Valorisation des boues

Valorisation des boues

 

Théorie :

Une fois les boues traitées, ces dernières vont pouvoir être valorisées. Il existe différents types de valorisation : une valorisation en agriculture (pour 73% des boues avec l'épandage et l'élaboration de compost), en incinération (19 %) et en décharge (8%). 

​​L'épandage constitue la première destination des boues à valorisation agricole dans le nord de la France. Concernant l'envoi des boues en compostage, ce choix réside principalement en un souhait de la part des collectivités locales. 

L'incinération des boues est une voie employée principalement pour de forte capacité de traitement des eaux. La mise en décharge, quant à elle, est de plus en plus réduite du fait d'une élimination de cette technique d'ici à 2015.  Ainsi cette dernière ne sera pas abordée ici, la station d'épuration devant être implantée à cette période. 

​​En fonction de la finalité des boues, le traitement en amont sera différent. 

  • En agriculture 

​​La valorisation agricole est réalisée sur des boues liquides ou solides de siccité de 6 à 40% de matière séche. Cette finalité des boues possède de nombreux avantages mais doit avant tout présenter des débouchés intéressant afin de couvrir les frais de réalisation.  

Comme expliqué précédemment, il existe deux voies en rapport avec l'agriculture. La première, relative à l'épandage de celle-ci, consiste donc à épandre les boues préalablement traitées sur des terres agricoles de façon à les rendre plus fertiles. En effet, les boues sont relativement riches en matière organique et minérale avec notamment du phosphore.

Par définition, ces boues doivent être préalablement traitées de manière à "réduire leur caractère fermentescible" (selon le décret de 1997, relatif à l'épandage des boues) c'est à dire à suspendre toute réaction de transformation de la matière en méthane. 

Les boues peuvent être épandues sous forme liquide, pâteuse ou solide. Dans le cas des boues liquides, ces dernières devront être au préalable épaissies. Les boues liquides sont les plus appréciées du fait de leur très bon apport de matières organiques ou encore par leur facilité d'épandage. Toutefois ces dernières nécessitent la présence de site de production proches des terrains agricoles à fertiliser. De plus, le stockage de ces boues s'avère difficile par leur haut caractère fermentescible. Ce sont les boues solides qui présentent les plus grandes facultés d'épandage et de stockage (réalisé sous forme de tas). 

Cet épandage présente plusieurs règles à respecter notamment en terme de période de réalisation. Ces périodes conduisent ainsi à la nécessité d'un stockage long des boues dans des silos et donc à gérer la production des boues en fonction. De plus des teneurs en certains composés, tels que les composés métalliques, doivent être maintenues. 

Dans un second temps, une valorisation par l'intermédiaire du compost peut être réalisée. Pour cela, les boues subissent deux étapes de traitement reposant sur un épaississement et une déshydratation. Puis ces boues traitées sont mélangées avec des co-produits tels que des déchets verts. Une fois mélangé et ajusté en terme de rapport carbone/azote, une étape de transformation de la matière organique par insufflation d'air est réalisée. Puis une dernière étape de maturation est effectuée de façon à conduire, après quelque mois et suivi par un criblage, au compost désiré. 

De façon à réaliser du compost, la siccité des boues considérées doit être supérieure à 15%

Toutefois, comme dans le cas de l'épandage des boues, le compost est également soumis à une réglementation sévère​.

D'autres techniques de traitement peuvent amener à des produits fertilisants. C'est le cas du séchage thermique qui donne des granulés parfaitement stabilisés. Ces granulés peuvent être employés tels quels ou alors réenchéris avec certaines substances comme du chlorure de potassium.  

  • En incinération 

​​Cette phase est à employer lorsque les autres voies ne sont pas faisables notamment dans le cas de la valorisation agricole, pour des boues qui ne répondent pas aux exigences de la norme Française.  

L'incinération consiste, tout d'abord, à placer les boues au sein d'un système de chauffage très puissant (jusqu'à près de 1450°C). Au cours de cette étape, une oxydation de la matière combustible est notamment effectuée. Les résidus, ainsi obtenus, sont ensuite placés en centre d'enfouissement technique. Toutefois, du fait de la présence de métaux lourd dans ces résidus, des mesures de conditionnement spécifiques doivent être employées. L'incinération est une technique généralement utilisée pour de grande capacité de traitement c'est à dire pour réduire le volume nécessaire dans le cas des autres voies.  

Avant cette étape d'incinération, les boues liquides doivent subir un traitement bien précis visant à réduire suffisamment leur teneur en eau. Ce dernier est alors composé des phases d'épaississement, de déshydratation voire de séchage. Les phases de conditionnement sont également appréciées en vue d'une amélioration de la phase d'incinération. Dans le cas des boues solides, les phases d'élimination d'eau ne sont pas nécessaires.   

Des incinérateurs à four rotatif ou encore à bains fluidisés sont très souvent employés pour ce type de matière première. 

 

Source : www.hellopro.fr                                                                         Incinérateur à four rotatif

Les incinérateurs à four rotatif sont des ouvrages très robustes, ne nécessitant aucune condition préalable d'alimentation des boues. Ces derniers consistent en l'ajout de la boue au sein d'un tambour, tambour dans lequel les boues sont brûlées de 30 à 90 minutes. 

Les incinérateurs à bains fluidisés consistent à réaliser une incinération en continu des boues au sein d'un lit composé, par exemple, de sable préalablement fluidisé avec de l'air. Par ajout d'air chauffé, la combustion des boues est opérée. Pour cette technique, un broyage des particules de boue est indispensable pour l'obtention d'un diamètre de l'ordre de 50 mm.

Différentes technologies à lits fluidisés existent avec des lits stationnaires ou encore circulant. 

Généralement, en vue d'une économie énergétique, la chaleur issue de l'incinérateur est réemployée pour le séchage des boues. 

Les boues peuvent être également incinérées avec des déchets solides urbains. Toutefois, avec cette utilisation, des règles sont à respecter en fonction de la forme des boues entrantes. C'est ainsi que, par exemple, les boues solides doivent être insufflées à l'intérieur même du four. Par conséquent, cette technique est très coûteuse en terme d'alimentation. 

Application pratique :

Selon un compte rendu réalisé le 18 décembre 2012 par le contrat de rivière du Sègre, l'épandage des boues est actuellement limité du fait d'une utilisation réduite de cette technique au niveau des agriculteurs locaux. Toutefois, il a été émis la possibilité d'un emploi amélioré de la part des agriculteurs et d'un renforcement des surveillances d'épandage. 

Dans le cas des stations alentours, du compostage et du séchage solaire sont réalisés.

Dans le premier cas, une unité de traitement est présent à Font-Romeu. Cette commune, située à 10 km de Saillagouse, pourrait être un lieu d'accueil des boues issues de la future station d'épuration. Toutefois, cet envoi devra être réalisé uniquement en cas de renfort des plans d'épandage et une amélioration de l'emploi de ce compost (voulu, comme énoncé précédemment). 

Il faudrait donc que la station de Font-Romeu soit en mesure d'accueillir les boues traitées de notre station. Toutefois l'arrivée ne sera pas constante au cours de l'année, du fait d'une part plus grande de population en hiver et en été (10 000 et 12 000 équivalents habitants respectivement). Cette évolution étant commune à la vallée, cette variation ne devrait pas constituer de problème pour l'unité de traitement. 

Concernant le séchage solaire, ce dernier est présent au niveau de la ville Pia. Une distance de près de 100 km est présente entre Saillagouse et cette ville. Ainsi, aucune possibilité de transport ne serait envisageable pour ce cas. 

Etude de la valorisation des boues

Étude de la valorisation des boues

 

En vue des techniques précédemment décrites et de l'état actuel de la valorisation, trois types de voie peuvent être étudiées.

Tout d'abord la mise en place d'un séchage solaire indépendant au niveau même de la station. En effet le séchage constitue une solution économiquement acceptable (par sa faible consommation énergétique) et à maintenance réduite. Les boues ainsi séchées pourront être soient épandues, soient incinérées. 

En second lieu, le compostage au niveau de la station de Font-Romeu pour une valorisation agricole. 

Finalement, l'épandage direct des boues issues de la phase de traitement biologique. 

Avant toute chose, il est intéressant de déterminer la nature des boues produites c'est à dire leur état physique et donc les étapes de traitement nécessaires en vue des diverses valorisations. 

Pour cela nous sommes parties des productions de boue pour chaque évolution de population , c'est à dire sédentaire, hivernale et estivale, avec les débits de purge en boue associés. De plus, connaissant théoriquement le rapport entre les matières volatiles en suspension et les matières sèches, selon le rapport FNDAE numéro 9 partie a, la concentration en matière sèche a pu être déterminée ainsi que la siccité associée. 

Les résultats suivants ont été obtenus : 

Siccité des boues en sortie de bassin d'épuration pour chaque évolution de population 
Paramètre Sédentaire  Hivernale Estivale 
Production de boue (kg MVS/jour) 143 409 526
Débit de purge $Q_P$ (m3/jour) 24 68 88
Rapport MVS/MS 0,7 0,7 0,7
Production de boue (kg MS/jour) 211 603 723
Concentration en boue (g MS/L) 9 9 9

Dans tous les cas, une siccité moyenne de 9% est obtenue. Dans ce cas, nos boues en sortie de traitement biologique sont liquides.

Pour les trois voies envisagées, plusieurs possibilités sont présentes : 

  • Dans le cas de l'épandage direct, des boues liquides seraient alors à considérer. Ces boues pourraient tout à fait convenir à l'agriculture locale. En effet des cultures fourragères et céréalières sont fortement présentes. Or ces cultures, une fois mises en place, nécessitent l'apport de boue liquide pour leur maintien. Toutefois, une détermination de la composition des boues devra être réalisée en vue d'une possible utilisation directe.  
  • Pour le compost, une siccité de l'ordre de 15 % est nécessaire. Dans notre cas, une étape amont de déshydratation serait obligatoire en station afin d'atteindre cet objectif de siccité. ​Puis, comme expliqué précédemment, les boues seraient ensuite transportées par camion jusqu'à la plateforme de compostage de Font-Romeu. Les boues, une fois compostées, pourraient être employées pour les semis des cultures céréalières notamment. 
  • Dans le cas du séchage, la siccité ne présente pas d'importance sur le procédé. En effet, les boues peuvent être admises aussi bien liquides que pâteuses. Toutefois, en fonction de la forme physique des boues obtenues la surface utile au procédé sera plus ou moins importante. C'est ainsi que, dans le cas d'une boue liquide, une surface de séchage sera plus grande.  

Nous avons alors voulu vérifier ces constatations au niveau de nos boues c'est à dire que nous avons décidé de calculer la différence de surface entre une boue prétraitée (déshydratée) et une boue liquide directement séchée. 

Pour cela, nous sommes parties du rapport FNDAE numéro 36 sur le fonctionnement du séchage solaire. Plusieurs calculs ont alors été réalisés : tout d'abord la quantité d'eau à éliminer pour avoir la production de boue sèche, en sortie de serre, voulue. Puis la surface nécessaire à cette élimination.

Ces calculs, en vue d'une siccité commune au trois évolutions de population, ont été effectués sur une population moyenne de 6000 habitants. 

Les résultats suivants ont alors été trouvés : 

Surface de séchage pour des boues prétraitées et liquides
Paramètre Boues prétraitées  Boues liquides
Production de matière sèche moyenne (tonnes MS/an) 129 129
Siccité déshydratation (%) 20 /
Production de boue fraîche (tonnes boue/an) 643 2571
Siccité séchage (%) 75 75
Production de boue séchées (tonnes boue/an) 171 171
Elimination eau (tonnes eau/an) 471 2400
Surface séchage nécessaire* (m2) 589 3000

*Concernant le calcul de surface, une élimination de 0,8 tonnes d'eau par an a été considérée pour une surface sous serre de l'ordre de 1m2 (FNDAE numéro 36).

On constate que dans le cas des boues liquides, la surface de séchage est presque 5 fois plus grande que dans le cas de boues ayant subies un prétraitement. Toutefois, dans le cas des boues prétraitées, des étapes sont nécessaires en amont signifiant d'étudier le compromis entre les deux voies envisagées aussi bien en terme de consommation énergétique que de moyen humain employé. 

Ainsi, en résumé, les trois voies sont envisageables au niveau de la station. Toutefois, des mesures au niveau de la contenance des boues devraient être réalisées de façon à décider de l'avenir des boues. En effet, par exemple, si les boues ne présentent pas les caractéristiques nécessaires à l'épandage ces dernières devront être incinérées.