Au cours des deux dernières décennies, de nombreux procédés ont été développés pour résoudre le problème du traitement des boues de stations d’épuration. Cette évolution a été entraînée par la nécessité de s’adapter, soit à la taille des installations, soit aux exigences locales, tout en abaissant les coûts du traitement.
La crise de l’énergie, la volonté de revaloriser au mieux des produits considérés comme des déchets, l’évolution des réglementations, l’innovation technique ont amené quelques changements dans la manière de résoudre les problèmes.
Nous essaierons de faire le point sur les réponses techniques qui peuvent être apportées dans les années à venir pour tenir compte du cadre nouveau à l’intérieur duquel le choix des filières devra être fait.
Le schéma général d’élimination des boues des stations d’épuration peut être représenté comme suit :
[Schéma : schéma général d’élimination des boues des stations d’épuration]Le choix entre l’une ou l’autre des solutions est guidé par la nécessité de trouver une solution qui tienne compte des facteurs sanitaires, de l’origine des boues, de leurs caractéristiques physico-chimiques, des conditions économiques et des possibilités locales, ou encore de considérations d’échelle.
ÉLIMINATION
LA DÉCHARGE
La mise en décharge des boues est régie par la Circulaire du 22 février 1973 et par la circulaire du 10 juin 1976. Ces deux textes impliquent que les boues aient une teneur en matières sèches de 25 %. Ceci impose un traitement de dessication mécanique ou le séchage sur lit, dans de bonnes conditions, des boues préalablement stabilisées de préférence.
Si le coût de la décharge proprement dite reste bas, les coûts d’enlèvement et de transport peuvent devenir non négligeables. Nous avons noté des fluctuations de coût comprises entre 8 et 60 F le mètre cube de boue, auxquels s’ajoute le coût de la dessication.
Les problèmes qui se posent sont la rareté de plus en plus grande des décharges, leur éloignement par rapport au site de la station d’épuration. Leur exploitation n’est pas facilitée par l’apport de masses importantes de boues.
L’INCINÉRATION
L’incinération est le procédé qui a été souvent retenu lorsqu’il s’est agi de traiter les boues des agglomérations de taille supérieure à 200 000 équivalents habitants. De plus, c’est le procédé qui résout le mieux le cas des boues impropres à toute revalorisation.
L’élément nouveau, depuis le début de la crise de l’énergie, est l’augmentation du prix du fuel. Il a amené à reconsidérer les filières pour les rendre non consommatrices d’énergie, voire même productrices de calories de récupération.
Les solutions à l’amélioration du bilan thermique doivent être recherchées tout en assurant les conditions nécessaires à une combustion parfaite des gaz. Il y a deux possibilités qui peuvent être complémentaires :
- — augmentation de la teneur en matières sèches des boues,
- — augmentation de la récupération d’énergie.
L’augmentation de la teneur en matières sèches des boues peut être obtenue par des moyens mécaniques ou thermiques.
En choisissant judicieusement les équipements et les réactifs, il est pratiquement possible de concevoir une filière qui fonctionne sans calories d’appoint. Nous reviendrons plus en détail ci-dessous sur le séchage thermique.
Augmentation de la récupération de calories
La plupart des incinérateurs comportent un échangeur récupérateur placé sur le conduit des fumées pour le réchauffage de l’air de combustion.
La mise en place d’un économiseur à l’aval du récupérateur, ou à sa place, permet d’améliorer de façon
sensible la récupération de calories et de produire de l'eau chaude, de l’eau surchauffée ou de la vapeur, selon les besoins. L’eau chaude peut servir au chauffage de bâtiments ou d'un digesteur, l'eau surchauffée peut alimenter un conditionnement thermique, la vapeur peut alimenter un réseau ou un sécheur.
LA REVALORISATION ÉNERGÉTIQUE
LE COUPLAGE : CONDITIONNEMENT THERMIQUE - INCINÉRATION
Adoptée déjà par plusieurs villes de France, cette solution est particulièrement intéressante du point de vue économique. Le principe en est simple : les boues issues du conditionnement thermique sont facilement déshydratées à un niveau qui permet leur incinération avec un bilan thermique positif. Les calories excédentaires sont utilisées pour faire de l'eau surchauffée à 220 °C. Cette eau surchauffée alimente l'échangeur secondaire du conditionnement thermique.
Exemple : Installation du MANS (figure 1).
| 1 | RÉCUPÉRATEUR | Gaz/Gaz |
| 2 | ÉCONOMISEUR I | Gaz/Eau |
| 3 | ÉCONOMISEUR II | Gaz/Eau |
CONDITIONNEMENT THERMIQUE
1 LE MANS
La chaîne complète comprend : un épaississeur primaire, un conditionnement thermique procédé ODA, un épaississeur secondaire, un poste de centrifugation et un four d'incinération à lit fluidisé Fluo Solids équipé de son système de récupération de calories.
La capacité nominale de l'installation est de 28 t/jour de matières sèches et elle fonctionne en continu sans calories d'appoint.
Les calories provenant de la combustion des boues sont récupérées à concurrence de 15 % pour le préchauffage de l’air de combustion, 35 % pour le fonctionnement du conditionnement thermique et 18 % pour le chauffage des locaux communaux. Ce qui correspond pratiquement au maximum de ce qui est récupérable. Sont en effet perdues les calories nécessaires à l’évaporation de l’eau et à celles entraînées par les gaz chauds rejetés à l'atmosphère.
C’est au total l’équivalent de plus de 1 700 t de fuel par an qui sont revalorisées.
On constatera que le haut niveau de dessiccation atteint par simple centrifugation (la teneur des boues centrifugées est généralement supérieure à 45 % de matières sèches) permet même une récupération de calories à usage externe au système.
La mise au point de traitements anaérobies des liqueurs produites par la cuisson des boues va contribuer à rendre cette filière de traitement encore plus performante.
COUPLAGE FOUR-SÉCHEUR
Comme nous l’avons dit plus haut, l’installation d'une chaudière à la place ou en complément d’un échangeur air-fumées permet d’augmenter la récupération de calories à partir des fumées. Ce complément de calories peut être utilisé dans un sécheur.
Le graphique ci-dessous (figure 2) montre le gain d'énergie qui peut être réalisé grâce à ce sécheur.
La courbe A correspond aux caractéristiques physico-chimiques d'une boue qui, avec un échangeur récupérateur de type classique, nécessite 50 kg de fuel par tonne de matière sèche pour l'incinération. La courbe B montre les caractéristiques de cette même boue, après séchage. Son incinération ne nécessite plus de fuel d’appoint.
L'intérêt d'une telle filière est le suivant :
- — amélioration du bilan thermique d'une installation existante nécessitant du fuel. Augmentation de la capacité du four, car les boues plus sèches produisent un volume de fumées moins important ;
- — les boues issues du sécheur ont une teneur en eau très faible qui permet de les stocker et de les ensacher sans risque d’évolution ultérieure ;
- — l'élévation de température qu’elles ont subie les a hygiénisées, elles ont un volume très faible et se présentent sous forme d’un matériau pulvérulent facilement manipulable.
Ces différentes caractéristiques les rendent particulièrement aptes à une revalorisation agricole.
Nota : la fraction de boue qui peut ainsi être revalorisée dépend des caractéristiques de la boue après dessiccation mécanique.
La figure 3 montre le schéma d'une telle installation.
LA REVALORISATION AGRICOLE
Beaucoup de choses ont déjà été dites et écrites sur ce sujet et certaines questions font encore l’objet de travaux qui, à terme, permettront de conclure sur l'intérêt et la manière de revaloriser les boues en agriculture. Nous ne parlerons pas du problème des métaux lourds qui font l'objet de nombreuses études et dont les effets ne seront connus qu’à long terme. Nous nous contenterons de décrire les filières qui peuvent aboutir à la réutilisation agricole des boues après avoir quantifié son impact. Selon une enquête récente, en réalisant la distribution de la totalité des matières sèches des boues, à raison de 3 t/ha, on ne pourrait intéresser que 200 000 ha, soit environ le tiers d'un département. L'azote contenu dans ces boues représente 20 000 à 30 000 t/an, soit 1 à 2 % environ des besoins de l’agriculture française. Le phosphore représente, quant à lui, 0,5 % de ces mêmes besoins.
Ces valeurs situent bien le niveau du problème et expliquent que l’aspect économique du coût global du traitement reste l’élément essentiel de sélection d'une filière de traitement. Deux voies sont possibles : la réutilisation directe par voie liquide, la réutilisation après traitement.
LA RÉUTILISATION DIRECTE PAR VOIE LIQUIDE
La boue doit être préalablement stabilisée pour réduire son pouvoir fermentescible et éviter tout effet dépressif sur les sols.
L'aspersion ou l’épandage ne pouvant se faire à tout moment, il faut prévoir un stockage correspondant à la production de plusieurs mois de boues liquides.
Les coûts sont également générés par l’achat et l'entretien du matériel d’épandage, par le transport et les frais de main-d'œuvre.
Quelques expériences sont en cours sous l’égide de plusieurs organismes pour relancer une technique qui, employée depuis longtemps dans certains cas isolés, n'avait jamais jusqu’alors connu une grande popularité.
LA RÉUTILISATION APRÈS TRAITEMENT
— Le séchage
Nous en avons déjà parlé dans le chapitre sur l’incinération. Il offre l’avantage de fournir un produit très sec correspondant, pour une quantité de boue donnée, au poids et au volume minima.
Ce produit, stérilisé par le traitement subi, se prête très bien aux opérations de stockage, manutention, mélange éventuel, ensachage, épandage.
Les études que nous avons menées montrent que les débouchés pour un tel produit sont nombreux.
Naturellement, toute l’économie du procédé repose sur le coût des calories nécessaires pour évaporer l'eau des boues et sur le prix de vente du produit. Les études au cas par cas sont donc nécessaires pour juger de l’intérêt de ce système qui, curieusement, semble faire un retour sur le marché depuis ce qu’il est convenu d’appeler la crise de l’énergie.
— Le compostage
C’est la solution dont les applications devraient être de plus en plus nombreuses. En effet, elle cumule un certain nombre d’avantages :
- • mise en œuvre de boues fraîches, les plus riches donc en matière organique et en azote, ne nécessitant pas de dessiccation poussée ;
- • procédé qui réalise l’hygiénisation du produit ;
- • le compost obtenu est très facilement stockable sans précaution particulière, aussi bien sur le lieu de production que chez l’utilisateur.
Le procédé consiste à traiter par fermentation aérobie la boue à laquelle on a ajouté un produit carboné de manière à augmenter le rapport C/N.
On peut utiliser pour cela de la sciure de bois ou d’autres produits végétaux susceptibles de se mélanger.
ger facilement à la boue pour former un mélange homogène.
L'ensemble est composté par fermentation aérobie thermophile. La température atteinte, de l'ordre de 70 °C garantit une bonne hygiénisation du produit (fig. 4).
Le compost ainsi obtenu, tant par son aspect que par ses caractéristiques physico-chimiques, est facilement valorisable. Les études technico-économiques que nous avons effectuées, dans le cadre de projets récents, laissent à penser que la vente du compost permettrait de couvrir les frais d'investissement et d'exploitation d'une telle installation dans un délai qui rend le procédé attractif.
CONCLUSION
Les modes de traitement sont nombreux, que l'on considère les boues comme un déchet ou un produit à valoriser.
Il apparaît à l'analyse que le choix d'une filière doit être fait au cas par cas pour définir celle qui, tenant compte du contexte local et de la taille de l'installation, mènera au résultat économique le plus satisfaisant.
Il apparaît également que la revalorisation nécessite un investissement dont l'importance varie avec le degré d'élaboration du produit. L'investissement le plus élevé permet généralement une revalorisation à un plus haut niveau, voire une rentabilisation des installations.
J. P. LEGLISE.
BOUES D’EAU POTABLE : Problèmes posés par la diversité de leurs natures et de leurs origines.
par A. HAUBRY, C. FAYOUX
Département Recherche — Société Degremont
Le terme « boue d'eau potable » ne traduit en fait que le lieu de leur production, à savoir la station qui a la nécessité de produire une eau de qualité pour la consommation de la population, mais aussi, dans certains cas, pour la consommation industrielle. Ce secteur d'épuration est très vaste et fait appel à des traitements divers selon le but recherché : clarification, décarbonatation partielle ou totale, démanganisation, déferrisation…
Les sources d'eaux brutes sont elles aussi variées : fleuves à gros débits, rivières rapides ou lentes, lacs de montagne ou de barrage, canal navigable ou non, nappe phréatique, etc. En conséquence, les boues issues d'un traitement d'eau potable ont des propriétés souvent très dissemblables et le terme consacré repris dans le titre de cet exposé n'est donc absolument pas à lui seul une référence de qualité.
Il est donc temps aujourd'hui de clarifier les idées reçues dans ce domaine et de faire fructifier les nombreuses expériences vécues : en laboratoire, en pilote, mais aussi à l'échelle industrielle (la France compte cependant à ce jour moins de dix installations de traitement de boues de clarification et est encore loin des développements japonais, belges, anglais ou américains). Grâce à une vue d'ensemble globale des multiples cas rencontrés, nous pouvons maintenant brosser une ébauche de classification de ces types de boues. Cette classification n'a pas la prétention de vouloir résoudre la totalité du problème posé, mais elle permet toutefois déjà d'avoir une idée sur la qualité des boues à traiter et de présumer ainsi du choix judicieux de leur filière d'élimination et des résultats à en attendre.
1. — CLASSIFICATION (tableau 1)
Il est en effet utile d'avoir un premier outil de travail pour élaborer des projets de traitement de ces résidus et limiter ainsi le plus possible les errements de toute nature trop longtemps rencontrés. Par la
