Boues d`épuration - Lyonnaise des Eaux

Les cahiers
Supplément technique
du magazine eau Service
n°9 / novemBre 2010
eau
service
Boues d’épuration
une énergie renouvelable et durable
p. 2-3
QueL contexte et QueLLe
régLementation ?
tranSformer leS boueS en produitS
valoriSableS
p. 4-5
QueLLes techniQues pour
La vaLorisation agricoLe ?
compoStage : verS la multivaloriSation
p. 6-7
QueLLes techniQues pour de nouveLLes
sources d’énergie ?
procédéS biologique ou thermique et
multivaloriSation : leS filièreS d’avenir
p.8
Questions-réponses
2
Le contexte
faire d’un déchet un produit valoriSable
Transformer les boues d’épuration en un produit valorisable constitue un enjeu essentiel
pour les collectivités locales. Si la valorisation agricole est la solution la plus répandue,
la valorisation énergétique est une filière de développement prometteuse et impérative
pour l’avenir.
1. des chiFFres
POIDS DES BOUES
RÉPARTITION DES BOUES EN FONCTION
DE LEUR DESTINATION
20 kg
Incinération
15 %
Épandage
en agriculture
65 %
20 %
de matières
sèches par
équivalenthabitant
par an
Mise en
décharge
1 hab
2. La vaLorisation des Boues
DÉFINITION
Boues :
un déchet
d’après la
réglementation
Boues :
un produit
s’il est
normalisé ou
homologué
Les stations d’épuration, en traitant les eaux usées, produisent des
boues liquides, considérées par la réglementation comme des déchets.
Afin de transformer ces déchets en produits, ces boues doivent être
traitées pour :
• réduire le volume d’eau à évacuer,
• limiter les coûts de traitement,
• limiter les transports (frais, émission de CO2, bilan carbone),
• faciliter la valorisation de la matière.
Le choix d’une filière de valorisation (énergétique, agricole ou multiple)
dépend des spécificités locales (nombre d’habitants, taille de la station
d’épuration, incinérateurs, terrains agricoles ou industrie à proximité,…)
et de l’objectif recherché. La pérennité à la fois technique, économique
et réglementaire de la filière choisie est essentielle dans la décision.
TRAITEMENT DES BOUES DE STATION D’ÉPURATION
Traitement des boues
de station d’épuration
=
réduction du volume
d’eau à évacuer
+
valorisation
de la matière organique
BOUES
LIQUIDES
EN SORTIE
STEP
100 %
D’EAU
ENVIRON
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
......................
TENEUR EN EAU
TMS* < 1 %
ÉPAISSISSEMENT
TMS 3 % - 6 %
DÉSHYDRATATION
TMS 15 % - 35 %
VALORISATION AGRICOLE
ÉPANDAGE/COMPOSTAGE
* TENEUR EN MATIÈRE SÈCHE
SÉCHAGE
THERMIQUE
TMS 65 % - 95 %
GAZÉIFICATION
INCINÉRATION
TMS 100 %
VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
GAZ/CHALEUR/ÉLECTRICITÉ
3
le cadre réglementaire de l’épandage
Considérées comme des déchets par la directive européenne et par le Code de l’Environnement,
les boues, pour être valorisées, doivent être traitées en respectant la réglementation.
3. une FiLiÈre sécurisée sur Le pLan JuridiQue
Le cadre réglementaire concernant l’épandage
des boues et ses conditions s’appuie sur le Code
de l’Environnement (art. R211-25 à R211-47) qui
reprend et codifie notamment le décret du 8 décembre
1997 et l’arrêté du 8 janvier 1998.
a. La valorisation des boues
Les rejets de boues d’épuration dans le milieu aquatique
sont interdits. Considérées comme des déchets, les
boues peuvent être valorisées par épandage agricole,
mais seulement si elles présentent un intérêt
agronomique. Il ne faut pas non plus que, par leur nature,
les quantités épandues et leur utilisation, elles portent
atteinte à la santé de l’homme ou des animaux ou à
l’environnement. L’épandage est interdit à certaines
périodes et dans certaines zones. Pour être épandues, les
boues ne doivent contenir ni sables, ni graisses. Le mélange
des boues est interdit sauf autorisation préfectorale.
b. Les engagements des producteurs de boues
Les exploitants des unités de collecte, considérés
comme les producteurs de boues, sont responsables
de leur élimination. Tout épandage est subordonné
à une étude préalable pour justifier de la compatibilité
de l’opération avec les contraintes d’environnement
et prévoir la solution alternative en cas
d’empêchement temporaire. En plus de la mise en
place d’un dispositif de surveillance des boues et de
l’épandage, ils tiennent un registre sur la qualité des
boues, leurs caractéristiques et le suivi de l’épandage.
Une synthèse est transmise au préfet chaque année.
c. Le partage des responsabilités
Les communes (L2224-8 du Code général des collectivités
territoriales) et les exploitants ont la responsabilité de définir
et de mettre en œuvre une filière de traitement des boues
en parfaite conformité avec les textes réglementaires.
4. Les seuiLs À respecter
Les tableaux suivants
indiquent les valeurs
limites en métaux lourds,
PCB et HPA dans les
boues avant épandage.
LES TENEURS LIMITES EN ÉLÉMENTS-TRACES DANS LES BOUES
Paramètres
Valeur limite dans
les boues (mg/kg MS)
Flux maximum cumulé apporté
par les boues en 10 ans (g/m2)
10
1 000
1 000
10
200
800
3 000
4 000
0,015
1,5
1,5
0,015
0,3
1,5
4,5
6
Cadmium
Chrome
Cuivre
Mercure
Nickel
Plomb
Zinc
Chrome + cuivre + nickel + zinc
LES TENEURS LIMITES EN COMPOSÉS-TRACES ORGANIQUES DANS LES BOUES
Composés-traces
Valeur limite dans les boues
(mg/kg MS)
Cas général
Epandage sur pâturages
Total des 7 principaux PCB*
Fluoranthène
Benzo(b)fluoranthène
Benzo(a)pyrène
*
PCB 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180.
0,8
5
2,5
2
Flux maximum cumulé apporté
par les boues en 10 ans (g/m2)
Cas général
Epandage sur pâturages
0,8
4
2,5
1,5
1,2
7,5
4
3
1,2
6
4
2
LA FRÉQUENCE DES ANALYSES DE BOUES EN ROUTINE (NOMBRE PAR AN)
Tonnes de matière sèche
épandues (hors chaux)
Valeur agronomique des boues
Eléments-traces
Composés organiques
< 32
32 à
160
161 à
480
481 à
800
801 à
1 600
1 601 à
3 200
3 201 à
4 800
> 4 800
2
2
4
2
2
6
4
2
8
6
3
10
9
4
12
12
6
18
18
9
24
24
12
4
La vaLorisation agricoLe
boueS : fertiliSantS agricoleS
Principal débouché actuellement, la valorisation agricole des boues d’épuration est
assurée à partir de différentes voies dont la principale est le compostage. En général, bien
accepté par les agriculteurs, ce procédé peut aussi s’ouvrir à d’autres utilisations.
1. L’épandage
La matière organique des boues peut présenter,
pour l’agriculture, des apports en azote et phosphore
qui permettent de réaliser des économies d’engrais.
L’épandage est une méthode d’application aux sols
des boues d’épuration à l’aide de matériel approprié :
tonnes à lisier, épandeuse à fumier ou autre
en fonction de leur consistance.
Le plan d’épandage, réalisé par le producteur de boues
à la charge financière de la collectivité, se présente sous
la forme d’une étude préalable précisant :
• les parcelles aptes à recevoir des boues,
• les capacités de stockages nécessaires,
• une filière alternative à l’épandage en cas
de non-conformité des boues.
Le choix de la valorisation agricole dépend des terrains
dont on dispose par rapport aux boues produites
et à leur qualité en fonction des productions agricoles.
Pour les petites structures (inférieures a 2 000 EH),
l’épandage de boues liquides doit répondre aux
réglementations pour être autorisé.
2. Le compostage
Le compostage permet d’obtenir
un produit stabilisé et hygiénisé et
surtout multivalorisable. Un mélange
de boues avec des copeaux de bois
ou un autre coproduit est mis en
macération sur des plates-formes
dédiées (casiers, couloirs,…).
Grâce à une ventilation contrôlée,
le mélange devient, en trois à quatre
semaines, un compost de qualité.
Ce mélange est ensuite passé au
crible et les deux tiers du co-produit
sont récupérés et recyclés en tête
de process. Avant d’être valorisé
en agriculture, le compost passe
encore par une phase de maturation
qui dure deux ou trois mois.
Le compostage permet :
• la diminution du volume
de matière organique,
• l’augmentation de la teneur
en matières sèches,
• l’hygiènisation par la chaleur,
• l’obtention d’un résidu riche
en matières humifiables, sels
minéraux et micro-organismes.
Ce procédé offre toutes les
garanties sur le respect de
l’environnement,
la qualité de produit final et la
traçabilité de la filière de traitement.
Le compostage constitue une
voie d’élimination des boues
intéressantes s’il existe des
débouchés locaux pérennes pour
le compost. Il peut être utilisé dans
l’agriculture, mais aussi pour
l’aménagement paysager et les
espaces verts, la revégétalisation
des sols, la sylviculture, la
réhabilitation de sites industriels…
COMPOSTAGE EN CASIER
PLATE-FORME DE COMPOSTAGE DE BURY
5
le compoStage, SouS touteS SeS formeS
Pour être transformées en compost, les boues d’épuration peuvent passer
par différents procédés.
3. Les muLtipLes Facettes du compostage
Différentes techniques
de compostage existent en
fonction des volumes et des types
de boues à traiter.
• le compostage en andains
ventilés. La fermentation est
effectuée en andains ventilés
par aspiration contrôlée.
Les gaz sont traités par biofiltre.
• le compostage en
bioconteneurs ventilés.
Les opérations de mélange
et de suivi de la fermentation
par bioconteneurs ventilés sont
automatisées.
• le compostage en casiers
ou en couloirs ventilés.
Le mélange est réalisé par un
biocomposteur et la fermentation
est réalisée en casiers ou
en couloirs ventilés par une
aspiration contrôlée.
Par exemple, des unités de
compostage dédiées sur le site
EXEMPLES DE COMPOSTAGE
Site
Capacité
Contexte
de traitement
(tonnes)
Bury (60)
45 000
Réalisation
Plate-forme de
Éviter les nuisances
compostage en couloirs
olfactives et les
problèmes de stockages ventilés (TERRALYS)
liés aux boues liquides
ou pâteuses.
Carcassonne (11) 12 000
Pérenniser la
valorisation agricole
par le compostage.
Usine de compostage
en casiers ventilés
(Lyonnaise des Eaux)
Montdragon (84)
Maîtriser le traitement
des boues de station
dans un contexte
agricole difficile.
Usine de compostage
en tunnels ventilés
(SDEI)
30 000
même des stations d’épuration
peuvent transformer des boues
déshydratées en compost grâce
à des casiers équipés de Module
d’Aération et de Désodorisation
Intégré pour le Compostage
(MADIC). Ce procédé s’applique
principalement aux stations
d’épuration dont la capacité
de traitement est comprise
entre 2 000 et 10 000 équivalentshabitants.
TRAVAIL DU GODET MÉLANGEUR
4. Le rhiZocompostage pour Les petites structures
Les boues sont traitées sur des lits plantés
de roseaux. Ils permettent de drainer l’eau, tandis que
les bactéries se développent et digèrent les matières
organiques. Les boues sèchent et réduisent en volume
par évapotranspiration grâce aux roseaux. Le produit
qui en résulte ressemble à du terreau. Malgré des
coûts d’investissement élevés, les avantages sont
nombreux : réduction importante du volume, produit
stabilisé, pas d’ouvrage de stockage des boues
liquides et des coûts d’exploitation faibles. Cette
solution est adaptée pour le traitement des boues
des petites stations d’épuration.
RHIZOCOMPOSTAGE
6
La vaLorisation énergétiQue
leS boueS : SourceS d’énergie
Biogaz, électricité, chauffage urbain, énergies pour les industries (cimenteries,
papeteries,…) sont les principales voies d’une valorisation énergétique.
1. Les Boues comme énergie renouveLaBLe, FiLiÈre d’avenir
La valorisation énergétique
par procédé biologique (digestion
anaérobie,…) ou thermique
(séchage, incinération,
cogénération,…) permet
de transformer les boues
d’épuration en un combustible
renouvelable. L’énergie produite
peut être utilisée directement
au sein de la station d’épuration
ou être revendue.
Cela concerne principalement
les stations d’épurations
d’une capacité supérieure
à 300 000 équivalents habitants
pour des raisons de faisabilité
économique.
2. du BiogaZ par digestion
Procédé biologique, la digestion se base sur
le principe de la fermentation anaérobie. Les boues
sont introduites dans un réacteur hermétique, en
présence de micro-organismes. Ce réacteur produit
du biogaz, riche en méthane, issu de la dégradation
de la matière organique des boues. La technique
de brassage est réalisée par réinjection du biogaz
sous pression au sein du réacteur. Plus les boues
sont chargées en matière organique, plus la
méthanisation sera efficace. Le biogaz produit peut
être valorisé sous forme de chaleur ou d’électricité.
Une partie de cette chaleur est utilisée pour chauffer
le digesteur, le reste peut être valorisé sous
différentes formes.
Cette technique s’applique aux stations d’épuration
de plus de 30 000 EH équipées de décanteur
primaire. Elle n’est pas une filière d’élimination totale
des boues, mais permet de réduire les volumes
de boues jusqu’à 40 %, et, par là même de façon
importante le transport.
DIGESTEUR
ALIMENTATION
EN BIOGAZ
EXTRACTION
DU BIOGAZ
EXCÉDENTAIRE
SPIRAL
FLOW
EXTRACTION
DES BOUES
ALIMENTATION
EN BOUES
ENTRÉE SORTIE
CIRCUIT
DE CHAUFFAGE
CANNES
DE BRASSAGE
3. du gaZ de sYnthÈse
La gazéification est basée sur
une combustion incomplète
de façon à convertir la fraction
organique des boues en gaz de
synthèse. Ce gaz sera valorisé soit
sous forme d’énergie thermique,
soit sous forme d’énergie
électrique via une turbine
de co-génération.
Cette technologie ne s’adresse
qu’aux grosses collectivités pour
le moment.
RÉFÉRENCES
Site
Capacité de
Contexte
traitement (tonnes)
Valorisation
des boues
Cholet (49)
5 000 TMS (3 378 TMS
après digestion)
Digestion des
boues et valorisation
du biogaz pour
le chauffage
du digesteur et des
locaux d’exploitation
Agriculture
Valenton (94)
40 000 t de boues
Pyrolyseur
de boues séchées
Gazéification
10 000 t de graisse
Pyrolyseur
de graisses
7
leS procédéS thermiqueS
Les boues peuvent devenir des combustibles pour alimenter les stations d’épuration en
énergie ou être destinées à certaines industries.
4. de L’énergie par séchage et incinération
L’autothermicité peut être obtenue par mélange
de boues déshydratées et de boues séchées.
Lorsque les boues sont autothermiques,
avec un PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur)
suffisant, le four ne consomme pas d’énergie
fossile supplémentaire et assure l’autonomie
énergétique de l’installation.
DIJON
ÉCHANGE D’ÉNERGIE ENTRE
LE FOUR ET LE SÉCHEUR
Mise en service en octobre 2006,
la nouvelle station d’épuration
de Dijon-Longvic répond à un objectif
double :
• passer d’une capacité de traitement
de 250 000 EH à 400 000 EH,
• pérenniser une nouvelle filière
de valorisation des boues d’épuration.
Les 30 000 tonnes de boues produites
par an sont traitées par les filières
existantes (compost pour l’agriculture
et incinération) complétées et améliorées
par un séchage thermique qui produira
des granulés secs pour l’agriculture
et alimentera le four d’incinération.
L’énergie du four est utilisée pour le
séchage des boues (circuit huile thermique).
Il existe plusieurs types de sécheurs - une
vingtaine sont en exploitation à Lyonnaise
des Eaux.
Il existe notamment :
• le sécheur à bande avec ou sans recirculation
des boues. Les boues sont déposées sur
des bandes pour être séchées par de l’air
chaud pulsé.
• le sécheur à tambour : de grandes quantités
d’air chaud sont apportées dans un tambour
rotatif.
La solution du séchage ouvre toutes les voies
de la valorisation :
• valorisation agricole comme support
d’amendement organique,
• valorisation énergétique comme combustible
vers l’industrie (cimenterie, papeterie,…)
en substitution des combustibles fossiles
permettant d’obtenir zéro déchet ultime.
Les objectifs du séchage sont multiples :
• réduire la masse et le volume des boues à
transporter ou à stocker dans le cas d’une
valorisation agricole, voire d’une mise en
décharge. Etant donné la température à laquelle
est conduite l’opération, le séchage thermique
peut assurer une hygiénisation des boues,
en fonction du type de sécheur.
• préparer les boues pour être utilisées
comme combustible dans d’autres industries
(cimenteries,…) ou pour un traitement
complémentaire (gazéification, incinération
dédiée ou co-incinération avec les ordures
ménagères).
5. vers L’avenir : La cogénération
La cogénération est un procédé
qui consiste à produire à la fois
de l’électricité et de la chaleur à
partir d’une source d’énergie, ici
les boues d’épuration.
La chaleur peut être utilisée pour
le chauffage des bâtiments
ou la production d’eau chaude.
Le moteur de la cogénération
entraîne un générateur
d’électricité.
6. La muLtivaLorisation
La valorisation agricole et/ou la valorisation
énergétique sont à privilégier. Il est d’ailleurs
recommandé aux collectivités de diversifier
les filières des voies de valorisation pour
disposer de filières d’appoint ou de secours
en toute circonstance.
queStionS
réponses
3. De quelles protections les
agriculteurs disposent-ils contre les
risques ultérieurs liés à l’épandage
agricole ?
1. Pourquoi valoriser les boues
d’épuration ?
Dans un contexte énergétique complexe
et changeant, il est important de pouvoir
utiliser les énergies renouvelables et les boues
d’épuration sont de véritables gisements
énergétiques.
2. Comment bien choisir la filière
de traitement des boues ?
L’aval pilote toujours l’amont. Il faut intégrer,
dès les premières réflexions sur la gestion de
l’assainissement des eaux et donc de la station
d’épuration, les conditions de gestion des boues
produites (de l’énergie, de la valorisation agricole,
de la multivalorisation…).
Il faut, dans un premier temps, connaître les
aspects réglementaires, les contraintes locales
(localisation, types de cultures, zones
d’épandage,…) et les installations locales
existantes (incinérateurs, centre de stockage
de déchets,…).
Il est nécessaire d’établir un comparatif
technique et économique des filières disponibles.
Un fonds de garantie a été institué avec
la nouvelle loi sur l’eau pour indemniser les
agriculteurs en cas d’épandage de boues polluées.
Ce fonds est alimenté à partir des contrats
d’assurance de responsabilité professionnelle
des producteurs de boues. Il assure les dommages
provoqués par l’épandage des boues.
4. Qu’entend-on par siccité ou taux
de matière sèche ?
La siccité est le taux de matière sèche ou l’inverse
du taux d’humidité. La concentration en matières
sèches (MS) est exprimée en grammes de matière
par litre de boues (ou en % de siccité). Ainsi les
tonnages de boues, seront de préférence,
exprimés en MS ce qui permet les regroupements
de tonnages indépendamment des siccités, très
variables.
En fonction du degré de traitement que subissent
les boues, elles peuvent être liquides, pâteuses,
solides ou sèches.
Type de boues
Boues liquides
Boues pâteuses
Boues solides
Boues sèches
Taux de siccité (%)
De 3 à 10
De 10 à 25
> 30
85-95
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Cahiers techniques d’Eau Service, contacter : [email protected]
Liste des contacts régionaux :
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Les cahiers Eau service est un supplément du magazine Eau service n°28.Ê Le journal de Lyonnaise des Eaux pour les collectivités locales.
Trimestriel édité par Lyonnaise des Eaux, 16, place de l’Iris, 92040 Paris-La Défense • Directeur de la publication et de la rédaction : Dominique Ogeron • RédactriceÊ
en chef : Vanessa Filhol • Conception graphique et réalisation :
52, rue Camille Desmoulins, 92448 Issy-les-Moulineaux cedex • Imprimerie : Clément •Ê
ISSN :1633-003 X • Crédits photos : Lyonnaise des Eaux. Illustrations : Chantal Rivière.