eau service Boues d épuration Les cahiers une énergie renouvelable et durable

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1 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 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 RÉPARTITION DES BOUES EN FONCTION DE LEUR DESTINATION Épandage en agriculture 15 % 65 % 20 % Incinération Mise en décharge POIDS DES BOUES 20 kg de matières sèches par équivalenthabitant par an 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 CO 2, 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 TMS* < 1 % TENEUR EN EAU ÉPAISSISSEMENT TMS 3 % - 6 % DÉSHYDRATATION TMS 15 % - 35 % SÉCHAGE THERMIQUE TMS 65 % - 95 % * TENEUR EN MATIÈRE SÈCHE VALORISATION AGRICOLE ÉPANDAGE/COMPOSTAGE GAZÉIFICATION INCINÉRATION TMS 100 % VALORISATION ÉNERGÉTIQUE GAZ/CHALEUR/ÉLECTRICITÉ

3 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. R à R211-47) qui reprend et codifie notamment le décret du 8 décembre 1997 et l arrêté du 8 janvier 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 (L 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 Flux maximum cumulé apporté les boues (mg/kg MS) par les boues en 10 ans (g/m 2 ) Cadmium 10 0,015 Chrome ,5 Cuivre ,5 Mercure 10 0,015 Nickel 200 0,3 Plomb 800 1,5 Zinc ,5 Chrome + cuivre + nickel + zinc LES TENEURS LIMITES EN COMPOSÉS-TRACES ORGANIQUES DANS LES BOUES Composés-traces Valeur limite dans les boues Flux maximum cumulé apporté (mg/kg MS) par les boues en 10 ans (g/m 2 ) Cas général Epandage sur pâturages Cas général Epandage sur pâturages Total des 7 principaux PCB* 0,8 0,8 1,2 1,2 Fluoranthène 5 4 7,5 6 Benzo(b)fluoranthène 2,5 2,5 4 4 Benzo(a)pyrène 2 1,5 3 2 * PCB 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180. LA FRÉQUENCE DES ANALYSES DE BOUES EN ROUTINE (NOMBRE PAR AN) Tonnes de matière sèche < à 161 à 481 à 801 à 1601 à 3201 à > 4800 épandues (hors chaux) Valeur agronomique des boues Eléments-traces Composés organiques

4 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 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 PLATE-FORME DE COMPOSTAGE DE BURY COMPOSTAGE EN CASIER

5 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 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 et équivalentshabitants. EXEMPLES DE COMPOSTAGE Site Capacité Contexte Réalisation de traitement (tonnes) Bury (60) Éviter les nuisances olfactives et les Plate-forme de compostage en couloirs problèmes de stockages ventilés (TERRALYS) liés aux boues liquides ou pâteuses. Carcassonne (11) Montdragon (84) Pérenniser la valorisation agricole par le compostage. Maîtriser le traitement des boues de station dans un contexte agricole difficile. Usine de compostage en casiers ventilés (Lyonnaise des Eaux) Usine de compostage en tunnels ventilés (SDEI) 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 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 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 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 EXTRACTION DU BIOGAZ EXCÉDENTAIRE CANNES DE BRASSAGE SPIRAL FLOW EXTRACTION DES BOUES ALIMENTATION EN BOUES ALIMENTATION EN BIOGAZ ENTRÉE SORTIE CIRCUIT DE CHAUFFAGE 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 Valorisation traitement (tonnes) des boues Cholet (49) 5000 TMS (3378 TMS Digestion des Agriculture après digestion) boues et valorisation du biogaz pour le chauffage du digesteur et des locaux d exploitation Valenton (94) t de boues t de graisse Pyrolyseur de boues séchées Pyrolyseur de graisses Gazéification

7 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 EH à EH, pérenniser une nouvelle filière de valorisation des boues d épuration. Les 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.

8 questions réponses 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. 3. De quelles protections les agriculteurs disposent-ils contre les risques ultérieurs liés à l épandage agricole? 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 Taux de siccité (%) Boues liquides De 3 à 10 Boues pâteuses De 10 à 25 Boues solides > 30 Boues sèches Pour plus d information ou pour commander des exemplaires de la collection des Cahiers techniques d Eau Service, contacter : virginie.guth@lyonnaise-des-eaux.fr Liste des contacts régionaux : 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, Paris-La Défense Directeur de la publication et de la rédaction : Dominique Ogeron Rédactrice Ê en chef : Vanessa Filhol Conception graphique et réalisation : 52, rue Camille Desmoulins, Issy-les-Moulineaux cedex Imprimerie : Clément Ê ISSN : X Crédits photos : Lyonnaise des Eaux. Illustrations : Chantal Rivière.