Dans le traitement des eaux usées, l'énergie est le premier poste de dépenses d'une station d'épuration. La digestion anaérobie des surplus de boue est une source intéressante de méthane qui peut être convertie en électricité et en chaleur et rendre la station autosuffisante en énergie. Mais ce procédé génère des effluents fortement chargés en azote qu'il faut traiter et qui sont généralement renvoyés en tête de station. Leur traitement traditionnel par nitrification-dénitrification nécessite alors des besoins en oxygène et en carbone accrus de la part des bactéries réalisant le traitement de l'azote. Dans ce contexte, les équipes des différentes entités du groupe Veolia Environnement (direction technique de Veolia Eau, AnoxKaldnes, Krüger et Veolia Environnement Recherche & Innovation) se sont regroupées en 2008. Elles ont formé une véritable équipe projet internationale de recherche et développement, qui a abouti en 2010 à l'industrialisation du nouveau procédé Anita Mox. Ce procédé met en oeuvre, au sein d'un biofilm, des bactéries récemment découvertes, du groupe anammox, et des bactéries nitritantes. Les bactéries anammox réalisent directement la transformation des ions ammonium en azote gazeux en présence de nitrites, sans passer par les nitrates. L'utilisation de cette voie biologique pour traiter l'azote permet de réduire le coût énergétique lié à l'oxygène et d'éviter l'apport d'une source de carbone externe. Mais ces bactéries anammox ne sont pas si faciles à apprivoiser, car leur vitesse de croissance très lente les désavantage face à des congénères plus rapides à se développer. D'où l'intérêt de les mettre en oeuvre dans un biofilm. Elles sont alors mieux retenues dans le réacteur que si elles étaient en culture libre et elles peuvent se multiplier plus facilement pour atteindre des performances d'abattement de l'azote avantageuses pour le procédé. Pour exploiter ce biofilm, Veolia a utilisé sa technologie MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor), développée dans les années 1990, qui s'appuie sur la mise en mouvement permanente de supports plastiques dans un réacteur aéré. D'une grande surface spécifique (500 à 1 200 m2/m3), ces supports ont été spécialement dimensionnés pour permettre le développement dans le réacteur d'un biofilm d'épaisseur optimale où deux zones coexistent, aérobie et anaérobie. En outre, les équipes de biotechnologies de Veolia Environnement Recherche & Innovation ont développé, depuis plusieurs années, toute une expertise afin d'apporter une compréhension microbiologique plus fine des procédés de traitement biologique. Ouvrir la « boîte noire » de l'écologie microbienne au sein d'un réacteur permet d'accéder aux dénombrements, à l'identité, au niveau d'activité et aux fonctions des micro-organismes constituant la biomasse épuratrice. Dans le développement du procédé Anita Mox, les outils de biotechnologie ont permis de s'assurer que les bactéries anammox se développaient de façon satisfaisante dans le biofilm et que leurs compétiteurs étaient sous contrôle. La principale contrainte pour le déploiement industriel des procédés anammox est liée au temps et aux incertitudes de la phase de démarrage avant d'atteindre les pleines capacités de traitement. Les temps de génération des anammox et leur sensibilité à l'oxygène et aux concentrations en nitrites sont considérés comme des défis à relever pour rendre ces procédés plus attractifs du point de vue industriel. En 2009, plusieurs essais laboratoires ont été menés dans des réacteurs de 8 litres afin de démontrer le bénéfice sur la phase de démarrage de l'ajout de supports précolonisés avec du biofilm contenant des anammox. Par ce biais, le temps nécessaire pour que les nouveaux supports se colonisent avec un biofilm mature et efficace est passé de plusieurs mois sans ajout de supports précolonisés à moins de 40 jours pour une addition de 10 % de supports précolonisés et 70 jours pour un apport de 2 %. Début 2010, après deux ans d'essais pilotes sur des stations d'épuration au Danemark et en Suède, le procédé Anita Mox a été mis en oeuvre à échelle industrielle sur la station d'épuration de Sjölunda, près de Malmö, en Suède (550 000 EH). Son objectif, traiter 200 kg d'azote par jour provenant des retours de digestion des boues. Grâce à une stratégie de régulation avancée de l'aération, la consommation énergétique de l'unité a atteint 1,5 kWh par kilogramme de N-NH4 ; ce qui est bien inférieur au 2,3- 2,5 kWh par kilogramme de N-NH4 observé pour les procédés de nitrification/dénitrification conventionnels. Après seulement quatre mois de fonctionnement, cette première réalisation industrielle a présenté un taux de traitement de 1,2 kg d'azote par mètre cube de réacteur et par jour, avec 90 % d'efficacité ; ceci sans avoir besoin de réaliser un prétraitement ou d'ajouter des réactifs coûteux. Elle sert également de « bioferme » pour produire des supports avec un biofilm mature et performant. Cette stratégie d'ensemencement vient d'ailleurs d'être mise en oeuvre pour accélérer le démarrage d'une nouvelle unité industrielle Anita Mox sur la station d'épuration de Sundet (90 000 EH) à Växjö, en Suède. La municipalité cherchait à augmenter la production de biogaz de ses digesteurs en ajoutant des codéchets aux boues d'épuration et le problème du traitement des fortes concentrations en azote se posait donc. Une unité traitant 350 kg d'azote par jour a donc été mise en route en décembre 2011 par Veolia sur les retours de digestion. En France, le développement récent de la digestion anaérobie des boues rend le traitement des retours azotés par ces nouvelles voies biologiques de plus en plus acceptable et réalisable.