Dimensionnement de la plate-forme de compostage

Dans cette partie, nous procéderons à un dimensionnement ainsi qu'une analyse économique de la plate-forme de compostage des boues d'épuration de la station d'épuration de Saint-Louis du Gol.

Evaluation de la production de déchets à composter

Dans l'optique de création d'une filière de valorisation des boues par compostage, avant tout calcul, il est nécessaire d'effectuer une analyse préliminaire des différents gisements de déchets (boues et structurant). Cette analyse permet d'estimer la faisabilité d'une telle filière et d'en déduire une première approche de dimensionnement.

1. Evaluation de la quantité de boues à composter

La quantité de boues produite par la STEP de Saint-Louis du Gol est liée à la quantité d'eau traitée ainsi qu'au type de traitement choisi. Dans ce cas, la STEP est dimensionnée pour 80 000 EH et procède à un traitement en boues activées de type lagunage aéré.

A l'issue d'une modélisation des processus de traitement des eaux, la production journalière de boues est estimée à 4,08 tMES soit 4,08 tMS/j en considérant que la majorité de la matière sèche est insoluble.

Au niveau de notre plate-forme, on suppose que ces boues arrivent préalablement séchées, et présentent une siccité d'environ 25%.

2. Evaluation de la quantité de déchets verts nécessaires au compostage des boues

2.1. Quantité de déchets verts à composter

Au niveau de notre plate-forme, les déchets verts jouent le rôle de structurant. Afin de choisir les ratios volumiques de boues et de structurant, nous nous sommes rapportés aux ordres de grandeur proposés par l'ouvrage de M.Mustin (cf Mustin M. ,1999). Ce rapport est évalué à 1:2,5 pour des boues à 25% de siccité et des déchets verts à 50% de siccité. On retrouve cette valeur dans les ouvrages de l'ADEME (cf ADEME, 2005).

En plus de ces déchets verts sont ajoutés les refus du criblage du compost mûr, qui une fois séparés du compost sont réinjectés dans le mélange boues/déchets verts. Ce refus est estimé à 3% de la masse brute de boues, ce qui est négligeable pour l'estimation des besoins en déchets verts pour le compostage.

Ainsi on obtient par calcul un volume de déchets verts bruts journalier nécessaire au compostage des boues de 102 m3, en considérant des déchets verts ayant une masse volumique de 0,1 tMB/m3 et une siccité de 50%. Cela représente donc un besoin annuel de 37 230 m3. En raisonnant en tonne de matière brute, on a donc un besoin journalier de 10,2 tonnes et annuel de 3 723 tonnes. Connaissant les besoins en déchets verts, il est nécessaire d'évaluer le gisement de déchets verts sur l'île de la Réunion, afin de voir s'il est capable de subvenir à ces besoins.

2.2. Etude de la nature du gisement de déchets verts disponible pour le compostage

En étudiant la quantité de déchets verts collectés chaque année sur la Communauté Intercommunale des Ville Solidaires (CIVIS) dont la ville de Saint-Louis fait partie, on obtient pour l'année 2011 les résultats suivants (cf Sinoe, 2011) :

  • 31 006 tonnes de déchets verts et biodéchets par an
  • soit 178 kg/hab/an

Cette valeur est sensiblement supérieure à la moyenne nationale de 52 kg/hab/an, ce qui peut s'expliquer par plusieurs raisons. Tout d'abord, le climat tropical et l'habitat pavillonnaire très développé sur l'île entraîne une production de biomasse domestique sensiblement plus importante. De plus, la fréquence importante des cyclones et des tempêtes tropicales entraîne des fortes productions ponctuelles de déchets verts.

Sur ces 178 kg/hab/an, 76% de ces déchets verts collectés sont valorisés (en considérant que le broyage est une filière de valorisation), soit 23 443 tonnes annuelles (cf tableau ci-dessous)

Nature du traitement des déchets verts sur la CIVIS
(Source : INDDIGO, 2011)

De plus, le PDEDMA prévoir une hausse de la production de déchets verts de 6,5% entre 2015 et 2020 (cf INDDIGO, 2011). La volonté du PDEDMA concernant la gestion de ces déchets verts est de valoriser 100% des déchets verts à l'horizon 2020.

Ainsi, les déchets verts collectés enfouis ou brûlés qui représentaient en 2011 près de 7 300 tonnes et dont la quantité tendrait à augmenter à l'avenir, permettraient amplement de répondre aux besoins de notre plate-forme de compostage. De plus, ces chiffres ne prenant en compte que les déchets collectés, il sera juste nécessaire d'adapter le réseau de collecte existant afin qu'il approvisionne la plate-forme de compostage.

 

Bibliographie

Mustin M. (1999) Le compost : Gestion de la matière organique, Editions François Dubusc – Paris, 954 p

ADEME (2005) Impacts environnementaux de la gestion biologique des déchets : Bilan des connaissances, 331 p

INDDIGO (2011) PDEDMA : Projet de plan révisé d’élimination des déchets ménagers et assimilés du département de la réunion, Conseil Général de la Réunion, 126 p

Sinoe (2011) Fiche de synthèse de la collectivité du CIVIS : Production annuelles de DMA, La Réunion, 2 p

 

Dimensionnement de la ligne de production

1. Dimensionnement de la ligne de production de compost des boues d'épuration

1.1. Réception des matières premières

  • Réception

Lors de la réception des matières premières au niveau de la plate-forme, il est indispensable de procéder à une pesée des produits entrants. Cette pesée se fait au niveau d'un pont-bascule, et présente l'intérêt de s'appliquer à tous les types de déchets entrants sur la plate-forme.

L'objectif est alors de relever sur bordereau :

  • le volume ou le poids du chargement
  • l'identification du véhicule
  • la nature et l'origine du chargement

Un prélèvement d'échantillon est aussi effectué pour subir des analyses laboratoires, respectant les démarches qualité décrites dans les normes NF 44-095.

Ces différentes informations remplissent un double objectif de traçabilité. Elles permettent à la fois de gérer les quantités de flux entrants ainsi que de contrôler la qualité des déchets afin d'assurer une qualité optimale du compost en sortie.

  • Stockage des boues

Une fois réceptionnées, les boues sont déchargées dans une trémie de stockage couverte et ventilée afin d'éviter toute nuisance olfactive. Les boues sont ensuite pompées depuis la trémie jusqu'au mélangeur, ce qui permet d'éviter tout contact direct entre les boues et les opérateurs.

Elle fait donc $3\times14=42 m^3$, de 1 m de hauteur, et de surface au sol $6\times7=42m^2$.

  • Stockage des déchets verts bruts

Le stockage des déchets se fait en 2 temps. Une première aire de stockage abritée permet de stocker les déchets verts bruts. D'après les résultats obtenus dans l'étude des gisements de déchets, nous nous basons sur un flux d'entrée moyen journalier de 87,5 m3 de déchets verts bruts. Cependant, compte tenu des fortes variations journalières relatives à la fréquence de collecte et des variations saisonnières relatives à l'occurence de cyclones (cf ADEME, 2001) il est nécessaire de prévoir des volumes variant du simple au quintuple (cf INDDIGO, 2011).

Pour cette raison, nous décidons de dimensionner la surface de stockage des déchets verts pour une production égale à 5 fois le flux d'entrée moyen journalier attendu, soit 437,5 m3.

Avec des andains de taille standard recommandée par l'ADEME (Hauteur = 2 m, Largeur = 4 m), et en prenant en compte la surface à réserver pour les manoeuvres et la circulation, on obtient une surface de stockage des déchets bruts de 300 m2 environ.

1.2. Broyage des déchets verts et stockage

Les déchets verts étant pour la plupart trop gros pour être mélangés tels quels aux boues d'épuration, il est nécessaire de les broyer afin d'obtenir des déchets verts de diamètre acceptable ($\varnothing < 10cm$). De plus, le broyage permet aussi une réduction de volume conséquente, ce qui permet de lisser les variations de flux de déchets verts en entrée.

Concernant le type de broyeur, on priviliégie un broyeur à marteaux. Les broyeurs à marteaux, par rapport aux gyrobroyeurs ou aux broyeurs à couteau, présentent en effet une bonne tolérence aux impuretés, une bonne capacité de défibrage favorisant la dégradation des matières ligneuses ainsi qu'un système mécanique permettant de prévenir les éventuels bourrages (cf ADEME, 2001). Ils sont donc les plus pertinents à utiliser à échelle industrielle.

Le choix de la puissance du broyeur se fait ensuite en fonction du volume de broyat que l'on souhaite obtenir.

Pour le cas d'un broyeur affecté à notre seule unité, il est recommandé de ne pas dépasser 700 h/an d'utilisation. Les broyeurs à marteaux ne présentant pas des débits inférieurs à 30 m3/h, on choisit donc un broyeur de 30 m3/h d'une puissance de 200 kW. Ce léger surdimensionnement permettra d'anticiper les tonnages risquant d'évoluer au cours de la durée de vie de la plate-forme.

Le broyat est ensuite stocké sur une aire de stockage couverte. En respectant les mêmes dimensions pour les andains et en visant une surface permettant de stocker 5 fois le volume journalier moyen de déchets verts, on obtient une aire de stockage de 200 m² environ.

1.3. Mélange et convoyage vers les casiers de compostage

Le broyat de déchets verts et les boues sont ensuite mélangés dans un mélangeur de compostage.

On part de l'hypothèse que la quantité de mélange à traiter quotidiennement doit pouvoir être mélangée en 1/2 journée, afin de faciliter la logistique. Idéalement, le mélangeur aura une cuve de 10 m3 et un moteur de 85 kW présentant un débit de 30 m3 mélange/h, ce qui permet de traiter la production journalière en 2 heures environ.

1.4. Gestion du compostage

  • Gestion en lots

La suite de la conduite de la plate-forme va être dictée par l'exigence de traçabilité stricte liée à l'homologation du compost en tant que produit normalisé. En effet, il est indispensable de gérer l'ensemble du processus de compostage en différents lots, physiquement identifiables tout au long du processus. Il doit être possible de pouvoir faire le lien entre les caractéristiques des déchets entrants, les traitements qu'ils ont suivi et les caractéristiques du compost en sortie.

Toujours dans un souci de logistique, chaque lot représente la production de 7 jours de boues. En appliquant les principes généraux de la méthode Beltsville (cf Mustin, 1999), le compost subit les opérations suivantes :

  • Une phase active de 5 semaines en casiers couverts comprenant
    • 3 semaines de fermentation en ventilation forcée
    • 2 semaines de maturation en ventilation forcée
  • Une phase de finition de 2 semaines en casiers couverts

On construit un casier pour chaque semaine du processus, de telle sorte que l'on puisse suivre facilement l'évolution de chaque lot (voir taleau ci-dessous).

Conduite des lots de compost le long du processus de compostage

De cette façon, chaque semaine et de façon continue, un nouveau lot est envoyé vers le criblage puis l'aire de stockage de compost final.

Les casiers de fermentation/maturation sont dimensionnés pour recevoir des volumes de 400,0 m3 de mélange. Les andains ne devant pas dépasser 3 m de hauteur, les casiers ont une capacité de 432 m3, avec 18 m de long, 8 m de large et 5 m de haut (la hauteur maximale de l'andain plus 2 m pour permettre la manipulation des andains).

L'emprise au sol totale des casiers de fermentation/maturation est donc de 864 m² arrondi à 870 m², en prenant 20% de surface en plus nécessaires à la circulation.

Parallèlement, les casiers de finition accueillent des andains dont le volume a diminué de 42,2% selon les résultats de la modélisation. Pour accueillir les andains de 231 m3, ils ont donc une capacité de 240 m3 avec 10 m de long, 8 m de large et 5 m de haut.

L'emprise au sol totale des casiers de finition est comme précédemment estimée à 192 m² arrondie à 200 m².

  • Système d'aération des andains et suivi du taux d'O2

Le système de conduite que nous avons choisi pour la plate-forme de compostage est un système de compostage "intensif" reposant sur l'aération forcée des andains. Ce type d'aération se justifie par le fait que le compostage est effectué en partie sur des boues, substrat hautement fermentescible (cf Mustin, 1999). De plus, l'aération forcée choisie est positive. Ce choix est motivé par le fait que l'aération par aspiration présente trop d'inconvénients, parmi lesquels une circulation hétérogène de l'O2 (cf Technique de l'ingénieur, 2010) et une perte de vitesse de l'air significative. L'aération forcée par insuflation présente comme inconvénient une diminution de la température au niveau des buses d'aération mais on suppose que les températures moyennes élevées et relativement constantes de la Réunion permettent de négliger cette variation.

Pour notre modélisation des processus de compostage, nous avions imposé une aération de 1 m3/tMS0/min d'air mais cette aération étant près de 100 fois supérieure à la consommation d'O2 effectivement observée au cours de la modéliation, nous avons décidé de prendre une aération moyenne continue de 0,5 m3/tMS0/min d'air. D'après la bibliographie (cf Mustin, 1999), la phase de fermentation consomme 90% de la demande en O2 totale tandis que la phase de maturation consomme les 10% restants. On obtient les débits suivants :

Sur les 3 premières semaines de fermentation, il sera nécessaire d'apporter 2440 m3/h et sur les 2 semaines de maturation seulement 680 m3/h. Sachant qu'il est conseillé de surestimer l'apport d'air de 30% environ par rapport aux débits calculés (cf Mustin, 1999), nous avons décidé de prendre une pompe délivrant un débit horaire de 3 200 m3/h.

De plus, en estimant une perte de charge moyenne de 125 cm C.E. causée par le réseau de tuyaux et par les pores de l'andain, on choisit en conséquence d'installer pour chacun des 5 casiers de phase active une pompe de 12 CV de puissance.

  • Finition

A l'issue des 5 semaines de phase active, les andains sont déplacés vers les casiers de finition. Cette phase permet principalement de récupérer et de traiter les lixiviats, ainsi que de permettre un éventuel séchage passif des andains.

  • Suivi de l'humidité et arrosage des andains

La modélisation que nous avons utilisée se base sur l'hypothèse que l'humidité de l'andain est de 70% et reste constante tout au long de la phase active. Dans notre modèle, nous avons modélisé la variation de l'eau due à la production d'eau et à la vaporisation sans prendre en compte la perte par lixiviats. Ces derniers sont réinjectés directement dans l'andain. Le bilan obtenu est négatif. On ajoute donc la quantité d'eau manquante dans l'andain.

L'eau nécessaire est prélevée dans le bassin de lagunage de traitement des lixiviats et de récupération des eaux pluviales.

1.5. Criblage et stockage du compost mature

  • Criblage

Après l'étape de finition, il est nécessaire de cribler le compost afin de séparer les éléments grossiers ($\varnothing < 10cm$) du compost final. Ces éléments grossiers une fois séparés sont renvoyés dans le mélangeur afin de compléter le volume de structurant initial. Par andain, ces éléments grossiers représentent moins de 2% du volume de l'andain, soit 3,4 m3.

Pour le choix du cribleur, celui-ci doit se faire en fonction du volume des andains à trier ainsi que du temps alloué à cette activité, recommandé à 40 h d'utilisation annuelle pour une plate-forme traitant 10 000 tonnes de déchets par an.

Sur notre plate-forme, on a :

Dimensionnement du crible
(Source : ADEME, 2001)

Ainsi, le cribleur choisi est un cribleur de 16,5 kW criblant à un débit variant de 10 à 35 m² selon le type de produit. En supposant que notre produit est débarrassé de ses pricipaux éléments grossiers en amont du criblage, on peut se placer dans un intervalle compris entre 20 et 35 m3/h. De plus, notre plate-forme traitant environ 9700 t de déchets bruts annuellement, on peut dès lors raisonnablement comparer les valeurs de notre plate-forme avec celles fournies par l'ADEME. On observe alors que l'intervalle de durée d'utilisation du cribleur recoupe précisément celui recommandé.

  • Stockage

Le stockage du compost fini se fait sur une aire de stockage couverte, par andain. Le stockage est effectué à partir du principe que le compost est amené à être épandu de façon saisonnière (cf Bonneau J., 1994). L'aire de stockage doit donc pouvoir stocker jusqu'à 6 mois de compost mûr, soit 42 andains.

Cette surface de stockage est estimée à 3200 m².

2. Analyse économique de la plate-forme de compostage

Dans un dernier temps, nous avons tenté d’effectuer une analyse économique du fonctionnement de notre plate-forme de compostage. Cependant, ce genre d’informations n’est pas rendu public par les exploitants de plate-forme, et il a donc été difficile de proposer une analyse fiable et précise. Nous proposons donc ici une analyse économique générale.

2.1. Estimation des coûts d'investissement et de traitement

D'après la bibliographie (cf Fig ci-dessous), il existe une corrélation significative entre le coût d'investissement et la capacité en EH pouvant traiter la plate-forme de compostage.

Corrélation entre le coût d'investissement et la capacité en EH
(Source : Agence de l'eau, 2007)

 

De fait, d'après la courbe de corrélation, notre plate-forme de compostage se situerait autour de : 3000000 € d'investissements. Parmi les plate-formes étudiées par l'Agence de l'eau, c'est la plate-forme de Traffeyère qui correspond le mieux à notre plate-forme de compostage, avec les caractéristiques suivantes :

Caractéristiques de la plate-forme de Traffeyère (38)
(Source : Agence de l'eau, 2007)

 

Cette plate-forme présente les mêmes capacités de traitement et présentent des volumes traitables similaires, avec le même processus de fermentation en casiers fermés même si le traitement des odeurs diffère de celui de notre plate-forme de compostage. Néanmoins, on peut raisonnablement affirmer que les coûts d'investissement et les coûts de traitement présentent les mêmes ordres de grandeur.

Il est cependant nécessaire de discuter ces valeurs. En effet, le coût de la vie et des matériaux n'étant pas le même en métropole et à la Réunion, on peut supposer que les coûts d'investissement de notre plate-forme soient plus élevés.

2.2. Estimation des recettes

Les recettes d'une plate-forme de compostage sont de 2 types :

  • Facturation des apports de déchets
  • Vente du compost

La facturation des apports de déchets constitue 70% à 90% des recettes et varie entre 30€/t et 60€/t de boues traitées (cf ADEME, 2001). La vente du compost quant à elle ne représente que 12 % environ du coût de traitement, et oscille autour de 6€/t de déchets traités. Ces chiffres sont relativement bas en comparaison des coûts de traitement, mais peuvent être compensés par des subventions.

Cependant, il est intéressant de remarquer que dans le cas de notre plate-forme de compostage, les boues sont apportées directement sur la plate-forme et ne proviennent pas d'un client extérieur (sauf changement dans la conduite de la plate-forme). Dès lors, les coûts de traitement des boues par compostage ne représenteraient donc plus une source de revenus, mais plus une alternative à un traitement des boues résiduaires éventuellement plus coûteux tel que l'incinération ou l'enfouissement.

Bibliographie

Bonneau J. (1994) Amélioration d’une ligne d’affinage de compost sur l’usine de Saint-Malo (35)

ADEME (2001) Guide technique : la gestion des déchets verts, 143 p

INDDIGO (2011) PDEDMA : Projet de plan révisé d’élimination des déchets ménagers et assimilés du département de la réunion, Conseil Général de la Réunion, 126 p

Techniques de l’ingénieur (2010) Emissions gazeuses et traitement de l’air en compostage, g1925, 19 p

Agence de l'eau (2007) Références de coûts pour la construction d'ouvrages de traitement des boues de station d'épuration, AERMC, 20 p

Dimensionnement des procédés de traitement des effluents

La plate-forme de compostage rejette des quantités importantes d'effluents, qu'il est nécessaire de traiter afin de respecter les normes environnementales et olfactives prescrites par la réglementation des ICPE. Ces effluents sont liquides et gazeux, et il est dès lors nécessaire de mettre en place des traitements spécifiques pour chaque type d'effluent.

1. Traitement des effluents liquides par lagunage naturel

Les effluents liquides à traiter au niveau de la plate-forme de compostage sont de 2 types : les lixiviats issus du procédé de compostage et les eaux de ruissellement. Ces effluents sont principalement chargés en polluants organiques et en NH4+ issus de la dégradation de la matière organique. Afin de traiter cette pollution, nous choisissons un traitement des effluents par lagunage naturel.

1.1. Dimensionnement des flux de liquide en entrée

Pour estimer les flux de liquide en entrée, nous avons émis l'hypothèse que ces flux sont issus de 2 principales sources :

  • Les eaux de procédé issues de la lixiviation au sein des andains
  • Les eaux de voirie issues du ruissellement de l'eau de pluie sur les voies de circulation

Pour les eaux de procédé, le flux d'émission a été fixé à la valeur de 50 L/tMB0 considérée comme un ordre de grandeur fiable dans le cas d'un compost en bâtiment (cf ADEME, 2005). Les valeurs de charge sont quant à elles choisies en prenant l'estimation haute des valeurs présentées par la bibliographie.

Concernant les eaux de voirie, on suppose que les eaux de voirie claires représentent 90% des eaux de voirie totales, le reste étant constitué des eaux procédé. Le débit de ces eaux de ruissellement est estimé à partir de la pluie de référence journalière de 24 mm/j imposée par l'arrêté préfectoral du 18 novembre 2013 relatif à la mise en conformité de la STEP de Saint-Louis du Gol.

On obtient alors une charge journalière d'environ 130 kgDCO/j et une charge en entrée de Se=712 gDCO/m3.

On suppose ensuite que le rendement d'abattement de la DCO est de 95% (rendu possible par l'aération prolongée) et on obtient donc une charge journalière en sortie de 6 kgDCO/j et une charge en sortie de Ss=36 gDCO/m3.

1.2. Dimensionnement du bassin de lagunage

Afin de traiter cette pollution principalement organique, nous avons décidé de procéder à un lagunage naturel (cf Bessière, 2014). Ce type de traitement est justifié par le fait qu'il est énergétiquement peu coûteux, qu'il nécessite peu d'entretien et qu'il est bien adapté à des effluents présentant des charges faibles, ce qui est notre cas. De plus, ce traitement présente une désinfection particulièrement importante (avec des abattements de l'ordre de 4 log) dans des climats chauds tels que celui de la Réunion (cf Technique de l'ingénieur, 2014).

Pour effectuer le dimensionnement, on pose l'hypothèse que le lagunage naturel s'apparente à un processus à boues activées continu sans recyclage. Le bassin de lagunage se compose de 3 sous-bassins permettant de traiter la pollution organique et la pollution azotée (voir schéma ci-desssous).

Schéma de fonctionnement général d'un lagunage naturel
(Source : Technique de l'ingénieur, 2014 )

  • Bassin de traitement de la pollution organique

Dans ce cas, afin de calculer le volume du bassin, on calcule tout d'abord la concentration en biomasse maintenue :

   $X=\frac{Y_{x/s}\times (S_{e}-S_{s})}{1+K_{d}\times \theta_{H}}$

-On choisit $Y_{x/s}=0,45\:gMVS/gDCO$ la production de biomasse standard et $K_{d}=0,06\:j^{-1}$ le coefficient de mortalité des microorganismes qui sont des valeurs standards mesurées à 20°C. Du fait du climat tropical de l'île de la Réunion ainsi que de la faible variabilité de la température au cours des saisons, on peut supposer que ces paramètres changeront relativement peu au cours du temps.
-Par ailleurs on choisi $\theta_{H}=20\:j$ l'âge des boues correspondant à un traitement en aération prolongée

On obtient une concentration maintenue en biomasse X de 138,3 gMVS/m3.

On calcule ensuite la charge massique Cm :

   $Cm=\frac{1/(\theta_{H}+K_{d})}{Y_{H}}$

On obtient une charge massique Cm de 0,17 kgDCO/kgMVS/j. Le volume est ensuite calculé à partir de la concentration en biomasse et de la charge massique :

   $V=\frac{Q\times(S_{e}-S_{s})}{Cm \times X}$

On obtient alors un volume de 5219 m3 arrondi à 5220 m3. En prenant une hauteur de 1 m, on a donc une surface de bassin de 5220 m2. Cette hauteur d'eau permet d'éviter l'apparition de végétaux supérieurs pouvant éventuellement entrer en compétition avec les microphytes

  • Bassin de traitement de la pollution par nitrification/dénitrification

Une fois la pollution organique traitée, il est important de traiter la pollution azotée avant de rejeter les effluents dans le milieu naturel.

Pour cela, un second bassin de traitement est nécessaire. On peut calculer le temps de séjour des boues minimum afin d'avoir un abattement optimal de la pollution azotée. On a :

   $\theta_{min}=\frac{1}{(\mu_{N,max}-K_{d,N}}$

avec $\mu_{N,max}=0,65j^{-1}$ le taux de croissance et $K_{d,N}=0,05j^{-1}$ les données stoechimétriques et cinétiques à 20°C des bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes (cf Yolaine).

On a $\theta_{min}=1,6\:j$. On choisi donc de prendre un $\theta=6\:j$ trois fois supérieur au $\theta_{min}$ afin d'assurer le traitement de la pollution azotée.

Le volume du bassin de traitement de la pollution azotée est calulé comme étant 3 fois moins important que le bassin de traitement primaire comme le suggère la bibliographie (cf Technique de l'ingénieur, 2014), soit de 1800 m3, ce qui en gardant la même profondeur que pour le bassin de traitement primaire donne une surface de 1800 m2.

  • Bassin d'affinage

Ce 3e bassin de traitement est principalement un bassin d'affinage. Il permet aussi de maintenir l'efficacité du traitement lors du dysfonctionnement d'un des 2 bassins de traitement ou lors de leur entretien.

D'après le même calcul effectué précédemment, ce bassin doit idéalement présenter un volume de 1800 m3 et donc une surface de 1800 m2.

Ce bassin d'affinage porte le système de traitement des effluents liquides à une emprise au sol de 8800 m2. Ce chiffre est conséquent par rapport à la taille totale de la plate-forme, mais s'explique par les temps de séjour relativement élevés spécifiques à un tel traitement. De plus, il se justifie pleinement car il permet de stocker le volume d'eau nécessaire pour l'humidification des andains et présente une fonction de tamponnement particulièrement pertinente dans une zone soumise à des fortes précipitations telles que celles rencontrées à la Réunion.

2. Traitement des effluents gazeux par biofiltration

Au cours du processus de compostage, un certains nombre de composés gazeux sont rejetés vers le milieu extérieur. Parmi ces composés, certains présentent peuvent présenter des nuisances olfatctives pour les employés de la plate-forme voire pour les riverains. Il est dès lors nécessaire de les traiter. Notre choix s'est porté sur un biofiltre à compost.

2.1. Quantification des effluents gazeux à traiter

Afin de quantifier au mieux les effluents gazeux à traiter à traiter le biofiltre, nous nous sommes principalement basés sur les résultats du modèle. En effet, notre modèle nous a permis de calculer l’émission du principal effluent gazeux produit au cours du compostage, à savoir le NH3. La valeur obtenue est de 4526 gNH3/tMS0, valeur comprise dans l’intervalle d’émission estimé par l’ADEME à des valeurs supérieures à 4100 gNH3/tMS0

Les composés organiques volatils (COV) forment l’autre principale source de nuisances olfactives. La valeur d’émission de ces derniers est très variable (entre 1 et 10 kg/tMS0 de COV émis tout au long du processus cf ADEME, 2012). Nous avons retenu la valeur de 3000 gCOV/tMS0 qui est celle présentée comme valeur d’émission maximale pouvant être prise en compte dans un calcul de cycle de vie d’une station de compostage. (cf ADEME, 2012).

Les autres gaz présentant des nuisances olfactives potentielles sont le H2S et le CH4. Les valeurs d’émission retenues sont celles présentées par l’ADEME pour un compostage de boues d’épuration d’une durée de 4 à 6 semaines, ce qui est relativement proche de notre situation. L’ensemble de ces valeurs ont été reportées dans le tableau ci-dessous :

Valeurs d’émissions de gaz choisies pour le dimensionnement du biofiltre

Il est à noter la grande variabilité de ces valeurs d’émission. En effet, elles sont directement fonction de la conduite du compostage. Ainsi, un compost mal aéré va avoir tendance à rejeter beaucoup plus de composés olfactifs, puisque ceux-ci sont principalement issus des fermentations anaérobies.

2.2. Dimensionnement du biofiltre

A partir de ces valeurs d’émissions, nous avons dimensionné un biofiltre permettant de traiter cette pollution.

Schéma de fonctionnement d’un biofiltre
(Source : Technique de l’ingénieur, 2010)

Le principe du biofiltre consiste à forcer le passage du gaz à traiter à travers un matériau de garnissage colonisé par des micro-organismes en maintenant un taux d’humidité constant. Le choix du compost comme matériau garnisseur a été motivé par plusieurs raisons. Tout d’abord, son coût d’achat faible puisqu’il est produit directement sur place. Ensuite, le compost présente une richesse en nutriments nécessaires au développement de micro-organismes intéressant puisqu’elle permet de s’affranchir d’un apport supplémentaire en nutriments au niveau du biofiltre.

L’estimation des dimensions du biofiltre est ensuite résumée dans le tableau ci-dessous :

Résultats du dimensionnement de la biofiltration des effluents gazeux issus de la phase active du compostage
(Source : Technique de l’ingénieur, 2010, RECORD, 2006)

Le volume du biofiltre est obtenu en effectuant le calcul suivant :

   $V=\frac{Q_{g}\times (S_{ge}- S_{gs})}{CE}$

Ainsi, on observe qu’avec un biofiltre de 410 m3 à travers lequel on injecte 30 000 m3/h d’air, il est possible de traiter l’ensemble des émissions gazeuses produites par les 5 andains de phase active présents sur la plate-forme.

On peut toutefois nuancer ce calcul, en précisant que la capacité d’élimination est une valeur moyenne arbitraire, et que le rendement choisi est fonction de la qualité du compost introduit dans le biofiltre. Il est aussi possible d’observer une baisse du rendement au cours du temps. Cette baisse est due en majeure partie au phénomène de tassement que l’on peut observer lors de l’emploi de matériaux de garnissage organiques tels que le compost. Ce phénomène implique une durée de vie faible du biofiltre, inférieure à 5 ans.

 

Bibliographie

ADEME (2005) Impacts environnementaux de la gestion biologique des déchets : Bilan des connaissances, 331 p

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