An LCA framework to assess environmental efficiency of water reuse: Application to contrasted locations for wastewater reuse in agriculture | Cadre conceptuel ACV pour évaluer l'efficacité environnementale de la réutilisation de l'eau : Application à des sites contrastés pour la réutilisation des eaux usées en agriculture

International audience

English. Wastewater reuse (WW-reuse) is an alternative water resource that may answer present and future water-scarcity issues, supplying diverse categories of water users: agricultural, industrial or even domestic. A literature review of 30 LCAs of WW-reuse case studies highlights that the majority are located in arid or semi-arid climates, with a third in coastal areas, thus illustrating the historical development of WW-reuse. However, the conclusions for these very site-specific cases (local conditions) cannot be extrapolated to all other situations where WW-reuse issues arise (continental location, temperate climate, etc.). The review also reveals that the assumptions and calculation approaches used in these case studies were not homogeneous. The aim of this study is therefore to propose a homogeneous conceptual framework for the evaluation of the environmental efficiency of WW-reuse, based on an adapted system boundary, a transparent and solid water balance as well as a comparison with a standardized reference system for water supply, applicable to all local situations. Through the application of this framework to urban WW-reuse for agricultural irrigation, various parameters are analysed to identify parameters that drive the WW-reuse eco-efficiency relative to archetypes of water supply mix (WSmix). Two wastewater regeneration treatment alternatives with contrasting energy demands are assessed in order to evaluate the range of reclaimed water quality that might be requested by local water policies. Four main parameters are adjusted to compare the scenarios across a panel of contrasting situations: the geographical situation (coastal or continental), the level of water scarcity, the origin of the local water resource and the composition of the electricity mix. Overall results highlight situations where reclaimed water is clearly recommended from an environmental point of view (as for coastal water-scarce situations or when compared to desalinated water) and others where it is less eco-efficient than the local WSmix (energy-intensive regeneration treatment in a continental area for instance). The nutrient content of treated urban wastewater, following denitrification during wastewater treatments, is not sufficient to provide significant environmental benefits (avoided fertilizer production) to the WW-reuse scenarios. A paradigm shift in the design of wastewater treatment plants could be a source of eco-efficiency for WWreuse, allowing for optimal recovery of the nutritional content from the wastewater.

French. La réutilisation des eaux usées (WW-reuse) est une ressource en eau alternative qui peut répondre aux problèmes actuels et futurs de pénurie d'eau pur différents usages : agricoles, industriels ou même domestiques. Une revue de la littérature portant sur 30 ACV (études de cas de réutilisation des eaux usées) montre que la majorité d'entre elles sont situées dans des climats arides ou semi-arides, et un tiers dans des zones côtières, illustrant ainsi le développement historique de la réutilisation des eaux usées. Cependant, les conclusions tirées de ces cas très spécifiques (conditions locales) ne peuvent pas être extrapolées à toutes les autres situations où des problèmes de réutilisation des eaux usées se posent (emplacement continental, climat tempéré, etc.). L'examen révèle également que les hypothèses et les approches de calcul utilisées dans ces études de cas n'étaient pas homogènes. L'objectif de cette étude est donc de proposer un cadre conceptuel homogène pour l'évaluation de l'efficacité environnementale de la réutilisation des eaux usées, basé sur un périmètre du système adaptée, un bilan hydrique transparent et solide ainsi qu'une comparaison avec un système de référence standardisé pour l'approvisionnement en eau, applicable à toutes les situations locales. En appliquant ce cadre à la réutilisation des eaux usées urbaines pour l'irrigation agricole, divers paramètres sont analysés afin d'identifier ceux qui déterminent l'éco-efficacité de la réutilisation des eaux usées par rapport aux archétypes de mélange d'approvisionnement en eau (WSmix). Deux alternatives de traitement de régénération des eaux usées avec des demandes énergétiques contrastées sont évaluées afin d'évaluer la gamme de qualité de l'eau récupérée qui pourrait être exigée par les politiques locales de l'eau. Quatre paramètres principaux sont ajustés pour comparer les scénarios à travers un panel de situations contrastées : la situation géographique (côtière ou continentale), le niveau de rareté de l'eau, l'origine de la ressource en eau locale et la composition du mix électrique. Les résultats globaux mettent en évidence des situations où l'eau recyclée est clairement recommandée d'un point de vue environnemental (comme pour les situations de pénurie d'eau côtière ou par rapport à l'eau dessalée) et d'autres où elle est moins éco-efficace que le WSmix local (traitement de régénération énergivore dans une zone continentale par exemple). La teneur en éléments nutritifs des eaux usées urbaines traitées, suite à la dénitrification lors des traitements des eaux usées, n'est pas suffisante pour apporter des avantages environnementaux significatifs (production d'engrais évitée). Un changement de paradigme dans la conception des stations de traitement des eaux usées pourrait être une source d'éco-efficacité pour la réutilisation des eaux usées, en permettant une récupération optimale du contenu nutritionnel des eaux usées.