La forte évolutivité des normes rendant obsolète certains débouchés tels que la mise en CET, la pression sociale grandissante à l'encontre de l'incinération et la nécessité d'offrir aux collectivités des solutions compétitives et ouvertes sur toutes technologies et débouchés, ont conduit Degrémont a privilégier le séchage comme véritable étape intermédiaire et évolutive vers toutes les filières d'évacuation. Couplé à d'autres procédés comme la digestion, l'incinération et/ou la gazéification, le séchage permet également de réduire significativement les coûts et les dépenses énergétiques, tout en améliorant les propriétés structurales des boues. Au-delà de la recherche de solutions économiques tant en investissement qu'en exploitation, Degrémont travaille à respecter les impératifs du développement durable et son innovation est aujourd'hui guidée par la nécessité de réduire les consommations énergétiques pour limiter l'emploi des énergies fossiles et assurer la sécurité sanitaire.
Couplé à d’autres procédés comme la digestion, l’incinération et/ou la gazéification, le séchage permet également de réduire significativement les coûts et les dépenses énergétiques, tout en améliorant les propriétés structurales des boues. Au-delà de la recherche de solutions économiques tant en investissement qu’en exploitation, Degrémont travaille à respecter les impératifs du développement durable et son innovation est aujourd’hui guidée par la nécessité de réduire les consommations énergétiques pour limiter l’emploi des énergies fossiles et assurer la sécurité sanitaire.
Les boues, même déshydratées, soulèvent une problématique particulière : elles ne peuvent plus, comme par le passé, être considérées comme un simple déchet destiné à une valorisation agricole ou une mise immédiate en centre d’enfouissement technique. La matière organique contenue dans ces boues confère à celles-ci une potentialité de valorisation agronomique et énergétique qu’il faut à présent savoir pleinement exploiter. Cette potentialité est cependant contrebalancée par la présence d’un
Large spectre d'agents polluants allant de la bactériologie aux dioxines, en passant par les métaux lourds, dont les teneurs limites sont fortement réglementées. Il existe donc une optimisation permanente entre les possibilités de valorisation et l'élimination directe au travers des règlements et contraintes économiques liées aux coûts de valorisation et d'élimination.
Le recyclage, encore appelé valorisation des boues, se fait principalement en agriculture, avec ou sans complémentation, mais aussi en réhabilitation de terrains dégradés (carrières, remblai, revégétalisation de CET...), en sylviculture, en paysagisme urbain. Il permet de réintégrer, via le sol, les principaux éléments constitutifs de la boue (carbone, azote, phosphore) dans les grands cycles géochimiques en utilisant leur pouvoir fertilisant. Pour être admissible dans cette filière, les boues doivent à minima avoir subi un traitement de stabilisation (digestion, chaulage, compostage, séchage poussé). Leur hygiénisation, encore non imposée par la réglementation française, est de plus en plus demandée pour des raisons sanitaires. Leur stockage est à assurer pendant des durées de 6 à 9 mois selon les cas, voire plus, avec une gestion par lots pour assurer la traçabilité. Enfin, si l'épandage n'est plus possible, la filière de déshydratation et de traitement doit permettre une voie d'élimination de secours (mise en décharge, incinération).
De leur côté, les procédés d'élimination des boues par destruction thermique (type incinération sur lit fluidisé) apportent une solution définitive à la problématique des boues du fait des contraintes réglementaires grandissantes, des craintes exprimées par les agriculteurs vis-à-vis de l'épandage en termes de sécurité sanitaire, et donc du manque de visibilité à moyen-long terme de la filière recyclage. Pour être éligible à cette filière, la boue doit présenter la meilleure siccité possible en déshydratation mécanique afin de réduire ou de supprimer la consommation de combustible d'appoint et le débit de fumées à traiter. Le choix de cette filière influence les orientations concernant la filière eau afin d'obtenir, si possible, des boues riches en matières volatiles et à forte siccité (PCI élevé). Mais ces technologies souffrent aujourd'hui d'un problème d'image principalement lié aux difficultés rencontrées avec l'incinération des ordures ménagères.
Quant à la mise en décharge, suite à la révision des directives européennes de 2000, elle est de moins en moins compétitive : 60 à 90 € par tonne en CET classe 2, et 180 à 275 € par tonne en CET classe 1. La réduction maximale des tonnages par des traitements appropriés (séchage, incinération...) devient alors une nécessité.
Le séchage : solution multi-filière
Face à cette problématique, Degrémont qui accompagne ses clients dans le traitement et l'évacuation de leurs boues d'épuration, s'est positionné il y a une dizaine d'années sur les technologies de séchage : seule solution multi-filière puisqu'elle prépare les boues à toutes les filières, et garantit leur évacuation dans tous les cas. (Cf. schéma ci-dessus n° 1).
Ainsi, au travers de licences, de partenariats, de développements de produits propriétaires et de collaboration avec des équipementiers reconnus, Degrémont a développé une expertise conséquente en matière de séchage.
Concrétisée par plus d'une centaine de références à travers le monde, elle porte sur la conception, la construction et l'exploitation d'ateliers de séchage complets comprenant non seulement le sécheur mais également tous ses périphériques comme le pelletiseur ou encore la désodorisation spécifique. (Cf. schéma n° 3)
De manière générale, les sécheurs utilisés dérivent de ceux des industries chimiques, pharmaceutiques et agroalimentaires, et ont été adaptés aux propriétés spécifiques des boues.
La chaleur se transmet de trois manières différentes : la conduction, la convection, le
Rayonnement
Appliqués aux boues, ces modes de transmission de chaleur vont se traduire par des technologies différentes :
- sècheur indirect : transfert de chaleur au travers d’une surface d’échange métallique (conduction, convection) ;
- sècheur direct : transfert de chaleur par contact direct du fluide caloporteur et de la boue (conduction) ;
- sècheur mixte : combinaison des deux systèmes, la première partie du séchage se fait dans une zone de séchage indirect, la seconde dans une zone de séchage direct.
Les différentes technologies de séchage
| Transfert de chaleur | Sans recirculation intensive | Avec recirculation intensive |
|---|---|---|
| Direct | Centrhydry (séchage partiel) – Sècheur à air chaud (dont sècheur à bande) | Sècheur à tambour – Lit fluidisé – Sècheur à air chaud (à bandes) |
| Indirect | Naratherm | — |
| Mixte | Sècheur à couche mince + sècheur à bande (Innodry) – Sècheur à couche mince + transport pneumatique | — |
| Rayonnement (solaire) | Héliantis (séchage partiel – séchage solaire) | — |
Pour certaines technologies, la présence de la phase à forte viscosité est incompatible avec le fonctionnement du sècheur. Dans ce cas, pour l’éviter, les constructeurs utilisent une recirculation intensive des produits séchés en tête du sècheur de manière à ce que l’alimentation soit portée au-delà du seuil de siccité critique, soit par sécurité à 65 % au moins. Il existe donc une gamme de sècheurs à recirculation externe intensive (300 à 500 % des matières sèches entrantes) qui peuvent ensuite être directs ou indirects.
Une étape de pré-granulation durant la phase de recirculation intensive permet de conférer au produit séché final les propriétés d’un produit granulé ne nécessitant plus d’étape éventuelle ultérieure de mise en forme. D’autres constructeurs ont privilégié la mise au point d’une technologie permettant d’accepter la phase de forte viscosité dans le sècheur proprement dit.
Cependant, si le choix de la technologie de séchage est essentiel, la conception globale de l’atelier est encore plus importante, car de la bonne ingénierie des périphériques va dépendre la réussite globale de l’atelier.
Les principaux périphériques de l’atelier de séchage sont :
- la manutention des boues humides puis des boues séchées ;
- la boucle du fluide caloporteur ;
- le traitement des buées avec ou sans récupération de chaleur ;
- le post-traitement éventuel des boues séchées : la pelletisation ;
- le stockage longue durée des produits séchés ;
- la désodorisation spécifique ;
- la sécurité globale de l’atelier de séchage.
L’exploitation des ateliers de séchage
Il est fortement recommandé d’envisager l’exploitation d’un atelier de séchage sur un mode de fonctionnement continu, au moins sur une période de 5 jours. Pour les ateliers de forte capacité évaporatoire (supérieure à 3 t/h), il est raisonnable d’envisager un fonctionnement continu sur une base de 7 500 h/an de travail effectif.
L’organisation de l’exploitation est assez différente suivant que l’atelier est conçu avec ou sans unité de pelletisation.
Sans unité de post-pelletisation, il est souvent admis que cet atelier puisse être automatisé au point où il ne nécessite pas une présence continue d’opérateur, particulièrement pour les postes de nuit. Dans ce cas, un système efficace d’astreinte doit être mis en place.
Avec une unité de post-pelletisation, le même principe n’est applicable que si l’unité de pelletisation est surdimensionnée en capacité pour ne travailler qu’en présence des opérateurs (par exemple, poste à la journée). Dans ce cas, l’atelier de séchage doit intégrer un stockage tampon entre la sortie des produits séchés et l’entrée dans l’unité de post-pelletisation.
Lorsque l’unité de post-pelletisation est en ligne directe avec le séchage et même si l’unité de pelletisation a un secours de 100 % de capacité, il n’est pas conseillé de l’exploiter sans présence humaine permanente. Il en est de même pour les ateliers avec recirculation intensive.
Présentant plusieurs risques (auto-échauffement des produits séchés, production de gaz de pyrolyse, explosions dues à la poussière ou à des concentrations de CO et O₂, étincelage...), les ateliers de séchage de boues doivent faire l’objet systématique d’une analyse de danger et de risques asso-
ciée à l'étude de classement suivant la réglementation. Les paramètres de sécurité sont intégrés d'origine dans les projets et l'ingénierie des ateliers de séchage ; ils sont également intégrés dans l'analyse fonctionnelle et interfèrent avec la régulation des automatismes. Le personnel d'exploitation doit être formé à ces risques et à ces mesures.
Des solutions moins énergivores
La raréfaction des ressources en énergies fossiles et le souci de limiter au maximum l’impact environnemental poussent les industriels à rechercher des solutions moins énergivores et plus propres pour l'environnement. Comme pour la plupart de ses technologies, Degrémont travaille aujourd'hui à réduire la facture énergétique des équipements mis en œuvre, et les ateliers de séchage ne font pas exception. Pour répondre à cet enjeu, un certain nombre de procédés ont été développés tels que le séchage solaire, l'Innodry 2E ou encore, pour les très grosses installations (du type Valenton du SIAAP), l’atelier de séchage-gazéification.
Sur le marché français des petites et moyennes installations inférieures à 50 000 E.H., le séchage solaire s'est nettement imposé ces cinq dernières années, lorsque les conditions (type de boue, espace et ensoleillement essentiellement) le permettent. La technologie Héliantis, le sécheur solaire de Degrémont, dispose aujourd'hui de plus de 45 références de par le monde.
Tableau : liste des installations mettant en œuvre la technologie Héliantis
| Référence | Pays | Capacité (T MS/an) | Siccité | Mise en service |
|---|---|---|---|---|
| Hammerstein | Allemagne | 80 | 20 % → 70 % | 1994 |
| Iffezheim | Allemagne | 90 | 20 % → 70 % | 1997 |
| Burgrieden | Allemagne | 300 | 27 % → 75 % | 1998 |
| Glarus | Suisse | 900 | 25 % → 45 % | 1999 |
| Bâlen (Extension) | Suisse | 900 | 25 % → 85 % | 2002 |
| Albstadt | Allemagne | 1 350 | 32 % → 47 % | 2002 |
| Vils | Autriche | 600 | 40 % → 70 % | 2003 |
| Burpengary | Australie | 280 | 16 % → 70 % | 2003 |
| Sargans | Suisse | 300 | 25 % → 75 % | 2003 |
| Ensisheim | France | 175 | 17 % → 70 % | 2003 |
| Vesprem | Hongrie | 2 100 | 28 % → 70 % | 2004 |
| Sigmaringen | Allemagne | 450 | 30 % → 70 % | 2004 |
| Rzeszow | Pologne | 1 380 | 23 % → 70 % | 2004 |
| Régnier | France | 320 | 18 % → 80 % | 2004 |
| Pontarlier | France | 1 050 | 30 % → 70 % | 2004 |
| Brumath | France | 650 | 26 % → 60 % | 2004 |
| Dieuze | France | 150 | 17 % → 70 % | 2005 |
| Romorantin | France | 600 | 17 % → 75 % | 2005 |
| Sierentz | France | 350 | 16 % → 70 % | 2005 |
| Orgelet | France | 110 | 17 % → 75 % | 2005 |
| Étréchy | France | 270 | 20 % → 70 % | 2005 |
| Gévézé | France | 100 | 20 % → 55 % | 2005 |
| Clairvaux-les-Lacs | France | 100 | 18 % → 75 % | 2005 |
| Is-Marcilly-sur-Tille | France | 220 | 20 % → 70 % | 2005 |
| L’Antonnière | France | 180 | 16 % → 70 % | 2005 |
| Chartres-de-Bretagne | France | 740 | 20 % → 55 % | 2005 |
| Vire | France | 930 | 20 % → 55 % | 2005 |
| Neufchâteau | France | 290 | 28 % → 70 % | 2005 |
| Folschwiller | France | 320 | 26 % → 70 % | 2005 |
| etc | ||||
Degremont
La consommation électrique de cette technologie varie entre 20 et 80 kWh par tonne d'eau évaporée contre une moyenne de 950 kWh/t d'énergie thermique pour la plupart des sécheurs thermiques. La serre Héliantis utilise le rayonnement solaire pour accélérer le processus d'élimination de l'eau contenue dans les boues déshydratées. La boue à sécher est étalée puis véhiculée à l'intérieur de la serre au moyen d'une machine de scarification. La boue ainsi séchée se présente sous la forme de granulés de 1 à 4 cm de diamètre ; elle est facile à manipuler, entreposer et épandre. Les serres Héliantis produisent des granulés de siccité supérieure à 70 %.
L'Innodry 2E d'Innoplana est adapté aux installations de plus grosses capacités. De par sa récupération partielle de la chaleur latente d'évaporation de l'eau, il permet d'atteindre des performances nettement supérieures, se situant dans la fourchette des 700 à 850 kWh/t d'eau évaporée. Offrant une capacité évaporatoire jusqu'à 3 t/h, le sécheur Innodry 2E est un sécheur mixte utilisant en première étape un séchage à couche mince et en seconde étape un sécheur à bande à air chaud.
Le procédé comporte deux innovations significatives :
- - entre les deux étapes de séchage, le produit pré-séché qui se trouve être dans la phase de forte viscosité est extrudé de manière aisée (cohérence agglomérante) sous forme de pellets. De la sorte, le lit de pellets du sécheur à bande est très perméable et l'économie est faite d'une unité de mise en forme ultérieure ;
- - les buées issues du premier étage de séchage sont condensées par voie indirecte et leur chaleur latente récupérée est utilisée pour le chauffage de la boucle d'air chaud servant de fluide caloporteur au second étage.
Il existe à ce jour une trentaine de références Innodry 2E à travers le monde dont, pour les dernières, Varsovie (Pologne, 450 000 E.H.) démarrée en avril 2006 et Arcachon (France, 285 000 E.H.) dont la mise en service est prévue début 2007.
Autre solution enfin pour réduire la consommation énergétique d'un atelier de séchage : son couplage avec une digestion en amont. Le biogaz produit est utilisé pour chauffer le fluide caloporteur soit directement, soit à l'aide d'atelier de cogénération transmettant l'énergie thermique par un moteur à gaz ou des turbines à gaz. Plusieurs références existent à ce jour, dont Limoges en France (285 000 E.H.), ou Cork en Irlande (415 000 E.H.). ■
