La technologie de séchage décrite dans cet article permet aux municipalités de s'orienter indifféremment vers différentes filières de valorisation des boues selon leurs besoins spécifiques. L?optimisation de la performance énergétique du procédé permet de réduire notablement la consommation de combustibles fossiles, biogaz ou biomasses.
En France comme partout ailleurs en Europe, les collectivités basent essentiellement leur choix pour la gestion des boues de stations d’épuration sur la mise en œuvre d'une politique multi-filière qui puisse générer des avantages tant économiques (économie circulaire) qu’écologiques : la filière de valorisation matière (épandage, compostage, amendement/fertilisant…) est à ce jour la plus utilisée ; la valorisation énergétique (incinération solo, co-incinération, cimenterie…) arrive en deuxième position et l’enfouissement en CET arrive généralement en dernier recours (ou comme solution de secours).
Pour ces raisons, le séchage (et la granulation) des boues est fréquemment utilisé sur un certain nombre de grandes et moyennes STEP.
Il est bien évident que seule l'utilisation
d'une technologie de séchage éprouvée et flexible permet la mise en place d'une véritable politique multi-filière de valorisation.
Une technologie innovante « qui a fait ses preuves »
VOMM est présente en France avec ses Turbo Sécheurs depuis les années 1990. Après des réalisations dans le secteur privé pour le séchage des boues industrielles, le constructeur s'est tourné vers le secteur public et a réalisé, en 2001, sa première installation de séchage des boues de STEP à Douai, installation toujours en opération. Depuis bientôt 50 ans et plus de 120 installations de séchage des boues dans le monde, le constructeur a accumulé une grande expérience dans ce domaine. Son savoir-faire lui a permis de réaliser tout type d'installation, de la plus petite (Capri – 6 t/jour d'eau évaporée) à la plus grande (Pékin – 400 t/jour d'eau évaporée).
Le Turbo Sécheur permet de sécher des boues issues de tous types de traitements des eaux usées (primaires, secondaires, digérées) et d'obtenir un produit séché qui satisfait les différentes filières de valorisation matière ou énergie, comme demandé à l'article 14 de la Directive européenne n° 91/271 du 21/05/91 relative au traitement des eaux urbaines résiduaires : « Les boues d'épuration sont réutilisées lorsque cela s'avère approprié. Les itinéraires d'évacuation doivent réduire au maximum les effets négatifs sur l'environnement ».
La réduction de la masse de boue, variable selon le niveau de séchage choisi en fonction de la filière retenue, permet d'obtenir une empreinte carbone favorable par rapport aux boues humides (transport), une réduction des nuisances olfactives, une hygiénisation pouvant aller jusqu'au respect de la norme EPA pour les boues de Classe A en cas de séchage poussé et une amélioration importante de la performance énergétique en cas d'incinération solo ou de co-incinération.
Séchage en couche mince et haute turbulence
La turbo technologie VOMM est une technologie dite « mixte » basée sur la combinaison d'un échange thermique par conduction (paroi du Turbo Sécheur) et d'un échange thermique par convection (gaz de procédé) sur les boues à sécher. Cette technologie permet d'obtenir, en toute sécurité (taux d'oxygène < 5 % sans utilisation de gaz inerte dans le procédé de séchage) et avec un excellent rendement énergétique (couche mince en haute turbulence – récupération d'énergie), un produit séché ayant une densité apparente supérieure à 700 kg/m³.
L'installation de séchage est composée par un Turbo Sécheur et ses périphériques opérant en circuit fermé au niveau du gaz process.
Les boues issues d'un moyen de déshydratation mécanique (filtre à bandes, centrifugeuse, filtre-presse) sont envoyées à débit constant et contrôlé dans le Turbo Sécheur. Celui-ci, de type horizontal, est composé d'une chambre statique avec double enveloppe (pour la circulation d'un fluide caloporteur) et d'une turbine réglable.
Les boues avancent dans la chambre de séchage sous l'action de la turbine en formant une couche mince turbulente.
La faible épaisseur de la couche ainsi qu'un temps de séjour très court dans le sécheur (environ 2 minutes) font que la quantité de boue présente dans le sécheur est extrêmement faible, avec tous les avantages que cela comporte tant en termes de process que de sécurité.
Quelle que soit la siccité finale souhaitée, le séchage se fait en un seul passage et sans aucune recirculation, avec là aussi tous les avantages que cela présente tant en termes de process que de sécurité.
Dans le schéma ci-dessous, à la sortie du sécheur ESI, les boues sont séparées du gaz process dans un cyclone C1 et sont envoyées vers le stockage, soit telles quelles (micro-granulés), soit après passage dans un pelletiseur afin d'obtenir des granulés de dimensions adaptées.
Dans les deux cas, le client obtient un produit séché, parfaitement homogène, à haute densité, compact, résistant, idéal pour l'utilisation matière et pour une réduction du nombre des camions nécessaires à son évacuation vers la destination finale.
Les vapeurs d'eau générées lors du séchage sont principalement re-circulées dans le Turbo Sécheur (afin de garder le
Le taux d’oxygène à l'intérieur du sécheur a une valeur inférieure ou égale à 5 % (v/v) et les buées sont partiellement envoyées dans une colonne de condensation. Les seuls rejets gazeux, d’un volume très réduit par rapport aux autres technologies de séchage, sont envoyés à la désodorisation par le ventilateur B2.
Optimisation de la performance énergétique par production d’eau chaude
Captées en amont de la condensation, les buées sont valorisées en production d'eau chaude à environ 80-85 °C pour le chauffage de digesteurs et bâtiments (Lyon, Angers, Nancy, Milan…).
Cette récupération, pouvant atteindre 50 % de l’énergie thermique utilisée annuellement pour le séchage des boues, contribue de façon significative à la performance énergétique du projet développé par le client, réduisant la consommation de combustibles fossiles, biogaz ou biomasses. Cette récupération permet, notamment dans le cas de la station d’Angers La Baumette, de ne pas utiliser de biogaz pour le chauffage des digesteurs et d’injecter l’intégralité du bio-méthane produit dans le réseau. D’autres collectivités sont également en train d’étudier cette solution.
Solutions multifilières pour les boues séchées
La Turbo Technologie permet de s’orienter indifféremment vers différentes filières de valorisation des boues selon les besoins spécifiques de ses clients : valorisation matière pour compostage, amendement/fertilisation, remplissage de carrières (landscaping) ou simple épandage ; valorisation énergétique en cas d’incinération dans une unité dédiée, de co-incinération avec d'autres déchets/CSR ou en cimenterie.
• du volume du structurant à mélanger ;
• du temps de maturation du compost ;
• du volume d’air à traiter (réduction des nuisances olfactives pour le voisinage).
Bien entendu, le client peut choisir un séchage partiel à 65-70 % m.s. ou même poussé à 85/90 % m.s. selon ses besoins, sa disponibilité en énergie, sa capacité de stockage…
Logiquement, un pré-séchage est moins onéreux en termes d’investissement et de dépenses d'exploitation par rapport au séchage partiel ou au séchage poussé.
Compostage
Les boues digérées à envoyer au compostage peuvent être facilement pré-séchées à 45-50 % m.s. L’avantage évident de cette solution est de permettre une réduction :
• du volume des boues à composter (optimisation de la taille du hangar de stockage).
Épandage
La valorisation de la boue séchée sous forme de pellets est une solution appréciée tant par les collectivités que par les agriculteurs. Le produit issu du Turbo Sécheur à 90 % de m.s. est parfaitement hygiénisé, stabilisé et présente un excellent taux de délitage et de dissolution dans le sol (maxi 8 jours). Le stockage du produit pendant plusieurs mois, afin de respecter les plans d’épandage, peut s’effectuer en vrac, en alvéoles/logettes ou en big-bags, le stockage en silos étant dédié à une courte durée.
En France et en Belgique, plusieurs stations d’épuration sont équipées de Turbo
Sécheurs pour un séchage poussé des boues, suivi d’une pelletisation, et d’un stockage à longue durée (6-9 mois environ) dans un hangar en vrac (Douai), en alvéoles/logettes (Angers, Basse-Wavre) ou bien en big-bags (Auxerre).
Production de fertilisants
En 2006 en Italie, l’un de clients de VOMM, suite à une étude de la faculté d’agronomie de Pisa, souhaitait incorporer quelques kg de microéléments sélectionnés par tonne de boue humide de façon parfaitement homogène et titrée.
Grâce à son expérience dans les domaines de la chimie et de l’alimentaire, VOMM a travaillé avec succès à la préparation de ces produits fertilisants pour des cultures spécifiques, ayant un titre en NPK bien défini : économie circulaire et de proximité.
Incinération
Les boues peuvent être facilement pré-séchées à 30-50 % m.s. (incinération solo) ou séchées à 65-75 % m.s. pour une co-incinération dans un four de combustion d’ordures ménagères et/ou CSR ou pour une incinération dédiée.
Les avantages dans tous les cas sont évidents : une réduction de la masse des boues à brûler ; une réduction de la quantité d’eau à porter à 850 °C ; une augmentation du pouvoir calorifique de la matière brute (mais séchée) amenée dans le four ; une réduction du volume des gaz de combustion à traiter (et donc une réduction des réactifs) ; une amélioration de la performance énergétique du four jusqu’à un minimum de 60 % pour les installations anciennes.
En cas d’absence à proximité d’un incinérateur d’OM, les boues peuvent être séchées et incinérées dans un four à grille plate mobile spécialement conçu pour cette application spécifique.
Plusieurs unités sont déjà opérationnelles en Pologne et en Russie et d’autres le seront prochainement au Moyen et Extrême-Orient, en combinaison avec des lignes de séchage.
En plus des avantages cités ci-dessus, ce four est thermiquement autonome (pas de consommation de combustible de soutien à la combustion). Il est aussi extrêmement robuste et fiable car les boues séchées avancent sur une grille plate mobile sans mécanisme hydraulique (incinérateurs à grilles à gradins), ou sans le lit de sable instable et abrasif (incinérateurs à lit fluidisé).
Cette association innovante et exclusive permet d’évaporer une grande partie de l’eau présente dans les boues dans la première section (Turbo Sécheur) et d’optimiser et simplifier leur incinération dans la deuxième section (grille plate mobile), en récupérant par le four la chaleur nécessaire au séchage.
Cimenterie
En Italie, en France, en Espagne, en Suisse et en République populaire de Chine, plusieurs stations d’épuration ont choisi la cimenterie comme destination finale des boues séchées. C’est le cas de Lyon, Milan, Paris, Barcelone, Valencia, Pékin et d’autres encore.
Pour les cimentiers, les boues sont principalement séchées à 90-92 % m.s., en forme de micro-granulés afin de pouvoir être utilisées dans l’injecteur des brûleurs pour combustible solide (principalement charbon) et avec une haute densité pour ne pas s’envoler avec les gaz de combustion et réduire les frais de transport et de stockage sur site d’utilisation.
Elles peuvent aussi être séchées à une siccité inférieure si les deux parties trouvent un accord, en simplifiant la tâche des collectivités.
