VALORISATION THERMIQUE DES BOUES D’EPURATION
- INTRODUCTION :
Les boues produites par les stations d’épuration sont essentiellement des particules solides non retenues par les pré-traitements et les procédés de traitement de l’eau (dégradation et séparation des polluants de l’eau). Ces boues se composent de matières organiques non dégradées, de matières minérales, de micro-organismes et d’eau (environ 99%).
En France, la quantité des boues urbaines produites est d’environ de 1,5 million de tonnes de matière sèche (tMS).
On distingue :
- Les boues primaires qui proviennent du traitement primaire des eaux usées par décantation,
- Les boues biologiques, biomasse en excès provenant du traitement biologique secondaire. Elles sont aussi appelées boues secondaires ou boues activées.
- Les boues mixtes, mélange de boues primaires et de boues biologiques. Elles proviennent de la totalité de la station.
- Les boues physico-chimiques, provenant de la décantation après traitement avec un réactif
Toutes ces boues sont composées d’un mélange de matières organiques et minérales provenant des eaux usées domestiques et industrielles. Leur composition dépend du type de traitement des eaux usées. Elles contiennent toutes de l’azote, du phosphore et de la matière organique.
Elles peuvent contenir des substances indésirables telles que
- Des ETM (éléments traces métalliques). Les 7 métaux les plus souvent retrouvés sont : Cadmium (Cd), Chrome (Cr), Cuivre (Cu), Mercure (Hg), Nickel (Ni), Plomb (Pb) et Zinc (Zn). Certains de ces éléments occupent une place essentielle à faible concentration dans l’organisme (oligo-éléments), mais deviennent généralement toxiques au-delà d’une certaine concentration.
- Des micropolluants organiques : les substances les plus fréquemment considérées sont les HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et les CTO (Composés Traces Organiques). Parmi les CTO présents dans les boues, PCB (Polychlorobiphényles) (somme des 7 PCB), Fluoranthène, Benzo(b)fluo-ranthène et Benzo(a)pyrène figurent dans l’arrêté du 8 janvier 1998 qui impose leur analyse avant l’épandage. Les boues peuvent également contenir des pesticides, des phtalates, des nitrates, …
- Des micro-organismes pathogènes : virus, bactéries, protozoaires, vers parasites et champignons. Ils sont présents dans les matières fécales rejetées dans les réseaux d’eaux usées et se trouvent dans les boues brutes.
- Des substances à visée thérapeutique, y compris les hormones et en particulier les substances contraceptives, les résidus de traitement cancéreux.
La concentration des boues urbaines peut varier en fonction du processus de traitement utilisé, mais elle est généralement assez élevée. Les boues peuvent contenir entre 1% et 5% de matières sèches, ce qui signifie que le reste est constitué d’eau.
- TRAITEMENT DES BOUES EN STATION D’EPURATION :
À la sortie des filières de traitement des eaux, les boues contiennent environ 95-99% d’eau. Cette dernière se présente normalement sous deux formes :
- Eau libre : faiblement absorbée, peut être éliminée par déshydratation mécanique,
- Eau liée : attachée avec des bactéries ou d’autres particules.
Le traitement des boues consiste donc tout d’abord à diminuer leur teneur en eau et à réduire de manière efficace leur charge polluante et fermentescible. Il s’agit de les préparer à une étape ultime de valorisation ou d’élimination. Il existe plusieurs techniques qui peuvent être complémentaires : l’épaississement, la déshydratation, la stabilisation (souvent associée à une hygiénisation) et le séchage.
L’épaississement est généralement la première étape du traitement des boues. C’est un procédé simple, consommant peu d’énergie. Il sert principalement à réduire le volume des boues brutes et constitue une étape préalable aux traitements suivants. Le taux de siccité obtenu peut atteindre jusqu’à 10% de MS.
Diverses méthodes d’épaississement sont utilisées pour épaissir les boues :
- Epaississement gravitaire : la décantation ou sédimentation,
- Epaississement par flottation,
- Epaississement par centrifugation,
- Epaississement par système de drainage (grilles et table d’égouttage).
La déshydratation constitue la seconde étape de réduction du volume des boues sur les boues épaissies afin d’obtenir une siccité des boues plus poussée (en moyenne comprise entre 20 et 35 % selon la nature des boues) améliorant la capacité de stockage et réduisant les coûts de transport. Il existe plusieurs techniques de déshydratation mécanique :
- Filtres presses
- Filtre à plateaux
- Filtre à plateaux membranes
- Filtre à bande
- Presse à vis
- Centrifugeuse
Le séchage est une opération unitaire du traitement des boues consistant à évaporer de l’eau libre et liée. Plusieurs techniques de séchage sont envisageables :
- Lit de séchage
- Séchage solaire
- Lit de sable
- Lagune de séchage
- Lit planté des macrophytes
- Séchage thermique
La stabilisation consiste à réduire au maximum l’activité biologique de dégradation des boues et plus particulièrement leur fermentation. Elle réduit fortement la nuisance olfactive, les émissions de méthane, les risques de lixiviation, les populations bactériennes et la Demande Biologique en Oxygène (DBO5).
L’hygiénisation est, quant à elle, destinée à réduire la présence d’agents pathogènes dans les boues afin d’éviter une contamination éventuelle dans le cas d’une utilisation pour la valorisation d’un écosystème (épandage ou re végétalisation par exemple). Ces deux étapes peuvent être assurées de manière biologique, chimique ou physique.
Ces deux traitements sont souvent assurés par un même procédé.
Le traitement des eaux usées génère donc une production d’une quantité considérable de boues résiduaires, qui augmente d’année en année, en raison notamment de la croissance démographique, de la surconsommation et des produits de plus en plus complexes. L’élimination de ces boues représente une réelle problématique dans la gestion des stations d’épuration. Il existe de nombreuses solutions d’utilisation de ces boues, mais nous présenterons ici une solution de valorisation thermique des boues, commercialisée par FMI Process et qui a le mérite de ne pas transférer les polluants des boues vers les écosystèmes.
3 – NOS SOLUTIONS D’ELIMINATION DES BOUES : INCINERATION DES BOUES EN LIT FLUIDISE :
FMI Process propose une solution de traitement avec une gamme de fours à lits fluidisés. Le procédé d’oxydation thermique et d’un traitement des gaz par voie sèche sont des moyens efficaces pour l’élimination des agents pathogènes (bactéries, virus, parasites, moisissures, …) et des nombreux polluants (métaux lourds, polluants organiques persistants (POP), PCB, HAP, PFAS, microplastiques) contenus dans les boues. Ces procédés permettent de réduire de 90% leur quantité tout en les rendant inertes.
NOS SOLUTIONS AUSSI S’INSCRIVENT DANS LA SOBRIETE ENERGETIQUE
Autrefois considérées comme des usines à forte consommation d’énergie, nos solutions évoluent pour diminuer leur bilan carbone et diminuer leurs impacts énergétiques.
Ainsi seules ou associées à des technologies telles que la méthanisation, nos solutions permettent de récupérer l’énergie dégagée lors de la combustion des boues et de la valoriser pour :
- Chauffer les digesteurs à l’énergie provenant de la combustion des digestats
- Utiliser le biogaz produit par ces boues pour leur propre combustion
- Sécher une partie des boues afin d’atteindre leur auto-combustion dans le four et réduire considérablement l’utilisation de gaz/biogaz
- Alimenter des réseaux de chauffage urbain ou locaux
- Produire de l’électricité
Nos solutions conviennent parfaitement à des projets de Méthanisation pour lesquels la complémentarité des deux technologies catalyse les gains énergétique et économique.
La quantité d’énergie inévitable mise en jeu dans nos procédés est récupérée et peut être valorisée.
A titre d’exemples :
- L’installation de la ville de St Etienne est munie d’un réseau de chaleur qui alimente des échangeurs d’une puissance totale de 2000 kW et répond aux besoins de chauffage propres à la station d’épuration. Comparée au gaz, cette valorisation évite jusqu’à 500 tonnes de CO2 rejetés chaque année.
- L’installation de la ville de St Chamond équipée d’un échangeur d’une puissance de 400 kW alimente un réseau de chaleur pour les besoins de chauffage d’une école, de l’inspection académique et de logements. Comparé au gaz, cet investissement évite le rejet de plus de 100 tonnes de CO2 chaque année.
- L’équipement de la communauté d’agglomération du bassin d’Aurillac possède un réseau de chaleur couvrant les besoins de la piscine municipale.
- Le syndicat d’épuration de la région Thonon – Evian utilise un réseau de chaleur alimenté par notre procédé, celui-ci assure le chauffage des locaux de sa station d’épuration.
4 – VALORISATION DES SOUS PRODUITS :
Les sous-produits d’incinération des boues représentent un potentiel précieux et riche de minéraux. Leur gestion adéquate est essentielle pour minimiser les impacts environnementaux tout en exploitant leur potentiel de valorisation.
Leur composition dépend de plusieurs facteurs, notamment la composition des boues, les conditions d’incinération, et les technologies employées. Les principaux constituants des cendres sont des matières minérales telles que la silice, l’alumine, le Phosphore et la chaux.
Ces sous-produits d’incinération des boues peuvent aussi être utilisés comme matériau de construction dans le génie civil, en mélangeant avec des liants appropriés, pour être ensuite transformés en matériaux de construction tels que les briques, les blocs de béton et les enrobés bitumineux. Ils sont aussi utilisés en cimenterie, pour se substituer à des produits classiques utilisés pour la fabrication des bétons.
En raison de leur teneur en minéraux, les cendres peuvent être valorisées pour l’agriculture en récupérant notamment le Phosphore, dont les ressources naturelles mondiales viendront à manquer dans les décennies futures, ou directement épandues en engrais (fertilisant phosphaté et amendement calcique) comme dans certains pays (Canada, Allemagne, .. ).
