Environmental, Economic, and Ethical
Assessment of the Treated Wastewater
and Sewage Sludge Valorization
in Agriculture
Emna Ammar, Hugo Maury, Loïc Morin, and Abdelghani Sghir
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2 Biological Sewage Sludge Formation Within the WWTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3 Chemical Composition of the WW Sludge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1 Macro- and Micropollutants as Plant Nutrients . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . 55
3.2 Metal Trace Elements (MTE) and Nanomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3 Organic Micropollutants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4 The Sludge Microbiome Composition: An Untapped Diversity – Potential Consequences
of WW Irrigation and Sludge Spreading on Agricultural Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.1 Eukaryotic Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.2 Prokaryotic Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3 Viral Components of the Sludge Microbiome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4 Antibiotic-Resistant Bacteria, Genes, and Mobile Genetic Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5 Sewage Sludge Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6 Sewage Sludge: An Ambiguous Status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
7 Sewage Sludge: Questions at the Crossroads of Ethics and the Economy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
8 Concluding Remarks and Future Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
E. Ammar
Laboratoire des Sciences de l’Environnement et Développement Durable, Université de Sfax,
Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, Sfax, Tunisie
e-mail: ammarenis@yahoo.fr
H. Maury and A. Sghir (*)
Génomique métabolique, Genoscope, Institut de Biologie François Jacob, CEA, CNRS,
Université d’Evry, Université Paris-Saclay, Evry, France
e-mail: sghir@genoscope.cns.fr
L. Morin
Institut de Biologie Intégrative de la Cellule, Université d’Evry Paris Saclay, Orsay Cedex,
France
Sandra Pérez Solsona, Nicola Montemurro, Serge Chiron, and Damià Barceló (eds.),
Interaction and Fate of Pharmaceuticals in Soil-Crop Systems: The Impact of
Reclaimed Wastewater, Hdb Env Chem (2021) 103: 49–78, DOI 10.1007/698_2020_606,
© Springer Nature Switzerland AG 2020, Published online: 23 September 2020
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Assessment of the Treated Wastewater
and Sewage Sludge Valorization
in Agriculture
Emna Ammar, Hugo Maury, Loïc Morin, and Abdelghani Sghir
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1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2 Biological Sewage Sludge Formation Within the WWTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3 Chemical Composition of the WW Sludge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1 Macro- and Micropollutants as Plant Nutrients . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . 55
3.2 Metal Trace Elements (MTE) and Nanomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3 Organic Micropollutants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4 The Sludge Microbiome Composition: An Untapped Diversity – Potential Consequences
of WW Irrigation and Sludge Spreading on Agricultural Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.1 Eukaryotic Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.2 Prokaryotic Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3 Viral Components of the Sludge Microbiome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4 Antibiotic-Resistant Bacteria, Genes, and Mobile Genetic Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5 Sewage Sludge Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6 Sewage Sludge: An Ambiguous Status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
7 Sewage Sludge: Questions at the Crossroads of Ethics and the Economy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
8 Concluding Remarks and Future Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
E. Ammar
Laboratoire des Sciences de l’Environnement et Développement Durable, Université de Sfax,
Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, Sfax, Tunisie
e-mail: ammarenis@yahoo.fr
H. Maury and A. Sghir (*)
Génomique métabolique, Genoscope, Institut de Biologie François Jacob, CEA, CNRS,
Université d’Evry, Université Paris-Saclay, Evry, France
e-mail: sghir@genoscope.cns.fr
L. Morin
Institut de Biologie Intégrative de la Cellule, Université d’Evry Paris Saclay, Orsay Cedex,
France
Sandra Pérez Solsona, Nicola Montemurro, Serge Chiron, and Damià Barceló (eds.),
Interaction and Fate of Pharmaceuticals in Soil-Crop Systems: The Impact of
Reclaimed Wastewater, Hdb Env Chem (2021) 103: 49–78, DOI 10.1007/698_2020_606,
© Springer Nature Switzerland AG 2020, Published online: 23 September 2020
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