sur sol(Martinez, 1995).

Les techniques membranaires

PrincipeUne membrane est une barrièrequi sous l’effet d’une force detransfert va permettre ou interdire,selon ses caractéristiques de sélec-tivité, le passage de certains com-posants entre deux milieux qu’el-le sépare. Le perméat désigne leflux de matière qui traverse lamembrane et le rétentat le flux quiest retenu par la membrane. Laforce motrice ou la force de trans-fert de cette séparation est géné-ralement induite par une différen-ce de pression entre l’amont etl’aval de la membrane. Les mem-branes peuvent être poreuses oudenses. Trois types de mécanismessont mis en jeu selon les sépara-tions membranaires: • la filtration : les molécules de

dimensions élevées (encombre-ment stérique) sont stoppéestandis que les autres passent àtravers les micropores de lamembrane;

• la perméation qui implique unchangement en phase vapeur duperméat;

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Figure 3 : Formation des flocs

Particuleen suspension

Floculent(polymère)

����

�������

Tableau 3 : Performances de différents séparateurs de phase testés expérimentalement

Filtre Tamis Vis presse vibrant presseuse

Débit traité (m3/h) 0,20-0,35 1,0 6,5

Efficacité MS (%) 51 17 26

Efficacité P (%) 42 3 7

Tableau 4 : Efficacités d’une centrifugeuse avec et sans floculants (Coillard et Texier, 1994).

MS (mg/l) P (mg/l)

Entrée (lisier + boues) 36 103 836

Sortie sans polymère 17 695 350

Sortie avec polymèredose 1 : 0,5 kg/h 10 321 120dose 2 : 0,3 kg/h 12 696 196

Deux procédés actuellement développés réalisent à la fois une filtrationde volume et unedégradation biologique desmatières contenuesdans le lisier : la biofiltration sur tourbe et la filtration sur sol

• l’osmose inverse : en appli-quant en amont de la membra-ne une pression supérieure à lapression osmotique de l’effluent,l’eau contenue dans cet effluentva traverser la membrane vers lemilieu le plus dilué.

Cas du lisier de porcLes procédés membranaires pos-sèdent l’avantage de conserverla valeur fertilisante du lisier enconcentrant les éléments N, P etK dans un faible volume (lerétentat). Ils sont moins énergi-vores que les procédés de déshy-dratation mais demandent deséquipements pouvant résister àde très fortes pressions. Du fait

de leur technicité, ils ont été peudéveloppés pour le traitementdu lisier.

En France, le procédé Lisikit utili-se les techniques membranairespour traiter du lisier de porc aprèsun prétraitement par coagulation-floculation. Les performances rap-portées quant à l’épuration du Pet du N de la phase liquide sontrespectivement de 98 % et 90 %(Texier, 1998). Le refus de tamis etle rétentat, qui contiennent leséléments fertilisants, sont ensuitestabilisés et compostés.Cependant, aucune réalisation dece procédé à l’échelle d’un éle-vage n’existe.

Une étude récente (Pieters et al.,1999) démontre les bonnes per-formances d’une filière de traite-ment du lisier de porc utilisant suc-cessivement une séparation dephase par filtration, une étape demicrofiltration et une étape d’os-mose inverse. Les auteurs annon-cent une concentration en phos-phore de l’effluent épuré compriseentre 2 et 9 mg/l, l’effluent épuréreprésentant 77 % du volume ini-tial de lisier traité. Cependantaucune solution n’est proposéepour la gestion des phases concen-trées (refus de tamis, rétentat).

Une autre étude (Thörneby et al.,1999) portant sur un procédé de

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Encadré 2 : Performances des procédés commercialisés en France

Le tableau A présente les performances d’élimination du phosphore de la phase liquide annoncées par les principauxconstructeurs de procédés de traitement physico-chimique des lisiers en France.

Dans les procédés biologiques de traitement du lisier commercialisés en France, l’élimination du phosphore ne dépendque des séparations de phase amont et/ou aval du réacteur biologique. Le tableau B présente leur efficacité quant à l’éli-mination du phosphore de l’effluent liquide.

Tableau A : Efficacités de différents procédés de traitement physico-chimique du lisier (d’après plaquettes commerciales constructeurs)

Procédé Principe Efficacité P (%)Sirven Déshydratation 100 Smelox Séparation de phase (non précisée)

Stripping NH3 20Oxydation NH3

Balcopure Stripping NH3Lavage acide NH3 0*

Ecoliz Filtre presse avec floculants 90AVDA Floculation et filtration

Précipitation 98 Agrifiltre Filtration sur paille 80

* une séparation de phase en amont du procédé est possible et permet d’éliminer une partie du phosphore

Tableau B : Efficacités de différents procédés biologiques de traitement du lisier (d’après plaquette commerciale constructeur)

Type de séparation de phase Efficacité P(%) Val Epure Vis presseuse 15

Centrifugation avec polymère 75 à 85Bio Armor Vis presseuse 20

Traitement physico chimique 90Technolyse Centrifugation et décantation 70 à 85

Les procédés membranaires

possèdent l’avantagede conserver la

valeur fertilisante dulisier en concentrant

les éléments N,P et K dans

un faible volume

traitement du lisier par osmoseinverse montre les avantages d’uneséparation fèces - urine à la sour-ce plutôt qu’une séparation dephase classique du lisier en amontde la membrane. En effet, uneséparation la plus amont possibleréduit la dissolution des produitsnon digérés tels que la cellulosecontenus dans les fèces et par làmême la pression osmotique duliquide à traiter. Ces auteursannoncent eux aussi de bonnesperformances techniques quant àla concentration du phosphore etde l’azote par osmose inverse.

Valorisation agricole des boues phosphatées

Tous les procédés de traitement duphosphore produisent un co-pro-duit riche en phosphore. Rejeterdans le milieu naturel ce co-pro-duit sans ce soucier de son deve-nir équivaut à un simple transfertde pollution. Il convient donc dedéfinir des filières de gestion desboues riches en phosphore. Lavalorisation agricole apparaît êtrela meilleure solution pour desboues issues du traitement deseffluents de porcherie. Selon lescas, les co-produits sont épanduspar l’éleveur ou sont exportés horsde l’exploitation. Afin de minimi-ser les coûts, les filières d’exporta-tion devront réduire au maximumles volumes à transporter.

Biodisponibilité du phosphore des différentstypes de boues

Une étude bibliographique del’ADEME (1996) rapporte que labiodisponibilité du phosphoredans les différents types de bouesissues du traitement des eauxusées domestiques peut être clas-sée selon :

Lors d’une déphosphatationbiologique, les polyphosphatesaccumulés dans les cellules desmicro-organismes sont facilementhydrolysés en ions orthophos-phates. Ceux-ci sont directementassimilables par les végétaux alorsque le phosphore contenu dansdes boues activées classiques setrouve principalement sous formed’acides nucléiques non assimi-lables à court terme.

Caractéristiques des co-produits du lisier

Dans le tableau 5, les caractéris-tiques moyennes de co-produitsissus du traitement de 1 m3 delisier sont donnés (EDE 29, 1999).Le coefficient d’équivalent engraisreprésente l’efficacité du phos-phore contenu dans le co-produitpar rapport à un engrais mono-phosphaté.

Simulation

L’objectif de cette simulation estde calculer les volumes d’effluentsde porcherie (lisier, boues, com-

post) à épandre sur une terre cul-tivée pour répondre aux besoinsen phosphore des cultures. Lesrésultats obtenus permettront decomparer les différents co-pro-duits.

La simulation est effectuée pourrépondre à un besoin de 70 kg deP2O5 assimilable par hectare.

Méthodes de calculLe volume de co-produit àépandre sur un hectare pour satis-faire le besoin en phosphore, Vcpet le volume de lisier correspon-dant, Vlcp sont :

[P2O5]cp : concentration en acide phos-phorique dans le co-produit (g/l)

Ecp : efficacité du phosphore contenudans le co-produit par rapport à unengrais phosphaté monocalcique

R : Facteur de concentration du volume(volume de co-produit par unité de volu-me de lisier brut)

Vcp = (2 - Ecp ) m3/ha P2O5 cp

70

Vlcp = m3/ha RVcp

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Boues Floculées Boues Activées Boues ActivéesBoues Physico-chimiques classiques de déphoshatation biologiques

Tableau 5 : Caractéristiques des boues et co-produits Ordres de grandeurs

(EDE 29, 1999).

Volume MS P2O5 N K2O Eq. engrais(m3/m3 lisier brut) (%) (g/l) (g/l) (g/l) phosphaté

Lisier brut 1 5 3 4 3 0,85 (1)

Lisier composté 0,3 30 8 6 11 0,85 (2)

Lisier déshydraté 0,06 90 43 67 43 0,3 (3)

Refus de tamis 0,1 30 6 6 4 0,85 (2)

Boues biologiques 0,4 5 6 3 4 0,9 (4)

(1) Héduit et Ziegler, 1991(2) supposé identique au lisier brut en l’absence de références(3) valeur pour des boues déshydratées de stations d’épuration urbaine, ADEME, 1996(4) valeur pour des boues biologiques de stations d’épuration urbaine, ADEME, 1996

La valorisation agricole apparaît êtrela meilleure solutionpour des boues issues du traitementdes effluents de porcherie.

Les quantités de phosphore,d’azote et de potasse apportés parle co-produit sont :

[P2O5]cp : concentration en phosphoredans le co-produit (g/l)

[N]cp : concentration en azote dans le co-produit (g/l)

[K2O]cp : concentration en potasse dansle co-produit (g/l)

RésultatsLe tableau 6 présente les résultatsde la simulation : les volumes deco-produits à épandre pour satis-faire aux besoins en phosphore dela culture le volume de lisier brutéquivalent aussi les charges enphosphore, en azote et en potas-se réellement apportées.

Ces résultats permettent de com-parer les différents effluents entreeux :

• Le lisier brut est un engrais rela-tivement bien équilibré.Cependant, un gros volume estnécessaire pour satisfaire auxbesoins en phosphore. Le trans-port de ce produit sur delongues distances n’est donc pasrentable.

• Le compostage du lisier avec dela paille permet une réductionde un tiers des volumes à

épandre tout en ne multipliantpas les co-produits à gérer.Le compost produit contienttoutefois peu d’azote par rap-port au phosphore. Bien que lesvolumes restent importants, lecompost peut être exporté horsde l’exploitation car il est direc-tement utilisable en tant quesupport de culture.

• La déshydratation du lisieraboutit à la production de deuxeffluents : une eau déminérali-sée et un produit sec contenantla totalité des minéraux du lisier.L’utilisation de ce co-produit surl’élevage s’avère problématiquepour deux raisons :

- La première est que les faiblesvolumes nécessaires pour répon-dre aux besoins des culturesengendrent des difficultés tech-niques d’épandage de ce produitavec du matériel classique (épan-deur à fumier).

- La seconde raison est la diminu-tion de la biodisponibilité desnutriments dans ce produit, si l’onse base sur les coefficients don-nés par l’ADEME dans le cas deboues urbaines déshydratées.Cette diminution peut induire undépassement des charges ennutriments permises. Ainsi danscette simulation, la charge en azo-te de 170 kg/ha est dépassée poursatisfaire les besoins en phospho-re. Par contre, ce procédé permetd’optimiser l’exportation du lisierhors de l’élevage.

• Le tamisage du lisier conduit àdeux effluents contenant les élé-ments N, P et K qu’il faut gérerséparément. Le refus de tamis,qui contient trop de phosphorepar rapport à l’azote et la potas-se est facilement exporté hors del’exploitation tandis que le lisiertamisé est géré comme du lisierbrut.

• De même, dans le cas d’un trai-tement biologique par nitrifica-tion/dénitrification sans sépara-tion de phase, deux produitssont à gérer : l’effluent liquideet les boues biologiques. Cesdeux produits ont de faiblesteneurs en azote comparées àleur teneur en phosphore et sontagronomiquement déséquili-brés. Les volumes de boues pro-duits sont relativement impor-tants. Aussi, un épaississement,voire une déshydratation, desboues biologiques s’impose envue de leur exportation. Dans lecas d’un traitement biologiqueavec séparation de phase, il fautrajouter la gestion du refus detamis aux deux autres produits(boues, lisier traité).

Conclusion

Les réserves de phosphore dans lesol sont des sources potentielles depollution des eaux par cet élément,principal facteur de l’eutrophisa-tion. L’épandage de lisier, lorsqu’ilapporte plus de phosphore que ce

QP2O5 = Vcp P2O5 cp

QK2O = Vcp K2O cp

QN = Vcp N cp

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Tableau 6 : Résultats de la simulation : Volume à épandre et charge en N, P, K

Volume Volume lisier Charge en Charge en Charge enà épandre équivalent phosphore azote potasseVcp (m3/ha) Vlcp (m3/ha) QP2O5 (kg/ha) QN (kg/ha) QK2O (kg/ha)

Lisier brut 27 27 81 107 81

Lisier composté 10 34 80 60 110

Lisier déshydraté 3 50 129 201 129

Refus de tamis 13 130 78 78 52

Boues biologiques 13 33 78 39 52

Afin de minimiser les coûts, les filières

d’exportation devront réduire

au maximum les volumes

à transporter.

qui est exporté par les cultures, par-ticipe à l’augmentation des stocksde phosphore dans les sols.

Deux solutions complémentairesexistent pour maîtriser le phos-phore issu de l’élevage de porcs :diminution des rejets par la voiealimentaire, concentration duphosphore du lisier dans une pha-se plus ou moins solide. Il existedifférents procédés pour éliminerle phosphore des eaux usées :déphosphatation biologique, pré-cipitation, osmose inverse. Dans le

cas particulier du lisier de porc oùle phosphore se trouve essentiel-lement sous forme particulaire, lesprocédés de séparation de phasesconstituent des solutions à partentière.

Le traitement du phosphore abou-tit donc à la production de deuxproduits : l’un liquide, normale-ment exempt de phosphore etl’autre, le plus souvent solide où estconcentré le phosphore. Contrai-rement à l’épuration de l’azote, ilreste à gérer après traitement ces

boues phosphatées. La meilleuresolution consiste bien sûr à lesrecycler en agriculture en respec-tant la réglementation en vigueur.

Cette étude bibliographique laisseplusieurs questions en suspens surla problématique du phosphore dulisier de porc et de l’environne-ment. Il reste notamment à déter-miner les filières de valorisation desboues riches en phosphore issuesdu traitement des lisiers. Celaimplique de définir les meilleursconditionnements de ces produits

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Encadré 3 : Quelques définitions relatives à l’eau,la pollution et l’assainissement

Pollutions diffuses : qui contaminent indirectement les milieux aquatiques par ruissellement ou infil-tration.

Pollutions ponctuelles : qui contaminent les milieux aquatiques à partir d’un point d’émission.

Eaux de surface ou eaux superficielles : qui s’écoulent ou qui stagnent à la surface de l’écorce ter-restre (lithosphère).

Eaux souterraines : qui se trouvent sous la surface du sol en contact direct avec le sol ou le sous-solet qui transitent plus ou moins rapidement (jour, mois, année, siècle, millénaire) dans les fis-sures et les pores en milieu saturé ou non.

Eaux résiduaires : issues des activités humaines, industrielles ou agricoles et rejetées après usage.

DBO5 : la demande biologique en oxygène à 5 jours représente la fraction de l’effluent oxydé parvoie biologique en 5 jours.

DCO : la demande chimique en oxygène représente la fraction de l’effluent oxydé en présence d’unoxydant chimique puissant (bichromate de potassium).

MES : les matières en suspension représentent la fraction solide d’un effluent.MS : les matière sèches sont constituées du résidu sec après évaporation de l’eau, c’est à dire des

matières en suspension et des matières solubles.Colloïdes : particules généralement chargées électriquement qui restent en suspension dans l’ef-

fluent.

Réacteur à biomasse fixée : les micro-organismes responsables de l’épuration sont fixés sur un sup-port (biofiltre, lits bactériens, disques biologiques).

Réacteur à biomasse libre : les micro-organismes responsables de l’épuration sont en suspensiondans l’eau à traiter (boues activées).

Milieu aérobie : qui contient de l’oxygène sous forme dioxygène dissous.Milieu anaérobie : qui ne contient pas d’oxygène.Milieu anoxie : qui contient de l’oxygène sous toute autre forme que du dioxygène dissous.

Hétérotrophe : qui utilise le carbone sous forme organique pour son métabolisme.Autotrophe : qui utilise le carbone sous forme minérale pour son métabolisme.

Deux solutions complémentaires existent pour maîtriser le phosphoreissu de l’élevage deporcs : diminution des rejets par la voiealimentaire, concentration duphosphore du lisierdans une phase plusou moins solide.

pour une utilisation sur l’élevage oupour une exportation sur un site detransformation.

La sensibilisation de l’opinionpublique aux problèmes desnitrates a permis le développe-ment des procédés de traitementpar nitrification/dénitrification,

avec comme conséquences néga-tives un déséquilibre NPK desengrais de ferme produits et uneperte de richesse fertilisante. Al’heure actuelle, on se focalise surla concentration et l’exportationdu phosphore. Demain, ce serontde nouveaux enjeux : sanitaire,métaux lourds.

Aussi, plutôt que de résoudre lesproblèmes environnementaux un àun, il serait souhaitable d’avoir unevision plus globale de la gestion deseffluents de porcherie. Des orien-tations qui prendraient en comptela problématique environnementa-le dans son ensemble, restent àpoursuivre. ■

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Contact :catherine.gracian@itp.asso.fr

Des orientations quiprendraient en compte

la problématique environnementale

dans son ensemble, restent à poursuivre.