Préparation du plan de gestion des matières résiduelles

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1 Ville de Laval Préparation du plan de gestion des matières résiduelles Rapport d étape 5 Évaluation de la pertinence de traiter les boues d épuration et de fosses septiques Version finale Date : Mai 2010 N/Réf. : 052-P MR

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3 TABLE DES MATIÈRES INTRODUCTION CARACTÉRISATION DES BOUES DES STATIONS D ÉPURATION Volumes générés Siccité et ph des boues Teneurs en métaux lourds Valeur de référence Qualité des boues Évaluation du Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) Estimation du potentiel méthanogène CARACTÉRISATION DES BOUES DE FOSSES SEPTIQUES Volumes générés ph et siccité des boues Concentrations en métaux lourds Évaluation du Pouvoir Calorifique Inférieur Estimation du potentiel méthanogène POSSIBILITÉS DE TRAITEMENT DES BOUES Coûts actuels de gestion des boues Aptitude des boues aux traitements biologiques Méthanisation des boues seules Méthanisation des boues avec d autres matières Compostage des boues CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS i

4 TABLE DES MATIÈRES Tableaux Tableau 1 Informations sur les 3 stations de Laval, Tableau 2 Siccité des boues liquides et déshydratées, été Tableau 3 Résultats des mesures de ph des boues...3 Tableau 4 Résultats des teneurs en éléments traces métalliques dans les boues, en G/KG sec, Tableau 5 Valeurs maximales et minimales des teneurs en éléments traces métalliques dans les boues, en G/KG sec, Tableau 6 Pouvoir calorifique inférieur des boues déshydratées, en kj/kg...7 Tableau 7 Pouvoir calorifique inférieur de différentes matières, en kj/kg...7 Tableau 8 Synthèse des résultats observés sur les boues liquides, Tableau 9 Synthèse des résultats observés sur les boues déshydratées, Tableau 10 Synthèse des résultats observés sur les boues, Tableau 11 Potentiel méthanogène des boues et des résidus organiques...11 Tableau 12 Teneurs en métaux lourds des boues de fosses septiques, en MG/KG sec...12 Tableau 13 Filières actuelles de gestion des boues, données Tableau 14 Synthèse des coûts annuels de valorisation/élimination des boues (référence 2006)...14 Tableau 15 Potentiel méthanogène de différents résidus organiques, en m 3 / tonne (base humide)...17 Tableau 16 Teneur en matière sèche de différentes matières...19 Tableau 17 Quantités de matières organiques à traiter, Tableau 18 Synthèse des possibilités de traitement pour les boues de Laval...20 Figures Figure 1 Potentiel méthanogène des boues des 3 stations, en m3 de méthane / T MS (base sèche)...9 Figure 2 Filières de valorisation des boues séchées (2006)...13 ii

5 Propriété et confidentialité «Ce document d'ingénierie est l'œuvre de Dessau et est protégé par la loi. Ce rapport est destiné exclusivement aux fins qui y sont mentionnées. Toute reproduction ou adaptation, partielle ou totale, est strictement prohibée sans avoir préalablement obtenu l'autorisation écrite de Dessau et de son Client. Si des essais ont été effectués, les résultats de ces essais ne sont valides que pour l'échantillon décrit dans le présent rapport. Les sous-traitants de Dessau qui auraient réalisé des travaux au chantier ou en laboratoire sont dûment qualifiés selon la procédure relative à l approvisionnement de notre manuel qualité. Pour toute information complémentaire ou de plus amples renseignements, veuillez communiquer avec votre chargé de projet.» REGISTRE DES RÉVISIONS ET ÉMISSIONS No de révision Date Description de la modification et/ou de l émission 0A Rapport d étape 5 version préliminaire Rapport d étape 5 version finale Révision Révision 2 iii

6 INTRODUCTION Faisant suite au rapport préparé par la CMM ainsi qu aux rapports préparés par Dessau en 2008, la Ville de Laval a mandaté Dessau (CE-2009/4347) à la suite d un appel d offres sur invitation (OS-ING/ ) afin de réaliser les études complémentaires requises à assister la Ville de Laval dans l élaboration de son plan de gestion des matières résiduelles. Le mandat comprend la réalisation des étapes suivantes : Étape 1 : Prendre connaissance des documents existants; Étape 2 : Prendre connaissances de ce qui se fait ailleurs; Étape 3 : Estimer et déterminer le ou les modes de collecte et de traitement des résidus organiques du secteur résidentiel; Étape 4 : Estimer et déterminer s il y a lieu d ajouter les matières résiduelles organiques des ICI aux scénarios de collecte et de traitement envisagés; Étape 5 : Déterminer s il y a lieu d ajouter les boues des stations d épuration et les boues de fosses septiques aux scénarios de collecte et de traitement envisagés; Étape 6 : Déterminer les scénarios de collecte et de traitement les plus intéressants; Étape 7 : Pour chaque scénario, quantifier et déterminer les paramètres d occupation des sols; Étape 8 : Comparer les scénarios entre eux; Étape 9 : Déterminer le meilleur scénario. Le présent document constitue le rapport d étape 5. Ce rapport présente les résultats de l évaluation de la pertinence de traiter les boues d épuration et les boues de fosses septiques de la Ville de Laval dans une infrastructure de traitement biologique des matières résiduelles résidentielles. 1

7 1 CARACTÉRISATION DES BOUES DES STATIONS D ÉPURATION 1.1 VOLUMES GÉNÉRÉS Le tableau 1 synthétise les volumes de boues produits par les trois stations d épuration des eaux usées de Laval. Tableau 1 Informations sur les 3 stations de Laval, STATION D ÉPURATION TYPE DE TRAITEMENT FABREVILLE Primaire + physicochimique AUTEUIL Primaire + filtration biologique LA PINIÈRE Primaire + physicochimique TYPE DE TRAITEMENT Décantation physico-chimique Décantation par filtration biologique Décantation physico-chimique DÉBIT TRAITÉ, EN M 3 /AN BOUES DÉSHYDRATÉES, EN T MB / AN Siccité moy. : 34 % Siccité moy. : 27 % Siccité moy. : 28 % BOUES BASE SÈCHE, EN T MS / AN Total Les boues de la station La Pinière représentent plus de 75 % du total de boues générées par les trois stations, sur base sèche. Les boues de chaque station ainsi qu un mélange de boues des trois stations ont été analysées au cours d une précédente étude (N Réf : 052-P MR ). Les mélanges de boues analysés ont été préparés de façon à respecter ces proportions de boues de chaque station. Afin d estimer la quantité de boues produite à l horizon 2010, nous avons utilisé les projections de population fournies par la ville de Laval et appliqué le ratio d augmentation de population observée entre 2008 et 2010 à la production de boues. On évalue ainsi la génération de boues déshydratées à tonnes pour l année Cette quantité est ensuite utilisée dans le cadre de l élaboration des scénarios de gestion des matières résiduelles. 1.2 SICCITÉ ET PH DES BOUES Le tableau 2 montre les résultats des mesures de siccité (teneur en matières sèches) des boues des trois stations de Laval. 1 Données de la Ville de Laval 2

8 Tableau 2 Siccité des boues liquides et déshydratées, été 2009 STATION BOUES LIQUIDES (% MAT. SECHE) BOUES DESHYDRATEES (% MAT. SECHE) Juin Juillet Moyenne Juin Juillet Moyenne Auteuil 3,76 4,4 4,1 26,9 26,65 27 Fabreville 3,76 4,6 4,2 32,11 33,72 33 La Pinière 5,02 5,2 5,1 25,38 30,59 28 Ces résultats sont conformes aux analyses de boues déshydratées des stations d Auteuil et de Fabreville effectuées entre 2001 et 2008, fournies par la ville. Pour les boues de La Pinière, le faible nombre d analyses effectuées par la Ville sur les boues déshydratées à 30 % ne permet pas de corroborer ces résultats. Le tableau 3 montre les résultats des mesures de ph des boues des trois stations de Laval. Tableau 3 Résultats des mesures de ph des boues TYPE DE BOUES LIQUIDES DÉSHYDRATÉES Station Juin 2009 Juillet 2009 Juin 2009 Juillet 2009 Auteuil 6,4 7,1 7 6,6 Fabreville 6,8 6,9 6,6 6,9 La Pinière 6,5 6,7 7 6,6 Mélange des 3 stations ND ND 6,8 6,5 Le ph des boues des stations de Laval est compris entre 6,4 et 7, TENEURS EN MÉTAUX LOURDS Valeur de référence Le Bureau de normalisation du Québec (BNQ) est un organisme parapublic affilié au Conseil canadien des normes (CCN) qui développe des normes canadiennes commerciales, notamment pour les engrais et amendements des sols. Ainsi, lorsqu une municipalité désire valoriser ses boues, elle peut choisir la certification par le BNQ ou la demande de certificat d autorisation auprès du Ministère pour chaque utilisation. Le BNQ a donc établi des teneurs limites en contaminants pour garantir la qualité des amendements utilisés. 3

9 Par ailleurs, les normes réglementaires et les critères de valorisation élaborés par le ministère de l environnement et des parcs du Québec 2 (MDDEP) présentent des teneurs limites en contaminants (métaux lourds) qui sont harmonisées dans une large mesure avec celles du BNQ. Enfin, toute matière fertilisante qui est vendue ou importée doit être conforme à la Loi et au Règlement sur les engrais. Ces normes fédérales sont administrées par l Agence canadienne d inspection des aliments (ACIA). Les teneurs limites en contaminants sont analogues à celles du BNQ et du ministère de l Environnement et des Parcs du Québec (catégorie C2-P1). Les résultats des analyses de boues sur les teneurs en métaux lourds sont donc comparés aux limites imposées par la norme BNQ. Cette norme ne s applique pas directement sur les boues mais sur les amendements de sols issus des traitements des boues. Si les boues sont compostées ou si le digestat issu de la méthanisation des boues est composté, le compost devra respecter les limites de la norme BNQ. La qualité des boues est donc essentielle pour garantir la qualité du compost à l issue du traitement. Les granules de Laval (boues séchées à l usine de La Pinière) sont certifiées par le BNQ et une partie est valorisée en agriculture Qualité des boues Dans la globalité, les résultats des analyses de 2009 confirment la qualité des boues vis-à-vis des teneurs maximales imposées par la norme BNQ. Les teneurs en aluminium et en chrome dépassent le résultat moyen observé sur les boues des stations de traitement mécanisé au Québec. Toutefois, cette constatation n affecte pas la qualité des matières résiduelles fertilisantes (MRF) issues des boues car l aluminium n est pas contrôlé dans le cadre de la certification BNQ et la concentration en chrome reste très inférieure à la limite du niveau AA-A de cette norme. La limite AA-A de la norme BNQ est prise pour référence car les valeurs limites sont très proches des valeurs retenues par le MDDEP pour l attribution de certificat d autorisation dans le cas de valorisation de matières résiduelles fertilisantes. Deux éléments sont plus préoccupants concernant la certification BNQ au niveau AA-A pour les composts issus de boues ou pour la valorisation avec certificat d autorisation (CA) : le mercure et le sélénium. Pour le mercure, les dépassements ont eu lieu une seule fois à Auteuil et à Fabreville et deux fois à La Pinière sur près de 22 analyses entre 1998 et 2009 fournies par la ville et les analyses de juin 2009 montrent des valeurs inférieures au seuil. Concernant le sélénium, les dépassements sont plus fréquents; toutefois, aucun dépassement n a été observé pour les analyses de Guide sur la valorisation des matières résiduelles fertilisantes - Critères de référence et normes réglementaires,

10 Les valeurs maximales atteintes pour le mercure et le sélénium déclasseraient les composts issus de boues en catégorie B de la norme BNQ sur les composts et en catégorie C2 pour la valorisation avec CA. Ce déclassement aurait pour effet de réduire les quantités pouvant être épandues. Le tableau 4 présente les résultats des analyses effectuées à l été 2009 sur des échantillons prélevés par Dessau dans les différentes stations. Tableau 4 Résultats des teneurs en éléments traces métalliques dans les boues, en G/KG sec, 2009 BNQ AA-A AUTEUIL FABREVILLE LA PINIÈRE Liquides Déshydratées Liquides Déshydratées Liquides Déshydratées Juin Juillet Juin Juillet Juin Juillet Juin Juillet Juin Juillet Juin Juillet Arsenic 13 2,9 3,3 2,9 3,2 1,4 2,2 1,5 2,2 2 2,8 2 2,8 Cadmium 3 <1 <0,9 <0,9 <0,9 <1 <0,9 <0,9 <0,9 <1 <0,9 <0,9 <0,9 Chrome Cobalt Cuivre Mercure 0,8 0,23 0,32 0,52 0,3 0,33 0,62 0,42 0,31 0,33 0,4 0,21 0,25 Molybdène < < Nickel Plomb Sélénium 2 0,8 1,3 0,8 1,5 0,6 0,9 0,7 1,5 0,8 1,1 1,7 1,2 Zinc Les valeurs mises en gras dans les résultats d analyses sont les valeurs supérieures à 75 % de la limite imposée par le BNQ pour atteindre la qualité AA-A. Ces valeurs se rapprochent de la limite maximale imposée mais ne l atteignent pas. Le tableau 5 illustre les valeurs minimales et maximales atteintes lors de ces analyses de l été 2009 en comparaison aux valeurs limites de la BNQ, qualité AA-A. 5

11 Tableau 5 Valeurs maximales et minimales des teneurs en éléments traces métalliques dans les boues, en G/KG sec, 2009 BNQ AA-A Min Max Arsenic 13 1,4 3,3 Cadmium Chrome Cobalt Cuivre Mercure 0,8 0,21 0,62 Molybdène Nickel Plomb Sélénium 2 0,6 1,7 Zinc Les boues des trois stations d épuration de la ville de Laval présentent une excellente qualité au niveau des teneurs en métaux lourds; pour la plupart, les concentrations sont toujours nettement inférieures aux limites imposées par le niveau AA-A de la norme BNQ. Selon la norme BNQ, aucune restriction n est donc posée sur ce paramètre quant à leur utilisation comme fertilisant ou amendement de sol suite à un éventuel traitement tel que le compostage ou la méthanisation. 1.4 ÉVALUATION DU POUVOIR CALORIFIQUE INFÉRIEUR (PCI) Le PCI exprime la quantité potentielle d énergie que peut produire la combustion d une matière ou d un matériau donné, compte tenu de sa teneur en eau. Il est à différencier du PCS (Pouvoir Calorifique Supérieur) qui ne prend pas en compte l énergie requise pour évaporer l eau contenue dans les boues. D après les études consultées, les boues pâteuses, dont la siccité est d environ 20 % ne sont pas autocombustibles du fait de leur PCI trop bas et ceci impose des traitements de déshydratation lourds et coûteux pour les petites et moyennes stations 3. Les analyses ont donc été effectuées uniquement sur les boues déshydratées dont la siccité est supérieure à 20 %

12 Le tableau 6 montre les résultats des mesures de PCI des boues des trois stations de Laval. Tableau 6 Pouvoir calorifique inférieur des boues déshydratées, en kj/kg AUTEUIL FABREVILLE LA PINIÈRE MÉLANGE DES 3 STATIONS Date échantillonnage Juin Juillet Juin Juillet Juin Juillet Juin Juillet Siccité (% MS) 27,15 25,07 31,27 33,44 25,13 30,78 27,43 29,44 PCI, en kj/kg boues déshydratées PCI, en kj/kg matières sèches Le PCI des boues des stations de Laval est compris entre et kj/kg de boue brute et entre et kj/kg de matière sèche avec une moyenne autour de kj/kg. Selon les références consultées, le PCI moyen des boues sur base sèche se situe entre et kj/kg. Ces données correspondent aux résultats observés sur les boues de Laval. Aucune référence n a pu être trouvée sur la valeur calorifique des boues déshydratées. A titre de comparaison, le PCI moyen des matières résiduelles se situe autour de et kj/kg 6 sur base humide, le PCI moyen des déchets compostables autour de kj/kg (à 74 % d humidité) 7 et celui du pétrole de kj/kg. Le tableau 7 présente quelques données de PCI. Tableau 7 Pouvoir calorifique inférieur de différentes matières, en kj/kg PCI, EN KJ/KG SUR BASE HUMIDE Résidus organiques (74% humidité) Boues déshydratées autour de 30% MS Matières résiduelles Pétrole Séché environnement 7 INSA Rouen, UV Moyens modernes de production de l énergie, janvier

13 1.5 ESTIMATION DU POTENTIEL MÉTHANOGÈNE Les tableaux 8 et 9 présentent les résultats pour les boues liquides et pour les boues déshydratées sur base sèche à des fins de comparaison. En effet, en ramenant le potentiel méthanogène sur base sèche, on élimine le facteur de siccité qui influe sur le résultat. Tableau 8 Synthèse des résultats observés sur les boues liquides, 2009 POTENTIEL METHANOGENE M 3 CH4/T MS OCTOBRE 08 8 POTENTIEL METHANOGENE JUIN 09 TDCO, EN G/KG TX MIN. POTENTIEL METHANOGENE M 3 CH4/T MS JUILLET 09 TDCO, EN G/KG TX MIN. Auteuil % % Fabreville % % La Pinière % % Mélange n.d % % Moyenne % % Potentiel méthanogène en m 3 /T MS; Tx Min. : taux de dégradation physique ou chimique d'une substance qui conduit à la simplification des matières organiques en substances minérales (H 2 O, CO 2, CH 4 ); tdco : Demande Chimique en Oxygène totale. Critère de pollution organique correspondant à la consommation globale à chaud de l'oxygène du bichromate de potassium et représentative de la majeure partie des composés organiques ainsi que des sels minéraux oxydables. Tableau 9 Synthèse des résultats observés sur les boues déshydratées, 2009 POTENTIEL METHANOGENE, M 3 CH4/T MS JUIN 09 TDCO, EN G/KG TX MIN. POTENTIEL METHANOGENE M 3 CH4/T MS JUILLET 09 TDCO, EN G/KG Auteuil % % Fabreville % % La Pinière % % TX MIN. Mélange % % Moyenne % % Tx Min. : taux de dégradation physique ou chimique d'une substance qui conduit à la simplification des matières organiques en substances minérales (H2O, CO2, CH4); 8 Résultats d analyses effectuées par le CNRC à l automne

14 Potentiel méthanogène en m3/t MS. Le taux de minéralisation représente la portion de matière organique dégradée en méthane sur la quantité totale de matière organique initiale. Pour des boues de composition initiale semblable, plus ce taux est élevé, plus le potentiel méthanogène sera élevé. La figure 1 illustre les valeurs du potentiel méthanogène des boues liquides et des boues déshydratées sur base sèche mesurées en 2008 et Auteuil Fabreville La Pinière Mélange Boues liq - Oct08 Boues liq - Juin09 Boues liq - Juil09 Boues déshy - Juin09 Boues déshy - Juil09 Figure 1 Potentiel méthanogène des boues des 3 stations, en m3 de méthane / T MS (base sèche) En conclusion, on constate que le potentiel méthanogène des boues sur base sèche est très élevé : de 246 à 360 m 3 de méthane par tonne de matière sèche pour les boues liquides; de 209 à 307 m 3 de méthane par tonne de matière sèche pour les boues déshydratées. Il est difficile de faire une moyenne des données observées car les variations sont importantes entre les deux séries. Les boues d une même station présentent des écarts sur le potentiel méthanogène pouvant aller jusqu à 24 %. A titre de comparaison, le potentiel méthanogène des résidus organiques est estimé entre 150 et 275 m 3 de méthane par tonne de matière sèche. Le tableau 10 présente les résultats de potentiel méthanogène mesurés sur base humide pour les boues liquides et les boues déshydratées à l été

15 Tableau 10 Synthèse des résultats observés sur les boues, 2009 BOUES LIQUIDES BOUES DESHYDRATEES juin-09 juillet-09 juin-09 juillet-09 Auteuil 11,6 12,4 62,9 52,3 Fabreville 14,8 12,6 85,7 96,1 La Pinière 15,1 13,9 71,1 77,8 Mélange 14,7 11,9 77,1 78,7 14,0 12,7 74,2 76,2 Sur une base humide, le potentiel méthanogène des boues liquides est de 10 à 15 m 3 de méthane par tonne tandis que celui des boues déshydratées est compris entre 52 et 96 m 3 de méthane par tonne. Il semble que le potentiel méthanogène des boues soit plus élevé pour les boues liquides; les résultats obtenus en octobre 2008 et en juin 2009 sur ce type de boues montrent de forts potentiels toutefois, les résultats de juillet contredisent cette observation puisque sur cette série, les potentiels méthanogènes des boues déshydratées sont plus élevés que ceux des boues liquides. Concernant le mélange de boues des trois stations, le potentiel méthanogène se trouve en moyenne autour de 286 m 3 de méthane par tonne de matière sèche pour les boues liquides et autour de 289 m 3 de méthane par tonne de matière sèche pour les boues déshydratées. Aucune corrélation ne peut être obtenue entre la composition initiale des boues, en particulier la teneur en DCO et en Acides Gras Volatils (AGV), et la production de méthane. En effet, pour les boues déshydratées de La Pinière de d Auteuil, la production de méthane est plus faible en juillet et ce, malgré des concentrations en DCO et en AGV plus élevées ainsi qu un plus fort taux de minéralisation. Le CNRC précise cependant qu il existe une certaine difficulté à mesurer la DCO sur des échantillons solides non homogènes. Le nombre de résultats est insuffisant pour une analyse statistique plus approfondie; toutefois, ce niveau d analyse relève du domaine de la recherche, l ordre de grandeur du potentiel méthanogène ainsi que la variabilité de cette valeur en cours d année sont des données suffisantes pour évaluer les traitements envisageables pour ces matières. La production de méthane est toujours très rapide; entre 80 et 90 % du méthane est produit sur les 14 premiers jours en moyenne autant sur les boues liquides que sur les boues déshydratées. Le tableau 11 présente une synthèse du potentiel méthanogène des boues et d autres résidus sur base humide et sur base sèche. 10

16 Tableau 11 Potentiel méthanogène des boues et des résidus organiques POTENTIEL METHANOGENE, M 3 CH4/T (BASE HUMIDE) Boues liquides Boues déshydratées Résidus organiques POTENTIEL METHANOGENE, M 3 CH4/T (BASE SECHE) 2 CARACTÉRISATION DES BOUES DE FOSSES SEPTIQUES 2.1 VOLUMES GÉNÉRÉS Près de fosses septiques sont installées sur le territoire la ville de Laval. Le volume de boues produit annuellement par une fosse septique conforme (d un volume de 3,4 m 3 ) est de l ordre de 1,7 m 3 /an puisque la vidange est effectuée aux deux ans.9. Le volume total généré annuellement serait de l ordre de m 3 de boues liquides. Ce volume est très faible comparativement à celui des boues des stations d épuration. 2.2 PH ET SICCITÉ DES BOUES La siccité des boues de fosses septiques analysées était de 3,47 %. Le volume annuel exprimé en tonnes de matières sèches serait donc de l ordre de 177 tonnes. 2.3 CONCENTRATIONS EN MÉTAUX LOURDS Deux premières analyses ont été réalisées en juillet Elles mettaient en évidence des dépassements des limites imposées par la norme BNQ pour les concentrations en cuivre, en zinc et en sélénium. A l observation de ces teneurs élevées en métaux lourds, un second échantillon de boues de fosses septiques a été prélevé en octobre 2009 pour une nouvelle analyse afin de vérifier si les concentrations observées en juillet étaient représentatives de la composition des boues de fosses septiques aux alentours de Laval et si les boues analysées n avaient pas été contaminées par une seule fosse. Les résultats de cette seconde analyse, présentés au tableau 26, montrent des teneurs plus conformes aux résultats attendus sur de telles boues et similaires à celles de boues des stations d épuration. Le tableau 12 présente les résultats de l ensemble des analyses des teneurs en métaux lourds effectuées sur des échantillons de boues de fosse septiques en

17 Tableau 12 Teneurs en métaux lourds des boues de fosses septiques, en MG/KG sec ÉCHANTILLON #1 ÉCHANTILLON #2 ÉCHANTILLON #3 Date échantillonnage Juillet 2009 Juillet 2009 Octobre 2009 NORME BNQ AA- A Aluminium Fer Arsenic 2,9 2,1 1,5 13 Cadmium 2 3 1,1 3 Chrome total Cobalt Cuivre Mercure 0,44 0,17 0,35 0,8 Molybdène 6 7 1,2 5 Nickel Plomb Sélénium 2,3 3 0,4 2 Zinc ÉVALUATION DU POUVOIR CALORIFIQUE INFÉRIEUR Le PCI sur les boues des fosses septiques ne peut pas être mesuré car les boues sont trop liquides et n ont aucun pouvoir calorifique (elles nécessitent un apport énergétique pour leur combustion). 2.5 ESTIMATION DU POTENTIEL MÉTHANOGÈNE Les boues de fosses septiques présentent un potentiel méthanogène plus faible que celui des boues des stations d épuration, de l ordre de 8 m 3 de méthane par m3 soit 223 m 3 de méthane par tonne sur base sèche. Le taux de minéralisation est plus faible et le démarrage de la minéralisation plus long puisque la génération de méthane augmente seulement après 14 jours d incubation. Il se peut que la teneur élevée des boues en cuivre explique en partie ce faible potentiel méthanogène. 10 Le dosage du chrome total comprend le chrome hexavalent et trivalent 12

18 3 POSSIBILITÉS DE TRAITEMENT DES BOUES 3.1 COÛTS ACTUELS DE GESTION DES BOUES Le tableau 13 présente le sommaire de la gestion des boues des stations d épuration de Laval pour l année Tableau 13 Filières actuelles de gestion des boues, données 2008 TONNAGE TOTAL, T MB/AN BOUES DESHYDRATEES VALORISEES, T/AN % VALORISE BOUES ENFOUIES, T/AN % ENFOUI Auteuil % % Fabreville % % La Pinière % % Total % % On constate que près de 68 % des boues sont valorisées tandis que le reste est enfoui. Les boues valorisées sont systématiquement séchées à l usine La Pinière puis envoyées en valorisation agricole directement ou après compostage ou en valorisation énergétique en cimenterie. Les filières de valorisation des boues sont donc de trois types. La figure 2 illustre l importance de chaque filière de valorisation (année de référence 2006). On constate que la valorisation en cimenterie représente la grande majorité du volume valorisé (les tonnages présentés sont des boues séchées, ce qui explique les quantités moindres). 8% 7% 85% Ciment Saint-Laurent (valorisation énergétique) Compostage Valorisation agricole directe Figure 2 Filières de valorisation des boues séchées (2006) 13

19 Sur la base des données de 2006, sans tenir compte des coûts associés à la déshydratation et séchage et au transport des boues, le coût de valorisation est de 22,60 $ par tonne de boues séchées quelle que soit la filière de valorisation retenue tandis que le coût de l enfouissement est de l ordre de 48 $ par tonne de boues déshydratées. Les coûts annuels de valorisation et d élimination des boues pour 2006 sont présentés au tableau 14. Tableau 14 Synthèse des coûts annuels de valorisation/élimination des boues (référence 2006) Valorisation Élimination QUANTITÉ DE BOUES, EN T /AN T boues déshydratées soit 8698 T boues séchées T boues déshydratées et 85 T granules QUANTITÉ DE BOUES, EN T MS/AN % DE LA GÉNÉRATION ANNUELLE COÛT UNITAIRE % 22,6 $/T boues séchées % 48 $ /T boues déshydratées COÛT ANNUEL ,03 $ 19% ,00 $ 81% % DEPENSES Le coût moyen de valorisation/élimination des boues, hors déshydratation, séchage et transport, était en 2006 de l ordre de 23 $ par tonne de boues déshydratées. 3.2 APTITUDE DES BOUES AUX TRAITEMENTS BIOLOGIQUES Méthanisation des boues seules La méthanisation est une digestion anaérobie, ou fermentation méthanique, qui transforme la matière organique en compost, méthane et gaz carbonique par un écosystème microbien complexe fonctionnant en absence d'oxygène. La méthanisation permet de convertir la matière organique tout en consommant peu d'énergie, en produisant peu de digestat et en générant du biogaz. Quoique largement répandue en Europe, la technologie de digestion anaérobie est moins répandue au Canada. Néanmoins, il existe au Québec quelques installations de digestion anaérobie traitant essentiellement des bio-solides provenant des activités de traitement des eaux usées municipales ou du lisier de porc. La zone optimale de ph pour la méthanisation est située aux alentours de la neutralité. En effet, les bactéries méthanogènes sont fortement inhibées en dessous de 6 tandis que les bactéries acidogènes supportent mieux les ph inférieurs à 6. Une chute de ph est donc le signe d'un dysfonctionnement. Dans la plupart des cas, le ph est autorégulé dans le digesteur avec des valeurs optimales comprises entre 6,8 et 7,4. Le ph des boues des stations de Laval se situe dans la zone optimale de fonctionnement pour la méthanisation. 14

20 Le choix de la siccité des boues à traiter dépendra du type de procédé retenu. En cas de procédé liquide, il est possible d utiliser une partie des boues liquides, ce qui permettra une légère économie d eau. Le potentiel méthanogène des boues est très élevé : De 246 à 360 m 3 de méthane par tonne de matière sèche pour les boues liquides; De 209 à 307 m 3 de méthane par tonne de matière sèche pour les boues déshydratées. Les résultats obtenus par les expériences réalisées au CNRC sont des résultats de potentiel en méthane en conditions optimales, et suite à une incubation de 5 semaines. Pour évaluer les rendements attendus à plus grande échelle, les valeurs obtenues après 2 semaines d'incubation devraient être utilisées dans la mesure où le temps de rétention dans les digesteurs industriels est généralement de 14 jours au maximum. Par ailleurs, le mélange substrat-bactéries analysé en laboratoire est réalisé de façon à éviter toute carence en nutriments, vitamines etc. qui pourraient se présenter en cours de réactions. Selon le CNRC 11, on peut évaluer le potentiel méthanogène en conditions réelles à 80 % du résultat obtenu en laboratoire pour une durée de rétention des 14 jours en supposant que les conditions idéales au niveau du ph, de l inoculum, et du substrat sont maintenues dans le digesteur. Par ailleurs, selon la localisation de l usine de méthanisation, il sera avantageux de déshydrater les boues afin de réduire les coûts de transport. Si l usine de méthanisation est localisée à proximité du site de l usine de traitement des eaux usées de La Pinière, il serait envisageable d intégrer dans le mélange entrant les boues liquides de La Pinière pompées ainsi que les boues déshydratées des autres stations. La siccité finale du mélange devra être vérifiée afin de répondre aux conditions de fonctionnement du procédé. Selon les fournisseurs de pompes contactés, il est difficile d estimer les distances maximales sur lesquelles il est possible de pomper les boues car celles-ci dépendent des caractéristiques des boues, du dénivelé entre les deux points à relier ainsi que de l aspect du parcours (rectiligne ou en courbes). La distance de pompage de boues ayant une siccité de 3 à 4 % serait comprise entre 3 et 6,6 km, ceci en conditions optimales de transport (sans dénivelés ni courbes). Selon les fournisseurs, la siccité maximale pour pomper des boues est de l ordre de 4 %; or, les boues liquides de la station de La Pinière présentaient une siccité autour de 5 % lors de la campagne de prélèvements effectuée à l été Des vérifications devront être effectuées au cours des prochaines saisons. Parmi les municipalités québécoises dont les stations d'épuration des eaux usées sont munies d'équipements de digestion anaérobie pour le traitement des boues dont : 11 Communication personnelle, octobre

21 Repentigny Les deux digesteurs permettent de traiter annuellement m 3 de boues. Ces boues sont à une siccité de 4,3 % en moyenne lorsqu elles entrent dans le digesteur. Chaque digesteur a un volume de m 3. Le volume de biogaz produit était de l ordre de m 3 en 2008, soit 13 m 3 de méthane par tonne de boue traitée ou encore 300 m 3 de méthane par tonne de matière sèche. A titre comparatif, les boues liquides des trois stations de Laval présentent des potentiels méthanogène compris entre 10 et 14 m 3 de méthane / t boues liquides (pour des siccités de 4 à 5 %) ou encore 246 à 260 m 3 de méthane / t matière sèche. Le biogaz est utilisé pour chauffer le digesteur, ce qui permet de réduire les coûts d opération. Ainsi, le coût annuel de chauffage des digesteurs est de l ordre de $ pour l achat du gaz naturel. Environ 4700 t de digestat à une siccité variant de 25 à 30 %, est envoyé chaque année en site d enfouissement. La digestion anaérobie ne requiert pas beaucoup de manutention. Selon l opérateur, l important est d assurer un bon suivi du procédé : température, ph, alimentation en boue fraîche afin de conserver ces paramètres les plus stables possible. Présentement, l usine est en phase de redémarrage d un digesteur suite à l ajout d un canon de brassage au milieu. Les mêmes optimisations seront apportées au second digesteur à l automne Selon l opérateur de ce système, la digestion anaérobie des boues présente plusieurs avantages; les boues digérées sont stables, et les digesteurs permettent d éliminer le gras et écumes du procédé. Le procédé ne génère pas d odeurs puisqu aucun réservoir de stockage des boues n est requis 12. Rosemère-Lorraine La station de traitement des eaux usées de Rosemère-Lorraine a mis en place le traitement des boues par digestion anaérobie depuis Deux digesteurs sont disponibles d un volume de 680 m 3 chacun. La quantité de boues traitée chaque année est de l ordre de m 3 (2008). Ces boues entrent dans le digesteur à une siccité de 1 à 2 %. Le volume de biogaz produit était estimé à m 3 en 2008, ce qui représente 12,6 m 3 de méthane par m 3 de boue liquide et 630 m 3 de méthane/tonne de matière sèche de boue. Comparativement aux boues de Laval et de Repentigny, les boues de Rosemère-Lorraine paraissent très productives en méthane. Ces valeurs, transmises par la ville de Rosemère, nous semblent toutefois très élevées. Le biogaz est récupéré et brûlé ; la chaleur produite sert à chauffer le bâtiment ainsi que les boues des digesteurs. Les coûts annuels pour le chauffage du digesteur étaient de $ en La quantité annuelle de digestat produit est de m 3 (2008) à une siccité d environ 2 à 3 %; ce digestat est envoyé en enfouissement Communication personnelle avec Benoit Asselin, Aout Communication personnelle avec Nathalie Bélanger, Août

22 La production de méthane exprimée sur base sèche pour la station de Rosemère-Lorraine semble très élevée comparativement à la production observée à Repentigny et aux résultats des analyses effectuées sur les boues de Laval. Pour les deux systèmes, on constate que la digestion des boues n est pas autonome sur le plan énergétique puisqu elle occasionne des coûts en chauffage. Les coûts à Rosemère-Lorraine sont identiques à ceux de Repentigny malgré une quantité moindre de boues traitées; ceci est peut-être dû à l utilisation du biogaz pour le chauffage du bâtiment en plus de celui des digesteurs Méthanisation des boues avec d autres matières Les boues peuvent être méthanisées seules ou mélangées avec les résidus organiques générés par les secteurs résidentiels et des industries, commerces et institutions (ICI). Le tableau 15 présente le potentiel méthanogène de plusieurs types de résidus organiques, en m3 de méthane par tonne de matières humides. Tableau 15 Potentiel méthanogène de différents résidus organiques, en m 3 / tonne (base humide) Résidus de table Résidus verts CATÉGORIE VALEUR MIN. VALEUR MAX. Résidus de table Déchets de légumes Déchets verts / / 36 Résidus de tonte Feuillage d'arbres VALEUR MOYENNE Résidus de table et résidus verts Résidus organiques municipaux Ordures grises Boues liquides (Analyses de Laval) Boues déshydratées (Analyses de Laval) On constate que, sur base humide, le potentiel méthanogène des boues liquides est plus faible que celui des résidus de table; pour les boues déshydratées, le potentiel est plus élevé. Le potentiel méthanogène des boues sur base sèche est plus élevé que celui des autres matières organiques Compostage des boues La technique de compostage consiste en la décomposition et la stabilisation, par voie biologique aérobie thermophile de la matière organique contenue à l intérieur des bio-solides. 17

23 Le compostage doit nécessairement s effectuer à partir de boues déshydratées de façon à économiser l'approvisionnement en support de compostage, les boues n'étant pas auto-compostables. Toutefois, les boues déshydratées sont difficilement compostables, en raison de leur faible porosité, leur rapport Carbone/Azote bas, leur tendance à la compaction ainsi que leur structure déficiente. Il devient alors nécessaire d ajouter un élément structurant aux boues (copeaux de bois, sciures ), lequel doit répondre à certaines exigences telles qu une teneur en eau entre 50 et 70 %, un rapport Carbone/Azote entre 25 et 35 % et une porosité entre 35 et 40 %. Ainsi, la siccité minimale recommandée pour le compostage est de 15 à 30 % environ 14. Toutefois, selon les contacts effectués, les sites de compostage acceptent les boues ayant une siccité plus élevée. Le site de compostage de GSI par exemple, situé à Bury, traite les boues ayant une siccité allant jusqu à 90 %. La filière de compostage des boues en système ouvert n est pas une filière recommandée sur le long terme pour la ville de Laval. En effet, sur la totalité des sites de compostage ouverts en opération au Québec, moins d une dizaine acceptent encore aujourd hui des boues de station d épuration en raison des odeurs occasionnées lors des opérations. Le compostage fait l objet de nombreuses controverses et occasionne bien souvent de nombreuses plaintes, ce qui rend cette filière moins attractive. Un procédé de compostage en système fermé permettrait de mieux contrôler les odeurs. 4 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS La qualité des boues des stations d épuration de Laval ne pose aucune contrainte à l intégration des boues au traitement des autres résidus organiques envisagés par la Ville que ce soit en digestion anaérobie ou en compostage. Toutefois, des difficultés peuvent être rencontrées par l introduction des boues des stations d épuration dans la filière compostage, notamment en ce qui a trait aux problèmes d odeurs et aux limites pouvant être imposées quand à la proportion boues/matières organiques. Par ailleurs, l intégration de boues dans le procédé pourrait réduire les débouchés pour le compost du fait des risques sanitaires plus importants et d une moindre acceptabilité auprès du grand public. La qualité des boues des stations d épuration de Laval ne pose aucune contrainte à l intégration des boues au traitement des autres résidus organiques envisagés par la ville. Toutefois, compte tenu des difficultés rencontrées par la filière de compostage des boues en système ouvert, il ne semble pas pertinent d inclure les boues au traitement si la Ville retient le compostage ouvert pour les résidus organiques issus de la collecte à 3 voies

24 Si la Ville retenait un système de compostage fermé, des investigations approfondies devront être menées sur le contrôle des odeurs et sur la qualité finale du compost. Par ailleurs, l intégration de boues dans le procédé pourrait réduire les débouchés pour le compost. Par contre, au vu du fort potentiel méthanogène des boues, il serait judicieux d intégrer les boues dans le dimensionnement d une unité de digestion anaérobie. Dans le cas d un procédé de digestion anaérobie liquide, si l usine de traitement est située à proximité de la station de La Pinière par exemple, une partie des boues pourrait être apportée sous forme liquide afin de remplacer les eaux de procédé. Pour les autres stations, il est avantageux de maintenir une déshydratation à 30 % afin de réduire les coûts de transport. L ajout de boues déshydratées réduira les besoins en eau de procédé car leur teneur en eau est plus élevée que celle des matières putrescibles. Le tableau 16 montre la siccité de différents intrants. Tableau 16 Teneur en matière sèche de différentes matières Putrescibles (toutes matières confondues) 44 % Déchets verts 50 % Boues liquides 4 % Boues déshydratées 30 % %MS Si l usine de digestion anaérobie est située à une distance supérieure à 5 km de la station de La Pinière, le procédé retenu ainsi que la composition exacte des résidus organiques issus de la 3e voie permettront d identifier le système de déshydratation à privilégier : déshydratation à 30 % ou à 90 %. Le tableau 17 montre l impact de l ajout des boues dans le système de traitement des résidus organiques selon l estimation des quantités générées en Tableau 17 Quantités de matières organiques à traiter, 2010 Résidus organiques résidentiels QUANTITE ANNUELLE EN T/AN 3 voies - 1 à 7 logements T/an 3 voies - 1 à 7 logements et 2 voies pour les 8 logements et plus T/an 2 voies tous les logements T/an Résidus organiques des ICI Taux de capture de 10 % T/an 19

25 Taux de capture de 40 % Taux de capture de 50 % QUANTITE ANNUELLE EN T/AN T/an T/an Boues Boues déshydratées 3 stations T/an L ajout des boues au traitement des résidus organiques augmenterait de façon très significative les quantités traitées. La possibilité d ajout d une telle quantité de boues au mélange intrant sera vérifiée auprès des fournisseurs de technologies. Le tableau 18 résume les possibilités de traitement de boues et les limites pour chaque filière. Tableau 18 Synthèse des possibilités de traitement pour les boues de Laval Résidus organiques résidentiels et ICI TRAITEMENT INTÉGRATION LIMITES DES BOUES Compostage ouvert Non recommandé Odeurs Qualité du compost Proportions Compostage fermé À valider Contrôle des odeurs Qualité du compost Proportions Méthanisation Oui Quantité maximale de boues admissible Siccité des boues selon procédé Sur le plan environnemental, l intégration des boues au traitement des résidus organiques résidentiels et ICI permettrait de valoriser la totalité des boues contre 68 % actuellement et de réduire le transport de ces matières puisqu une partie des boues est valorisée en cimenterie à Joliette. Sur le plan économique, l intégration des boues au scénario de traitement des autres résidus organiques générés par la ville de Laval permettrait de réaliser des économies d échelle. Ceci réduirait le coût de traitement des boues qui sont présentement enfouies. Ces coûts seront estimés dans un rapport subséquent. Par ailleurs, l enfouissement n est pas une filière fiable sur le long terme pour les boues de station d épuration; en effet, les orientations de la future politique de gestion des matières résiduelles pourraient interdire l enfouissement des boues lorsque celles-ci sont valorisables autrement. La redevance d enfouissement pourrait également fortement augmenter dans les prochaines années. 20