Différentes familles de procédés sont utilisées pour revaloriser les boues issues du traitement des eaux usées : le séchage, l'incinération ou encore l'oxydation par voie humide (OVH)...
Le traitement thermique des boues
Le séchage
Généralités
Le séchage est une opération unitaire de traitement des boues consistant à évaporer l'eau libre et liée.
Cette opération vient obligatoirement après une étape de déshydratation.
Les objectifs du séchage
Ses objectifs sont multiples, on peut citer :
- Principalement l'élimination de l'eau interstitielle ou, à un degré moindre, de l'eau combinée à la boue.
- L'accroissement de la valeur calorifique de la boue (en tant que combustible) avant incinération.
- La réduction des volumes avant stockage ou transport.
- L'hygiénisation et l'amélioration de l'épandage agricole.
Un séchage en deux étapes
Le séchage s'effectue en 2 étapes :
- évaporation de l'eau superficielle au-delà de 100°C,
- séchage en profondeur après migration de l'eau de l'intérieur de la micelle de boue vers la périphérie.
Séchage partiel ou poussé
Actuellement, les deux applications suivantes peuvent être retenues, selon la siccité visée en sortie : en deçà ou au-delà de l'état pâteux, collant, de la boue, compris grossièrement entre 50 et 70 % de siccité:
- le séchage partiel, destiné à remonter la siccité de la boue à une valeur acceptable en vue de son auto combustibilité dans un incinérateur à boue, type Pyrofluid™, soit couramment 35% environ (45 % maximum).
- le séchage, poussé jusqu'à une siccité généralement supérieure à 90 %, ou au moins 65 %, afin de stocker puis d'évacuer la boue sous un volume minimum en vue d'une utilisation agricole ou d'une incinération délocalisée, dans un four à ordures ménagères voire un four à ciment (la cendre issue de la boue sèche joue alors le rôle de fines).
Une siccité à 90% pour la dévolution agricole
Le débouché agricole nécessite une siccité supérieure à 90 % afin de disposer d'une boue non fermentescible et permettre un stockage en silo hors des périodes d'épandage. Pour des raisons de manutention, cette boue sèche doit, en outre, être présentée sous forme de granulés ou de granules.
L'introduction d'une boue sèche dans un four à ordures ménagères peut se faire soit dans la fosse, soit dans la trémie. Dans ce dernier cas, une siccité de 65 %, proche de celle des ordures ménagères, est optimale.
Séchage thermique (basse température) - Bioco™
Coupler le sécheur avec un incinérateur
Le séchage permet donc d'obtenir, en toute occasion, la siccité désirée.
Les coûts énergétiques peuvent être encore réduits si on dispose de calories à bas prix, par exemple lorsque le sécheur est couplé à un incinérateur ou lorsque la station fournit du biogaz, les condensas pouvant être utilisés pour le chauffage du digesteur.
L'incinération des boues
Le choix final selon le contexte local
Le choix du débouché final des boues se fait généralement à partir de contextes locaux, régionaux et économiques.
Si l'on accepte le pluralisme des techniques disponibles, il faut être persuadé que l'incinération constitue l'un des deux maillons importants dans les filières de traitement des boues.
Elle répond bien à notre problématique vis-à-vis des déchets de station :
- réduire les volumes recueillis : à l'échelle des grandes agglomérations, il est la plupart du temps difficile d'envisager la pratique de l'épandage agricole compte tenu des distances qui séparent les sources de production de boues des aires d'épandage et du peu de disponibilité des terrains,
- hygiéniser totalement un produit qui a concentré une bonne partie des micro-organismes pathogènes véhiculés dans les eaux usées.
Incinération - Pyrofluid™
Inerter les cendres volantes
En revanche, une fois les boues incinérées, il faudra encore retraiter les effluents gazeux et inerter les cendres volantes.
L'incinération peut aussi se pratiquer en co-incinération avec des ordures ménagères (OM). Le but de la co-incinération est d'injecter des boues sous forme pâteuse ou sèche dans un four destiné initialement aux OM. La première forme implique l'utilisation d'un injecteur adapté (type Pyromix™), dont le rôle est d'introduire la boue en un point où elle ne perturbe ni la combustion des OM ni son rendement. Cette fonctionnalité est remplie par le choix judicieux du point d'injection et par l'action de l'injecteur sur la présentation de la boue dans le foyer.
Economiquement, la co-incinération ne peut s'envisager que dans le cas où l'usine d'OM se trouve à proximité de la station d'épuration et lorsque sa capacité résiduelle de traitement l'autorise. Il faut, par ailleurs, que la technologie du four permette l'implantation des injecteurs dans ses parois.
L'incinération des boues, la solution la plus souple
L'incinération des boues seules reste encore la solution la plus souple car elle peut s'adapter aux évolutions de marche d'une station.
On utilise, notamment, la technique du lit fluidisé qui a fait ses preuves depuis plus de 25 ans.
Son essor va croissant de par le monde, grâce à son inertie (foyer constitué d'un lit de sable fluidisé) et à l'absence totale de pièces mécaniques en contact direct avec la flamme. Cette spécificité se traduit par une bonne fiabilité, tandis que l'exploitation est désormais rendue plus sûre grâce à la mise en oeuvre de systèmes de gestion de marche centralisée particulièrement efficace.
Mais quelle que soit la solution adoptée, elle devra toujours être étudiée dans la perspective d'une valorisation thermique optimale.
Si le principe de traitement concentre les métaux lourds contenus initialement dans les boues vers les cendres volantes, celles-ci, dorénavant, peuvent être valorisées par le procédé Fluofill™, développé par Veolia Eau Solutions & Technologies.
Quant aux autres sous-produits gazeux de la combustion, ils sont purifiés pour éviter de transformer une pollution aqueuse en pollution atmosphérique.
Oxydation par voie humide (OVH)
Principe
Oxydation thermique en phase liquide par l'oxygène moléculaire.
Définition de ZIMMERMANN (1950)
"C'est une méthode de "combustion" en présence d'oxygène de l'air, à haute température (300°C) et à haute pression (100 bar), des matières organiques dissoutes ou en suspension dans l'eau liquide. Les déchets sont brûlés, en présence d'eau liquide, tout comme la méthode usuelle qui consiste à évaporer l'eau avant l'incinération du résidu sec."
Une réduction extrême des boues
La minéralisation est un procédé de traitement des boues qui permet d'obtenir une réduction extrême des quantités de boues.
Les résidus minéralisés représentent, de plus, un déchet ultime stable, non lixiviable, qui est compatible avec une mise en décharge ou même une valorisation potentielle dans les travaux publics.
Utilisation de l'oxydation en milieu humide
Ce procédé, utilisé depuis longtemps dans l'industrie chimique, correspond à une oxydation en milieu humide des boues.
Il consiste à porter les boues à des conditions de température et de pression qui permettent, tout en restant en milieu liquide (afin d'éviter toute évaporation), d'oxyder, en présence d'oxygène, les matières organiques contenues dans les boues.
Ainsi, contrairement à l'incinération, cette réduction de matières s'opère sans combustion ni flammes. Les nuisances potentielles, occasionnées par la production de fumées, dans le cas de l'incinération, sont ainsi évitées.
Principales caractéristiques du procédé Athos™ développé par Veolia Eau Solutions & Technologies
- Oxydation phase liquide
- Oxydation et lavage simultanés 200 à 300°C - 40 à 150 bar
- Temps de séjour : 1 h
- Pas de fumées polluées, mais surverse biodégradable
- Auto thermie sur boues épaissies (4 % MS)
- Solides inertes (Techno sables)