Yves LEFRILEUX Institut de l Elevage

Transcription

1 Gestion des effluents d élevage et de fromagerie en exploitation laitière et fromagère Yves LEFRILEUX Institut de l Elevage

2 Plan 1. Introduction : pourquoi épurer 2. Le contexte réglementaire 3. Les effluents d élevage et de fromagerie 4. Les solutions techniques privilégiées 5. Les solutions techniques complémentaires 6. Les solutions techniques d avenir

3 Pourquoi Épurer? Eaux usées dans les rivières : Bactéries «consomment» de l oxygène Concurrence avec poissons, organismes vivants Nitrates et phosphore = engrais Croissance excessive des algues et végétaux. = Eutrophisation : modification, dégradation d un milieu aquatique

4 Epuration basée sur principes biologiques Tous les mécanismes d épuration proposés font intervenir des bactéries qui dégradent les composés polluants. La quasi totalité des solutions est mise en œuvre en milieu aérobie Certaines phases peuvent être développées en milieu anaérobie

5 Les Indicateurs ph (Potentiel Hydrogène) : expression de l acidité DCO (Demande Chimique en Oxygène) : représente la quantité de matière organique DBO5 (Demande Biologique en Oxygène) : représente la fraction de matière organique soluble dont la dégradation est assurée en 5 jours Rapport DCO / DBO5 : représente la biodégradabilité de l effluent Rapport < 2 : facilement biodégradable Rapport > 2 : difficilement biodégradable EH (Équivalent Habitant) : en zone rurale, un habitant équivaut à 150 litres de rejet/jour à une concentration de 0.8g/l, soit 120 g DCO/jour

6 Réglementations applicables aux exploitations agricoles Réglementation sanitaire Règlement Sanitaire Départemental RSD Réglementation environnementale Installations Classées ICPE (Installations Classées pour la Protection de l Environnement) Loi sur l Eau Directive Nitrates

7 Aspects sanitaires et environnementaux Règlement Sanitaire Départemental ICPE soumise à déclaration ICPE soumise à autorisation Règles départementales Simple déclaration et respect de règles nationales Approche spécifique à l élevage Tous les élevages du département Obligations minimales nationales éventuellement renforcées par des arrêtés préfectoraux

8 Contexte réglementaire lié à la taille de l élevage RSD instruit par DDASS, ICPE instruit par DDPP Catégorie d animaux Règlement Sanitaire Départemental Elevage soumis à Déclaration Elevage soumis à Autorisation Vaches laitières et (ou) mixtes Ovins Moins de 50 De 50 à 100 Plus de 100 Quelle que soit la taille Caprins Quelle que soit la taille

9 La réglementation française liée à l activité ité de transformation ti RSD instruit par DDASS, ICPE instruit par DDPP Catégorie d animaux Volume de lait transformé par jour Règlement Sanitaire Départemental Elevage soumis à Déclaration Elevage soumis à Autorisation < à >

10 La réglementation : points essentiels LOI SUR L EAU Le rejet direct d effluent dans le milieu naturel est interdit La loi sur l eau concerne toutes les exploitations

11 La réglementation : points essentiels La directive nitrates 91/676/1991 Réduire la pollution des eaux provoquée ou induite par les nitrates d origine agricole Prévenir toute nouvelle pollution de ce type - Délimitation de zones vulnérables : eaux menacées ou atteintes par la pollution - Zonage revu tous les 4 ans (dernière 2002 ; 2006) La directive nitrates concerne Toutes les exploitations en zone vulnérable

12 Délimitation des zones vulnérables de la directive "nitrates" en 2004 Source : Ministère de l Écologie et du Développement durable (Direction de l'eau).

13 Bilan réglementation ti Quels que soient leur taille et les volumes transformés, les exploitations d élevage sont tenues de respecter le contexte réglementaire commun qui concerne l interdiction de rejet direct des effluents dans le milieu Le code de l environnement précise «les acteurs doivent mettre en œuvre les moyens de réduction des atteintes à l environnement en utilisant les meilleures techniques à un coût économiquement acceptable»

14 Aujourd hui Bilan réglementation - suite Élevages caprins hors zones vulnérables : Règlement Sanitaire Départemental -Capacités de stockage, périodes d épandage -Pas de rejet direct dans le milieu Élevages caprins en zones vulnérables : Directive Nitrates Effluents d élevage : -Eaux blanches salle de traite, eaux vertes : filière de traitement agréée -Moins de 170 kg d N/ha/an épandus

15 Les solutions de traitement validées : quel statut t t? Dans le cadre du Comité de Pilotage du PMPOA puis du PMBE Expertise de différentes solutions techniques Validation d une liste de solutions efficaces Possibilité d attribution d aides publiques ATTENTION certaines administrations méconnaissent encore ces solutions On peut avoir à fournir des justifications techniques D autres solutions techniques peuvent être valablement proposées

16 Effluents à gérer sur l exploitation «élevage» «transformation» Laits «non commercialisables» DEJECTIONS au pâturage FUMIER/LISIER PETIT LAIT EAUX BLANCHES Matériel, locaux EAUX BLANCHES Tank+locaux EAUX BLANCHES Machine à traire EAUX VERTES Quais de traite+aire attente EAUX BRUNES JUS SILO Transformations ratées Fromagerie Laiterie Traite Élevage

17 Caractéristiques Type d effluent Eaux blanches ph 5.5 à 6.2 Volume par litre de lait Salle de traite Fromagerie 2.8 DCO (g/l) DCO / DBO5 N tot g/l ME S g/l P tot g/l Graisse s g/l 0.2 à / 0.86 Lactosérum lactique à Lactosérum pâtes pressées à à 1 8 à 11 _ 0.5 Mélange 4 à à à 0.2 à eaux blanches - lactosérum Eaux 7 à 8 150/pers domestiques 120 g/j (15 5 g/)j _

18 1 litre de lait Charge DCO Eaux blanches machine à traire 2 grammes Eaux blanches fromagerie + tank 8 grammes Lactosérum 10 grammes 50 grammes 60 grammes de DCO (80 pour ppnc) Dont plus de 80% issu du lactosérum

19 ! Lait- colostrum 1 litre de lait libéré dans le milieu 220 grammes de DCO L équivalent de pollution rejeté par 1.8 habitant en 1 journée!!! 1 litre de colostrum libéré dans le milieu 500 grammes de DCO À j6 300 grammes de DCO

20 Exemple 80 chèvres avec 300 litres lait/jour au pic 80 chèvres Cas 1 Rejet des eaux blanches seules 20 habitants 1 chèvre # 0.25 habitant 300 l lait Cas 2 Rejet des eaux blanches et du lactosérum 150 habitants 1 chèvre # 1 à 2 habitants

21 Récapitulatif Les effluents fromagers sont des effluents tè très chargés en matière organique Comparaison avec des eaux usées domestiques : Eaux blanches : 3à4 x Lactosérum : 60 à 80 x Eaux blanches et lactosérum : 12 à 20 x Poids très important du lactosérum dans la charge finale de l effluent Raisonner les systèmes d épuration en fonction de la présence ou non de lactosérum

22 Le principe de la conditionnalité des aides de la PAC 19 directives et règlements dont 6 centrés sur l'environnement Bonnes Conditions Agricoles Environnementales Maintien des prairies permanentes au niveau de 2003

23 Directive i "Nitrates" N 91/676 "Eaux souterraines" N 80/68 "Boues urbaines" N 86/278 Les 6 directives européennes Objectifs visés Obligations pour les éleveurs Limiter la pollution des eaux par les nitrates d'origine agricole. Respect des exigences définies dans le programme d'action : plafond 170 kg Norg/ha épandable, calendrier d'épandage Préserver la qualité des eaux souterraines Déversement de substances dangereuses dans le milieu interdit Définir les régles d'utilisation des boues d'épuration en agriculture Contrat d'épandage entre le producteur de boues et l'agriculteur "Phytosanitaires" N 91/414 "Habitat" N 92/43* "Oiseaux" N 79/409* Définir les régles de mise sur le marché et d'utisation des produits phytosanitaires Usage des produits selon les conditions mentionnées sur l'étiquettage Respecter le code des bonnes pratiques phytosanitaires Assurer la conservation des habitats naturels de la faune et de la flore sauvage Respecter les mesures définies dans le document objectif Natura 2000 Assurer la protection des oiseaux sauvages Respecter les mesures définies dans le document objectif Natura 2000

24 Les solutions Possibilités de traitement type de produits type de produits filtres plantés de roseaux filtres plantés de roseaux filtres plantés de roseaux recirculation SBR fossés Filtre lagunants Pouzzolane laits non commercialisables : laits non laits non commercialisables : laits mammiteux, colostrum mammiteux, colostrum, excédents eaux brunes, de,j quota jus de silos non Lactosérum lisier, eaux brunes, jus de silosnon eaux vertes eaux de vertes l'aire d'attente de l'aire d'attente non eaux vertes eaux quais vertes de traite quais et de fond traite et fond fosse de traite oui fosse de traite eaux blanches eaux blanches oui eaux usées eaux domestiques usées domestiques oui non non oui non non oui non oui oui oui oui oui oui oui non non oui oui non oui oui oui non oui oui oui oui oui oui oui oui oui

25 Les filtres plantés de roseaux Vue en coupe à 2 étages Cuve tampon d homogénéisation -décanteur - flottation 2 étages de filtre plantés - traitement aérobie parcelle enherbée, fossé d infiltration - traitement final Regard de distribution Cuve tampon d homogénéisation Filtre planté Filtre planté Traitement 1er étage 2ème étage final Contrainte : 2 m de dénivelé entre regard et sortie

26 Les filtres plantés de roseaux Vue en plan 1er étage : 65 % de la surface totale. 2ème étage : 35 % de la surface totale. 1 ère semaine 2ème semaine Utilisation en alternance Ste Tulle une sept-2011 semaine sur deux

27 Les filtres plantés de roseaux La fosse toutes eaux Trappes de visite Cloison siphoïde Dimensionnement : Entretien : Temps de séjour de 6 jours pour EB seules Temps de séjour de 9 jours pour EB+EV quai 1 vidange annuelle et lors d un rejet accidentel de lait

28 Les filtres plantés de roseaux Les filtres Type de matériaux 1er étage 2è étage En surface : sable 20 cm 40 cm Gravier 3/8 ou 2/6 mm 30 cm 10 cm Gravier 10/20 mm 5 à 10 cm 5 à 10 cm En fond : galets 20/40 mm 10 cm 10 cm Vue en coupe Roseaux de type Phragmites communis et australis 9 pieds/m².

29 Les filtres plantés de roseaux Dimensionnement des filtres Surface totale = Charge polluante quotidienne à traiter (g DGO) 70 (g DGO / m² et par jour) 70 g de DGO représentent la capacité épuratoire maximale par m2 et par jour 65 % de la surface totale sur le 1er étage 35 % de la surface totale sur le 2ème étage (DGO = DCO +4,5 Nk)

30 Les filtres plantés de roseaux Dimensionnement fosse toutes eaux Moins de 180 chèvres 180 chèvres et plus Eaux blanches salle de 3 m3 4 m3 traite Eaux blanches from + sdt 3 à 14 m3 > 14 m3 Dimensionnement filtres 1er étage 2ème étage Eaux blanches salle de m2/chèvre 0.03 m2/chèvre traite Eaux blanches from + sdt m2/chèvre m2/chèvre

31 Principe de fonctionnement de la filière avec filtres plantés de roseaux et BTS (en plan)

32 Principe de fonctionnement de la filière avec filtres plantés de roseaux et BTS (en coupe)

33 BOUES ACTIVEES SBR Procédé développé par l INRA Narbonne Principes de traitement : Traitement biologique aérobie : dégradation de la pollution par micro-organismesorganismes aérobie Traitement physique : décantation puis séparation des eaux épurées et des «boues» Gestion des boues : Fosse de stockage ou stockage direct dans le réacteur

34 BOUES ACTIVEES SBR Schéma de fonctionnement (SBR) Boues Air une phase d aération (soufflante) : dégradation de la pollution par micro-organismes aérobie une phase de décantation (arrêt de la soufflante) : décantation n des micro-organismes m épurateurs u (boues) et fraction surnageant épurée C i i é bé l Cuves acier avec peinture époxy ou béton ou polyester

35 BOUES ACTIVEES SBR Cycle de fonctionnement journalier Étape 2 Aération 12 à 20 heures Étape 3 Décantation Étape 1 1 à 3 heures Remplissage Effluent Étape 4 épuré Vidange Boues en excès

36 BOUES ACTIVEES SBR Dimensionnement réacteur charge en DCO à traiter au pic de production 0.7 à 1.5 kg DCO / m3 / jour Dimensionnement fosse boues (ou réacteur) 4 à 5.5 % du volume annuel traité À stocker sur durée réglementaire, 15à4 1.5 mois

37 FILTRE A POUZZOLANE Les grands principes de fonctionnement Support : pouzzolane = roche volcanique Filtration physique + dégradation bactérienne Dégradation aérobie : aération du système nécessaire Recirculation : 4 passages / jour Alternance de période d alimentation et de repos Dimensionnement en charge organique par unité de surface : grammes de DCO / m2

38 FILTRE A POUZZOLANE Schéma de fonctionnement Filtre pouzzolane x 2 unités fonctionnant en alternance 4 passages/jour sur filtre Fossé enherbé Effluent brut Effluent traité Cuve stockage Cuve recyclage 1 jour pic 1 jour pic + pluie

39 Détail du filtre FILTRE A POUZZOLANE Drains + cheminées Pouzzolane 80cm Hourdis + galets 40 cm

40 FILTRE A POUZZOLANE Charge en grammes de DCO / m2 de filtre en fonction de l altitude et de la saison du pic de production Altitude Saison Printemps Été Automne Hiver 300 à 400 m à 500 m à 600 m à 700 m m et plus

41 L épandage sur prairies avec tuyaux perforés

42 Epandage sur prairies avec tuyaux perforés Possibilités de traitement type type de de produits produits filtres Épandage plantés sur fossés prairies de avec roseaux tuyaux lagunants perforés laits non commercialisables : laits laits non commercialisables : laits mammiteux, colostrum, mammiteux, colostrum, excédents eaux de brunes, quota jus de silos Lactosérum lisier, eaux brunes, jus de silos eaux eaux vertes vertes de de l'aire l'aire d'attente d'attente eaux eaux vertes vertes quais quais de de traite traite et fond et fond fosse fosse de de traite traite eaux eaux blanches blanches eaux eaux usées usées domestiques non non non oui oui oui oui oui oui oui oui oui non non non oui oui oui oui

43 Épandage sur prairies avec tuyaux perforés Arrivée des effluents Décanteur- 1- Traitement primaire dégraisseur 9jours 2- Stockage Fosse de stockage de l effluent prétraité 10 à 18 jours Nourrice en place 3- Epandage By pass Tuyau d épandage démontable parcelle d'épandage 1 parcelle d'épandage 2

44 Epandage sur prairies avec tuyaux perforés Stockage de l effluent pré-traité Stockage séparé ou associé au décanteur Capacité de stockage calée sur les règles d épandage à respecter : Interdiction si sol gelé (température moyenne journalière < 0 C, couvert de neige > 5 cm, si pluie > 1 mm (arrêt dès qu'il pleut), si sol non ressuyé

45 Épandage sur prairies avec tuyaux perforés Règles d'épandage à respecter pour la détermination de la surface Une prairie Apport en azote <= exportation ti de la culture Cahier des charges national maxi de 65 kg N-NHNH 4 / ha cumulés de novembre à mars dont maxi de 20 kg N-NH 4 / ha cumulés du 15 novembre au 15 janvier maxi de 200 kg N total / ha / an respect des volumes autorisés : maxi 200 m 3 / apport / ha

46 Le lagunage : il nécessite - beaucoup de place - un sol naturellement imperméable

47 Le lagunage Possibilités de traitement type type de de produits produits filtres plantés fossés lagunes de roseaux lagunants laits non commercialisables : laits laits non commercialisables : laits mammiteux, colostrum, excédents de mammiteux, colostrum, excédents quota de quota eaux brunes, jus de silos lisier, eaux brunes, jus de silos Lactosérum eaux vertes de l'aire d'attente eaux vertes de l'aire d'attente t eaux vertes quais de traite et fond eaux fosse vertes de traite quais de traite et fond fosse de traite eaux blanches eaux blanches eaux usées domestiques eaux usées domestiques non non non oui oui oui non oui non oui oui oui oui non non oui oui oui oui

48 Le lagunage g Bassin 1 Fosse toutes eaux Décanteur-dégraisseur Bassin 2 Bassin 3 Rejet vers zone enherbée.

49 Le lagunage Dimensionnement des lagunes Fonction de la charge organique (DCO) Fonction de la concentration en azote La plus grande des 3 surfaces est retenue et divisée en 3 bassins de taille identique. Surface 1 : selon DCO DCO kg/an x 0.15 m2/kg Surface 2 : selon Nkj Nkj kg/an x 1.57 m2/kg Surface 3 : selon NH4 NH4 kg/an x 2.4 m2/kg

50 Massifs Filtrants t Végétalisés et Bosquets Epurateurs Des possibilités intéressantes, associés à un traitement t primaire i

51 Massifs Filtrants Végétalisés et Bosquets Epurateurs des limites dues à la nature du sol et à la charge polluante à traiter Ce qu on peut traiter Eaux blanches : Salle de traite et fromagerie Purin et lixiviat de fumière Eaux vertes et brunes Ce que l on ne peut pas traiter Lactosérum Laits non transformables

52 Le stockage et épandage agricole

53 Le stockage des produits seuls Utilisation des matières organiques comme fertilisants Capacité d épuration par le sol ou mélangés Règles d épandage : Règles agronomiques : ne pas dépasser la capacité d absorption par le sol Distances minimales par rapport aux locaux, installations de tiers, cours d eau, captage d eau potable, etc. Interdit sur sol gelé, enneigé ou très pentu Problème du stockage (capacité de plusieurs mois) Contraintes foncières Matériel et main d œuvre Nuisances olfactives liées au stockage et au moment de l épandage lépandage Appétence

54 Le stockage des produits seuls ou mélangés Stockage pour la durée réglementaire RSD ou IC Capacité : 1,5 à 4 mois Coût de réalisation des ouvrages : 20 à 150 / m³ Épandage Dose maximale de 60 m 3 / ha [27 kg N/ha et 17 kg P/ha] 1 à 3 / m³ Temps d épandage

55 Des solutions techniques d AVENIR pour gérer les effluents d élevage et de fromagerie

56 FILTRE BIOLOGIQUE A COMPOST

57 Valorisation du lactosérum par compostage COMPOSTAGE : fermentation aérobie Fumier caprin : % MS élevé -Augmenter l humidité par apport de petit-lait sans entraîner de ruissellements et évaluer volumes valorisés par cette pratique -Voir effets sur la qualité finale du compost Expé 2003 : 10 litres de lacto/m3 fumier pendant 20 jours Expé 2004 : validation grandeur nature -témoin non arrosé : fumier brut composté -2 modalités : 10 litres/m3 pendant 20 jours et plus de 20 jours -Suivi : températures, tassement, ruissellements, analyses début et fin

58 FILTRE BIOLOGIQUE A COMPOST Schéma de fonctionnement Aspersion en 24 heures 1/3 du volume récupéré Cuve de stockage Traitement Filtre compost 1 jour secondaire Pompe (lagunage, filtre planté de roseaux, filtre pouzzolane) 2/3 du volume évaporé

59 FILTRE BIOLOGIQUE A COMPOST Filtre à compost Déchets verts Granulométrie < 25 mm (très fine) Action mécanique des lombrics : aération + brassage Dimensionnement Charge hydraulique : 20 litres / m2 / jour de pic Soit it14k 1.4 kg DCO/m2/jour

60 FILTRE BIOLOGIQUE A COMPOST Treillis soudé Géotextile lombrics Eisenia foetida, andrei Système d aspersion 15 cm bois trituré 1 m compost 20 cm galets : drainage Dalle ou géomembrane

61 FILTRE BIOLOGIQUE A COMPOST Site 1 : 60 vaches laitières (Suisse) 1000 litres lait / jour 900 litres de lactosérum/jour litres cochons litres traités 22 m2 filtre [36 l/m2 # 2.18 kg DCO/m2] Site 2 : 120 vaches laitières (Suisse) 3000 litres lait / jour pic 2000 litres de lactosérum/jour 100 m2 filtre (2 unités) [ 20 l/m2 # 1.2 kg DCO/m2] Site 3 : 380 vaches laitières iè (Savoie) 6000 litres lait / jour 1200 litres de lactosérum traités sur 45 m2 de filtre [26 l/m2 #1.6 kg DCO/m2]

62 Installation test dans un élevage fromager d Ariège Elevage fromager avec 265 chèvres + lait de vache litres de lait de chèvre litres de lait de vache Production de lactosérum : 1100 litres au pic

63 Installation test dans un élevage fromager d Ariège Expérimentation en Ariège Tumulus de 100 m² 1100 litres de lactoserum au pic mise en service mai 2009 abattement sur la DCO entre 85 et 97 % Composition en sortie similaire à un effluent ent peu chargé problème pour épandre le lactoserum sur le tumulus (bouchage)

64 Installation test dans un élevage fromager d Ariège

65 La méthanisation Une production de méthane qui permet de produire de l eau chaude «1g DCO produit équivaut à 380 ml CH4» Une «durée de fermentation» limitée (4-8 jours vs 30 jours) Une diminution du rejet : 95 %

66

67