ENQUÊTE. Gestion des boues de stations d épuration. Co traitement avec les déchets ménagers. Série Technique DT 52

Transcription

1 ENQUÊTE Gestion des boues de stations d épuration Co traitement avec les déchets ménagers Série Technique DT 52 Novembre 2012

2 Etat des lieux de la gestion des boues de STEP en France INTRODUCTION... 3 I CADRE REGLEMENTAIRE ET TECHNIQUE DE LA GESTION DES BOUES DE STEP EN FRANCE 1- Contexte législatif et réglementaire Epuration des eaux usées Statut des boues Différentes filières de valorisation / élimination des boues Procédés de traitement des boues Épaississement Stabilisation et hygiénisation Déshydratation Séchage Valorisation et élimination Epandage Incinération Stockage Solutions alternatives II ENQUETE SUR LA GESTION DES BOUES 1- Généralités Traitement sur station d épuration Traitement des boues Origine des eaux usées Techniques de traitement Transport des boues Valorisation /élimination des boues Épandage Compostage - Méthanisation Valorisation énergétique - Stockage Prix de valorisation / élimination CONCLUSION BIBLIOGRAPHIE GLOSSAIRE ANNEXES AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 2 sur 41

3 INTRODUCTION En France, la grande majorité des eaux usées est traitée par des techniques biologiques, qui utilisent les bactéries naturellement présentes dans l eau. A la sortie des stations d épuration (STEP), les eaux traitées sont rejetées dans le milieu naturel, et les matières en suspension, récupérées sous formes de boues, sont traitées, valorisées et/ou éliminées. En 2010, le gisement de boues produites par les STEP urbaines avoisinait 1,1 million de tonnes de matières sèches (MS), une quantité qui se stabilise ces dernières années par rapport à l augmentation observée entre 1999 et 2007 (Figure 1). Ce phénomène est principalement dû à l accroissement démographique, à l efficacité croissante des stations d épuration urbaines et à l'augmentation du taux de raccordement aux réseaux d'assainissement collectif. Million de tonnes MS 1,25 1 0,75 Gisement de boues de STEP en France 0,5 Année Figure 1 : Evolution de la production des boues de STEP en France entre 1998 et 2010 (D après : Ministère de l écologie, du développement durable et de l énergie, 2010) La valorisation des boues en agriculture présente un intérêt agronomique pour les sols car elles contiennent une teneur élevée en matière organique et en éléments fertilisants. Cependant, elles peuvent aussi contenir des substances indésirables telles que des Eléments Traces Métalliques (ETM), des Composés Traces Organiques (CTO), des microorganismes pathogènes et des composés pharmaceutiques. C est pourquoi il est nécessaire que la valorisation des boues soit clairement réglementée et contrôlée. La réglementation française relative à la gestion de ces boues a longtemps été relativement informelle et éparse : code de l environnement, code rural et nomenclature des Installations Classées pour la Protection de l'environnement (ICPE),... Elle est devenue de plus en plus précise et contraignante, suivant l évolution du cadre juridique européen en matière de gestion des déchets organiques et plus généralement en matière d'environnement, d'énergie et d'agriculture. Une partie accrue des boues de stations d épuration étant traitée dans des filières communes ou voisines de celles des déchets ménagers (valorisation organique, valorisation énergétique voire stockage), AMORCE a réalisé un état des lieux de la gestion des boues par ses adhérents. Il s agissait d identifier les freins et les leviers du développement de la valorisation des boues ainsi que les modalités du co-traitement avec des déchets ménagers. Le présent document ne s intéresse qu aux boues des stations d épuration urbaines, dont les collectivités sont responsables et non aux boues industrielles produites par les unités de traitement des industries. Il présente tout d abord le contexte législatif français et européen ainsi que les différentes technologies permettant le traitement des boues, de même que les conditions de valorisation ou d élimination. Les résultats de l enquête nationale réalisée par AMORCE sont présentés et analysés dans une deuxième partie. AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 3 sur 41

4 I CADRE REGLEMENTAIRE ET TECHNIQUE DE LA GESTION DES BOUES DE STEP EN FRANCE 1- Contexte législatif et réglementaire 1-1 Epuration des eaux usées Les boues, en tant que sous-produits du traitement des eaux usées, font partie de la réglementation sur l épuration des eaux usées. En effet, la directive européenne n 91/271/CEE du 21 mai 1991 relative au traitement des eaux urbaines résiduaires impose d assurer une bonne gestion des boues d épuration. De plus, elle interdit le rejet des boues en mer depuis le 31 décembre En France, l obligation pour les collectivités locales de traiter les boues d épuration figure à l article L du Code Général des Collectivités Territoriales (auquel renvoie l article L du Code de l Environnement). Cependant, la compétence assainissement n est pas obligatoire pour tous les types de collectivités. En effet, les communautés de communes et les communautés d agglomération peuvent choisir de ne pas prendre cette compétence et laisser les communes adhérentes l exercer. La compétence assainissement est une compétence optionnelle pour ces groupements. Dans le cas des métropoles et des communautés urbaines, le CGCT impose l exercice de cette compétence (on parle de compétence obligatoire). 1-2 Statut des boues Selon les articles R à R du code de l environnement, les boues sont définies comme «les sédiments résiduaires des installations de traitement ou de pré-traitement biologique, physique ou physico-chimique des eaux usées». Les boues d épuration municipales sont un «déchet» au sens de la loi du 15 juillet Elles sont également considérées comme une matière fertilisante au sens du code rural (Articles L255-1 à L255-11). Un autre statut juridique, le statut «produit», a été défini par les articles L à du code rural. D après ce code, les boues peuvent être considérées comme un produit si elles remplissent l une des conditions suivantes : - elles sont homologuées, selon l'arrêté du 21 décembre 1998 relatif à l homologation des matières fertilisantes et des supports de culture et selon l'article L du code de la santé publique chargeant l ANSES de l évaluation, - elles bénéficient d une autorisation provisoire de vente ou d importation, - elles sont conformes à une norme rendue d application obligatoire, telle que la norme NF U La sortie du statut de déchet pour les composts et les digestats est en discussion au niveau européen depuis fin Il semblerait que l Europe veuille en effet introduire des critères de sortie du statut de déchet communs à l ensemble des composts et des digestats de déchets biodégradables, notamment aux composts et digestats de boues de stations d épuration urbaines. Trois documents de travail ont ainsi été successivement rédigés par le Centre de recherche de la Commission Européenne (JRC), avec proposition de critères et de modalités d analyses. AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 4 sur 41

5 Les derniers seuils proposés en août 2012 semblent difficiles à atteindre pour les composts et les digestats de boues, mais ils ne sont pas encore figés. Le JRC doit prochainement envoyer son rapport final à la Commission Européenne qui décidera ensuite de la publication ou non d un règlement européen qui s appliquerait alors directement aux Etats membres, sans délai (Voir tableau reprenant les propositions de seuils datant du 10 août 2012 en Annexe 1). 1-3 Différentes filières de valorisation / élimination des boues Les boues peuvent être dirigées principalement vers trois destinations : l épandage, l incinération et le stockage. Les réglementations sont spécifiques à chaque filière. Epandage Les articles R à R du code de l environnement précisent que les boues d épuration ne peuvent être épandues sur les terres agricoles que si elles présentent un intérêt pour l alimentation des cultures. En outre, ces articles (complétés par l arrêté du 8 janvier 1998), définissent toutes les obligations qui s imposent au producteur de boues. L arrêté du 8 janvier 1998 modifié fixe les prescriptions techniques applicables aux épandages de boues sur les sols agricoles. Ces textes indiquent également les conditions d épandage et apportent les garanties nécessaires de leur innocuité. De plus, la nomenclature Eau (articles L à L , code de l'environnement) fixe les régimes en fonction de la quantité de matière sèche, de la DBO5 et de la teneur en azote dans les boues à épandre (Tableau 1) : Tableau 1: Nomenclature Eau pour les installations soumises à autorisation ou à déclaration en application des articles L à L du code de l'environnement Nomenclature Eau (Nomenclature des opérations soumises à autorisation ou à déclaration en application des articles L à L du code de l'environnement) Rubrique Rubrique Epandage de boues issues du traitement des eaux usées, la quantité de boues épandues dans l'année, produites dans l'unité de traitement considérée, présentant les caractéristiques suivantes Quantité de matière sèche supérieure à 800 t/an ou azote total supérieur à 40 t/an : Autorisation Quantité de matière sèche comprise entre 3 et 800 t/an ou azote total compris entre 0,15 t/an et 40 t/an : Déclaration Epandage d'effluents ou de boues, à l'exception de celles visées à la rubrique , la quantité d'effluents ou de boues épandues présentant les caractéristiques suivantes Azote total supérieur à 10 t/an ou volume annuel supérieur à m³/an ou DBO5 supérieure à 5 t/an : Autorisation Azote total compris entre 1 t/an et 10 t/an ou volume annuel compris entre et m³/an ou DBO5 comprise entre 500 kg et 5 t/an : Déclaration Pour l'application de ces seuils, sont à prendre en compte les volumes et quantités maximales de boues destinées à l'épandage dans les unités de traitement concernées Le code de l environnement impose à l exploitant de réaliser à ses frais un Plan d Epandage qui contient : - une étude préalable sur les caractéristiques des boues, du sol et leur aptitude à l'épandage, sur les modalités techniques de la mise en œuvre (les périodes et les matériels d'épandage, les conditions de stockage). Cette étude justifie du respect des conditions édictées par la loi qui impose également que les capacités d'entreposage doivent tenir compte des périodes où l'épandage est interdit (par exemple en hiver) ou impossible (par exemple du fait du calendrier cultural). L étude doit également prévoir une autre filière d élimination en cas d incident. - un enseignement des pratiques d épandage dans le «Registre d épandage». Il s agit d une synthèse des activités d épandage contenant les parcelles épandues, les caractéristiques des boues, des sols, etc. Ce registre doit être transmis au préfet AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 5 sur 41

6 tous les ans et le producteur de boues doit garder le document original pendant 10 ans. Pour les stations d épuration de plus de 2000 EH (flux de polluant journalier >120kg DBO 5 ) : - un programme prévisionnel annuel, avant chaque campagne. Il doit préciser les parcelles réceptrices pour la campagne suivante, leurs caractéristiques ainsi que les cultures pratiquées. - un bilan annuel du programme d épandage, en forme de registre, témoignant d'un suivi continu de la qualité des épandages et des boues, en précisant leurs caractéristiques (surtout leurs teneurs en éléments traces métalliques, en micropolluants et en micro-organismes pathogènes ainsi que leur valeur agronomique), leur provenance et leur origine. Ce registre doit aussi contenir l'accord signé avec l'utilisateur, les quantités de boues concernées et leurs préconisations d'emploi. Il doit également définir les dates d'utilisation, les parcelles réceptrices etc. En fonction de la quantité et de la qualité des boues, de même que de leur teneur en éléments et composés traces, la fréquence des analyses peut varier. Il est généralement admis qu après la première année, cette périodicité est réduite de moitié. Par ailleurs, si un mélange de boues est autorisé, ce qui est assez rare, ces analyses sont à effectuer sur les différentes composantes et doivent faire mention de la proportion du mélange. Enfin, une solution alternative à l épandage doit être prévue, au cas où un lot de boues est non conforme aux exigences réglementaires de l épandage. L arrêté du 18 mars 2004 précise les modalités d application pour les composts conformes à la norme NFU , publiée en En effet, les composts issus de boues d épuration urbaines peuvent également faire l objet d une commercialisation lorsqu ils répondent aux critères définis dans la norme NF U relative aux composts contenant des matières d intérêt agronomique issues du traitement des eaux. Les boues ne peuvent pas être utilisées en Agriculture Biologique (AB) car elles ne figurent pas dans la liste de l annexe II A du règlement n 2092/91, Cahier des charges de l AB. Valorisation des boues par incinération Les deux directives européennes relatives à l incinération (N 89/369/CEE du 8 juin 1989 et N 89/429/CEE du 20 juin 1989) ont été révisées par la directive 2000/76/EC du 4 décembre 2000 sur l'incinération des déchets. L'objectif de cette directive est de limiter les effets négatifs de l'incinération et de la co-incinération sur l environnement et la santé. Il n existe pas de réglementation spécifique à l incinération des boues d épuration en France. Le seul arrêté applicable est celui du 20 septembre 2002 (modifié par l arrêté du 3 août 2010) relatif aux installations d incinération et de co-incinération de déchets non dangereux qui transpose la Directive incinération de Il crée en particulier une contrainte plus forte sur le taux d imbrûlés ainsi que sur la valeur seuil journalière de l ammoniac (NH 3 ). Au sens de la circulaire du 28 avril 1998 relative aux plans départementaux d élimination des déchets ménagers et assimilés (PDEDMA, remplacé par le plan départemental de gestion des déchets non dangereux (PDGDND) dans l article R du code de l environnement), les boues peuvent être assimilées à des déchets ménagers. A ce titre, elles sont incinérées dans les mêmes conditions que les autres résidus urbains. L'ensemble des dispositions applicables aux installations d'incinération de résidus urbains, au titre de la protection de l'environnement, sont alors à prendre en compte (domaine d'application, conditions d'incinération, normes d'émissions, mesures de sécurité, ). En réalité, ce sont plus les contraintes techniques (taux d'humidité et pouvoir calorifique) que réglementaires qui conditionnent l incinération des boues. AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 6 sur 41

7 Stockage des boues Les boues ne constituent pas un déchet ultime car elles sont valorisables. La loi du 15 juillet 1975, ainsi que la directive européenne 1999/31/CE du 26 avril 1999 (modifiée le 10 décembre 2011) sur le stockage de déchets, s opposent à leur dépôt en installation de stockage. L échéance d application a été prévue pour juillet Cependant, cette date n a pas pu être respectée en France ni dans les autres pays européens. La directive 1999/31/CE a donc planifié la réduction progressive de l enfouissement des déchets municipaux biodégradables jusqu en L arrêté du 9 septembre 1997 (modifié le 19 janvier 2006) relatif aux installations de stockage de déchets non dangereux autorise le stockage des déchets de catégorie D, c est à dire les déchets assimilables aux déchets ménagers. Cette catégorie est composée de substances dont le comportement en cas de stockage est fortement évolutif et conduit à la formation de lixiviats et de biogaz par dégradation biologique. Les boues sont donc autorisées en installation de stockage de déchets non dangereux (ISDND) si elles contiennent au moins 30 % de matière sèche. 2- Procédés de traitement des boues A l issue des différentes étapes du traitement des eaux usées, les boues produites contiennent environ 95-99% d eau. Le traitement des boues consiste donc tout d abord à diminuer leur teneur en eau et à réduire de manière efficace leur charge polluante et fermentescible. Il s agit de les préparer à une étape ultime de valorisation ou d élimination. Il existe quatre principales techniques de traitement qui peuvent d ailleurs être complémentaires : (1) l épaississement, (2) la stabilisation (souvent associée à une hygiénisation), (3) la déshydratation et (4) le séchage. Ces techniques sont reprises une par une de manière synthétique dans les tableaux 2 à 5 avec leurs avantages et leurs inconvénients, les siccités atteintes et le type de station adapté à ces techniques. 2-1 Épaississement L épaississement (Tableau 2) est généralement la première étape du traitement des boues. Il s agit d un procédé simple, consommant peu d énergie. Il sert principalement à réduire le volume des boues brutes et constitue une étape préalable aux traitements suivants. Le taux de siccité obtenu peut atteindre jusqu à 10% de matière sèche. Quelle que soit la technique utilisée, l eau récupérée doit être recyclée en tête de station. Tableau 2: Différentes techniques d épaississement des boues - avantages et inconvénients, siccités obtenues et types de stations adaptées. Traitement Avantages Inconvénients Siccité atteinte Station adaptée Épaississement gravitaire dynamique décantation + drainage égouttage (drainage) flottation - exploitation simple et peu couteuse - simple et efficace - peu couteux - technique d épaississement la plus performante - bien adapté aux boues biologiques - rapide - faible performance avec les boues biologiques - temps de séjour très long 2-10% - 4,5-6% - forte demande énergétique - investissement élevé - fonctionnement délicat 3,5-5% 1 Petite station <2 000EH 2 Moyenne station : EH 3 Grande station : EH toutes stations petite 1 et moyenne station 2 grande 3 station AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 7 sur 41

8 Stabilisation - Hygiénisation 2-2 Stabilisation et hygiénisation Bien que la stabilisation et l hygiénisation (Tableau 3) présentent chacune une finalité différente, elles peuvent être regroupées au sein d une seule étape visant à réduire au maximum toutes les nuisances de nature biologique que peuvent produire les boues déshydratées. Ces deux traitements sont souvent assurés par un même procédé. La stabilisation consiste à réduire au maximum l activité biologique de dégradation des boues et plus particulièrement leur fermentation. Elle réduit fortement la masse bactérienne et par là-même les nuisances olfactives, les émissions de méthane, les risques de lixiviation et la Demande Biologique en Oxygène (DBO 5 ). L hygiénisation est, quant à elle, destinée à réduire la présence d agents pathogènes dans les boues afin d éviter une contamination éventuelle dans le cas d une utilisation pour la valorisation d un écosystème (épandage ou re-végétalisation par exemple) ou dans le cas d épandage sur des cultures sensibles. Ces deux étapes peuvent être assurées de manière biologique ou chimique. Tableau 3: Différentes techniques de stabilisation et d hygiénisation des boues, leurs avantages et inconvénients, siccités obtenues et types de stations adaptées. Siccité Station Traitement Avantages Inconvénients atteinte * adaptée chimique biologique à la chaux aux nitrites digestion aérobie : compostage digestion anaérobie : méthanisation stabilisation aérobie thermophile (SAT) - augmentation du ph des boues (>12) - réduction de la contamination fécale et des germes d'origine fécale - pas d'odeur indésirable, augmentation de la siccité et de la valeur agronomique - transport et stockage des boues facilités - efficacité contre la plupart des germes fécaux - augmentation de la siccité et fertilité - réaction rapide - siccité atteinte élevée - ph neutre, produit stable - transport et stockage des boues facilités - logique produit possible - réduction jusqu'à 1/2 de volume - facile à transporter et à stocker - production de biogaz - solution alternative à la méthanisation - faible temps de séjour - investissement faible - boues utilisables directement en épandage - nuisance olfactive réduite - manipulation délicate (chaux vive le plus souvent) pas efficace pour élimination des germes pathogènes - moins performant que la méthanisation - consommateur d'énergie en comparaison à la méthanisation % 1 Grosse station : > EH * siccité atteinte sous réserve d avoir une déshydratation mécanique en amont 25-35% % 22% petite station moyenne et grosse station 1 grande station tout type de station AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 8 sur 41

9 2-3 Déshydratation La déshydratation (Tableau 4) constitue la seconde étape de réduction du volume des boues sur les boues épaissies, stabilisées ou non, afin d obtenir une siccité plus poussée (en moyenne comprise entre 20 et 30% selon la nature des boues) ; elle conditionne le choix de la filière de valorisation ou d élimination finale. La déshydratation présente plusieurs avantages : elle facilite le stockage et réduit le coût du transport. Elle améliore par ailleurs la stabilisation des boues et facilite leur utilisation en agriculture. Tableau 4 : Différentes techniques de déshydratation des boues - avantages et inconvénients, siccités obtenues et types de stations adaptées. Siccité Station Traitement Avantages Inconvénients atteinte adaptée - en continu 20% - coût élevé - totalement automatisé, (jusque - nécessité d un tout type de centrifugation fermé, donc plus compact que le 30% si contrôle de la nature station filtre presse postchaulage) de boues - adapté aux moyennes stations Déshydratation filtre presse à bande à plateaux à membrane à vis - lavage régulier - performante pour boues biologiques - grande productivité - fonctionnement continu - entretien limité - tout type de boues (préalablement épaissies) - augmentation de siccité par rapport au filtre à plateaux - 40% de productivité en plus que le filtre à plateaux - bien adapté aux boues fibreuses - en continu - peu d'entretien - incapacité de traiter les boues fibreuses - inadapté pour les boues collantes - investissement élevé - automatisation impossible 25% petite et moyenne station (technique abandonnée) >30% grande station - - peu répandu - siccité limitée 20% peu répandue 2-4 Séchage Le séchage (Tableau 5) est une opération unitaire du traitement des boues consistant à évaporer l'eau dans les boues traitées. Le séchage thermique vient obligatoirement après une étape de déshydratation, mais la technique du lit de séchage ne nécessite pas de déshydratation préalable. AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 9 sur 41

10 Tableau 5 : Différentes techniques de séchage des boues - avantages et inconvénients, siccités obtenues et types de stations adaptées Séchage lit de séchage thermique Traitement Avantages Inconvénients solaire lagune de séchage au sable - séchage rapide pour une quantité importante, forte réduction des volumes à gérer - hygiénisation des boues par la chaleur - procédé rustique et peu onéreux - siccité atteinte élevée - réduction de volumes importante - procédé rustique et peu onéreux - demande en surface importante - nuisance olfactive - temps de séjour très long (1-3 ans) - risque de contamination de la nappe - grande surface Siccité atteinte 60-80% 10-40% - nécessité d une surveillance rigoureuse 60% à macrophyte - boues prélevées directement du bassin de STEP - temps de séjour d'environ % jours - coût très élevé indirect (total) - bonne élimination des microorganismes 90-95% - consommateur d'énergie - difficultés d exploitation liées direct (partiel) - pas d'odeur indésirable à l entretien (arrêt) du sécheur <70% Station adaptée moyenne station petite station petite et moyenne station 3- Valorisation et élimination Les filières de valorisation et d élimination des boues de STEP en France ont beaucoup évolué pendant ces 5 dernières années (Figure 2). La quantité de boues valorisées en épandage a augmenté d environ 20%, la part incinérée reste assez stable, mais la quantité de boues stockées en ISDND a diminué de 13%, ce qui répond à l exigence de la directive européenne du 26 avril Pourcentage de boues évacuées 80% 60% 40% 20% ValorisaMon organique IncinéraMon Stockage en ISDND 0% Figure 2 : Évolution des exutoires des boues en France entre 2004 et 2009 Année En 2010, 43% des boues de STEP produites ont été épandues, 33% ont été valorisées en compostage, 18% en incinération et 4% ont été éliminées en ISDND. Il existe ainsi en France 154 installations de compostage et 27 usines d incinération qui reçoivent des boues pour les valoriser avec d autres déchets 1. 1 Source SINOE AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 10 sur 41

11 3-1 Epandage Avant d être épandues, les boues doivent avoir subi un ou plusieurs des traitements décrits précédemment (Figure 3). Figure 3 : Différentes étapes de traitement des boues avant l épandage L épandage des boues présente plusieurs avantages : d un point de vue agronomique, les boues de STEP sont riches en éléments fertilisants (notamment en azote et phosphore voire chaux pour les boues chaulées). En effet, dans les boues liquides, la plupart de l azote se trouve sous forme d ammonium qui est facilement assimilé par les végétaux. Dans les boues pâteuses et solides, l azote est sous forme organique et sera disponible à long terme. De plus, l apport de phosphore par les boues est très important, quasiment égal à celui des engrais chimiques. Malgré les intérêts qu elle présente, cette valorisation a des limites. Elle est assez mal acceptée par le grand public à cause de la présence des ETM, des CTO et de germes pathogènes, ainsi que des odeurs générées. Il existe deux débouchés dérivés de l épandage agricole : la revégétalisation. Il s agit d un apport en grande quantité de matière organique aux sols qui ont subi de gros travaux d aménagement. Il permet au couvert végétal de se réinstaller et au paysage de cicatriser. les cultures énergétiques, en particulier les cultures de Taillis en Courte Rotation (TCR) ou en Très Courte Rotation (TtCR). L épandage des boues sur des cultures énergétiques permet d utiliser les propriétés fertilisantes des boues pour la production de biomasse ligneuse, l espèce la plus utilisée étant le saule. En France, ce débouché est encore peu développé (notamment par la société Bionis). 3-2 Combustion Traitement thermique dédié (mono- incinération) Les boues déshydratées restent des déchets difficiles à brûler en raison de leur texture compacte et de leur humidité élevée (55-70%), elles ont un faible pouvoir calorifique. Dans ce contexte, les fours traditionnels à grille sont mal adaptés. D autres procédés de combustion (Figure 4) favorisant le brassage et l oxydation de la matière ont donc été développés. Il est avantageux de déshydrater préalablement les boues (partiellement) afin d augmenter leur pouvoir calorifique et de réduire les volumes à traiter. En général, pour des raisons techniques, la siccité des boues incinérées dans un four spécifique pour la mono - incinération est comprise entre 30 et 45%. Figure 4 : Exemple d incinérateur pour la mono incinération (Pyrofluid TM - Véolia AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 11 sur 41

12 Co- traitement thermique La co-combustion consiste à valoriser thermiquement des boues (d une siccité de 20-25%) en utilisant les équipements d une Usine d'incinération d'ordures Ménagères (UIOM). Ce procédé est assez performant, mais il est surtout simple par rapport à la mono-incinération, ce qui explique l intérêt grandissant que lui portent les collectivités. 3-3 Stockage L intérêt de cette voie d'élimination réside dans la valorisation éventuelle du biogaz produit par la fermentation anaérobie des boues dans l ISDND. Cette voie doit donc être considérée comme une solution légitime mais de dernier recours d élimination des boues de STEP. Malgré une siccité de 30 % obligatoire et une réglementation plus stricte de l enfouissement, cette option reste une voie d élimination peu onéreuse. Le coût d évacuation, dépendant notamment de la distance entre la station d épuration et le site d enfouissement, pourrait néanmoins augmenter fortement lorsqu il s agira de stabiliser totalement les boues pour pouvoir les enfouir, et avec l augmentation de la TGAP (taxe générale sur les activités polluantes). 3-4 Solutions alternatives En France, d autres solutions de valorisation et d élimination des boues sont pratiquées de façon marginale, telles que : L'oxydation par voie humide. Elle consiste à traiter thermiquement des boues ( C à 50 bars) en s'affranchissant des étapes de déshydratation et de séchage. La co-incinération en cimenterie. Cette technique offre une possibilité d élimination des boues d épuration déshydratées ou séchées. La gazéification (Figure 5). Elle peut convertir à forte température ( C) une énergie contenue dans un matériau solide en un résidu inerte et un gaz calorifique valorisable sous forme de chaleur ou d électricité, avec des rendements énergétiques et un bilan environnemental favorables. La pyrolyse ou thermolyse. Ce procédé correspond à une dégradation des boues séchées en l absence d air (O 2 < 2%), et à une température comprise entre 400 et 700 C. Il conduit à la production d un gaz combustible et d un composé solide (cendres), également appelé «coke». Figure 5 : Exemple d un réacteur de gazéfication NOTAR (Xylowatt, 2011) AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 12 sur 41

13 La technique mycélienne. Cette technique consiste à utiliser un cocktail de certaines souches mycéliennes (moisissures), pour une réduction naturelle du volume de boues. La matière réduite est transformée sous forme d eau et élément gazeux, sans générer de pollution. De plus, un programme de recherche a été lancé en 2010 sur la fabrication de plastique biodégradable à partir des boues de STEP. En effet, certaines bactéries présentes dans les boues ont la capacité de produire des PHA (polyhydroxyalcanoate, molécule de plastique biodégradable) en cas d absence de nutriments. Un kilogramme de DCO (Demande Chimique en Oxygène) peut actuellement produire 0,15kg de PHA, des améliorations techniques étant encore recherchées. AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 13 sur 41

14 II ENQUETE SUR LA GESTION DES BOUES Afin d obtenir un état des lieux représentatif de la gestion des boues de STEP en France, AMORCE a réalisé une enquête en ligne auprès de l ensemble de ses collectivités adhérentes qui gèrent des déchets (soit 314 au total). Il s agissait de récupérer des données techniques et économiques sur la gestion des boues, notamment en co-traitement avec des déchets ménagers. 1- Généralités Au total, 136 collectivités ont complété le questionnaire, ce qui représente un taux de réponse de 43%. 90 collectivités (soit 66% des réponses, en points bleu clair sur la Figure 6) n ont que la compétence «traitement des déchets» et elles ne reçoivent pas de boues de STEP dans leurs installations de traitement. 12 collectivités (soit 9% des réponses, en points orange) ont seulement la compétence «traitement des déchets» et elles traitent les boues de STEP avec les ordures ménagères dans leurs installations. Il s agit de 9 syndicats de traitement des déchets, 1 communauté urbaine, 1 communauté de communes et 1 adhérent de la Réunion collectivités (soit 25% des réponses, en points bleu foncé sur la carte) ont à la fois la compétence «traitement des ordures ménagères» et la compétence «assainissement». Il s agit de 5 métropoles, 5 communautés urbaines, 14 communautés d agglomération, 5 communautés de communes, 4 villes, et 1 syndicat. L enquête a été réalisée auprès des adhérents d AMORCE ayant la compétence déchets. La moitié entre eux est composée de syndicats de traitement des déchets qui ne traitent pas les boues ou en très petite quantité. Le périmètre des destinataires de cette enquête était donc limité. Par ailleurs, certaines collectivités ont fait part de leur difficulté à rassembler les données nécessaires, notamment sur les coûts d investissement et de fonctionnement liés à la gestion des boues, particulièrement lorsqu il s agit d une délégation de service public (DSP). En effet, les coûts concernant le traitement des boues sont difficiles à extraire des coûts globaux de l assainissement. Les coûts d investissement concernant le traitement des boues sur les STEP seraient de toute façon difficiles à comparer entre collectivités étant donné que certaines stations d épuration sont anciennes et qu il y a eu depuis des travaux d amélioration du procédé ou d agrandissement du site. De plus, certaines grosses communautés de communes n ont pas répondu à l enquête à cause du grand nombre de STEP présentes sur leur territoire avec des procédés et des exutoires différents qui rendent compliquée l agglomération de données. Enfin, lorsque la collectivité a les deux compétences, l enquête s adressait à la fois au service assainissement et au service déchets, ce qui a pu poser des difficultés de coordination et de récupération des informations entre les services. 2 Cette collectivité n est pas représentée dans la Figure 6 AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 14 sur 41

15 Figure 6: Distribution et compétences des collectivités ayant répondu à l enquête 2- Traitement sur station d épuration 2-1 Traitement des boues En considérant l ensemble des réponses, soit sur 46 collectivités, la technique de traitement la plus utilisée est la déshydratation (Figure 7), souvent employée après un épaississement. Peu de collectivités réalisent une stabilisation sur STEP, mais elles envoient leurs boues dans des installations de compostage ou de méthanisation des déchets. 8 combinaisons différentes des quatre étapes de traitement sur STEP sont observées. La déshydratation seule et la combinaison de l épaississement avec la déshydratation sont les techniques les plus utilisées, suivies du séchage seul (voir Annexe 2). AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 15 sur 41

16 35 33 Nombre de collecmvités correspondantes Epaississement StabilisaMon DéshydrataMon Séchage Non connu Techniques de traitement Figure 7 : Traitements des boues sur STEP 2-2 Origine des eaux usées En tout, 34 collectivités ont la compétence assainissement. Elles gèrent au total 258 STEP de toutes tailles, représentant une capacité totale d environ EH. Ces stations d épuration ont produit tonnes de matière sèche en 2011 soit environ 22kg de MS par an par équivalent habitant. Ces boues ont une siccité moyenne de 27,7%. Dix collectivités gèrent les STEP en régie directe, 4 ont un marché public d exploitation, 12 sont en délégation de service public (DSP) et 8 ont une gestion mixte (par exemple certaines STEP du territoire sont en régie alors que d autres sont gérées en DSP). Parmi ces collectivités, 22 ont précisé qu elles reçoivent des eaux usées industrielles dans leurs stations d épuration, la majorité (57%) en recevant moins de 20% par rapport au volume total traité (Figure 8). A noter que 34% des collectivités ne connaissent pas le pourcentage des eaux industrielles reçues dans leurs stations d épuration. Pourcentage des eaux usées industrielles reçues sur STEP 34% 27% 1%- 5% 10% 15% 20% 21% 12% 25% 3% 3% 3% 12% 6% 30% Non connu Figure 8 : Répartition des 22 collectivités recevant des eaux usées industrielles sur STEP AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 16 sur 41

17 2-3 Techniques de traitement Cette enquête a permis de connaître les différentes techniques de traitement employées sur STEP. Parmi les 34 collectivités gérant les STEP (Figure 9) : 17 collectivités épaississent les boues, la siccité atteinte étant comprise entre 1% et 5% ; les quatre techniques d épaississement (décantation, flottation, centrifugation et drainage / table d égouttage) sont utilisées de manière plus ou moins égale. 30 collectivités ont recours à la déshydratation, atteignant une siccité des boues de 13% à 35% selon les équipements utilisés (la plupart ayant choisi la déshydratation par centrifugeuse). De plus, dans plus de la moitié des stations d épuration qui ont des étapes d épaississement ou de déshydratation des boues, les traitements sont accompagnés d un conditionnement avec des coagulants / floculants minéraux ou organiques afin de faciliter le procédé. Seules 5 collectivités stabilisent leurs boues dont 3 par chaulage et 2 par digestion. Ainsi, environ tonnes de boues d une siccité de 5% ont été méthanisées en 2001 dans une installation dédiée aux boues. Les digestats produits (30% de siccité) ont été épandus à un prix moyen de 23 HT/tonne de matière brute (tmb). 7 collectivités sèchent leurs boues, dont 3 par séchage solaire sous serre et 2 dans un sécheur indirect. La siccité obtenue après séchage varie de 50% à 92% Nombre de collecmvités DécantaMon 5 5 FloWaMon CentrifugaMon 7 Drainage 4 Organique 3 Minéral 2 MéthanisaMon 3 Chaulage CentrifugaMon 10 Filtre presse 7 Organique Minéral 2 Thermique(indirect) 3 Séchage solaire 1 1 Lit aux macrophytes Lagune de séchage CondiMonnement CondiMonnement Épaississement StabilisaMon DéshydrataMon Séchage Techniques de traitement des boues Figure 9 : Techniques de traitement utilisées par les 34 collectivités ayant la compétence assainissement Les techniques de traitement sont employées de façon plus ou moins égale pour chaque étape d épaississement, de stabilisation et de séchage. Ainsi, aucune technique de traitement sur STEP ne serait beaucoup plus avantageuse que les autres, le choix des différentes technologies dépendant du contexte et de la siccité recherchée. Par contre, pour la déshydratation, la technique de centrifugation est beaucoup plus utilisée que le filtre presse qui est moins adapté à tous les types de stations d épuration (plus lourd à exploiter, moins automatisable). AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 17 sur 41

18 2-4 Transport des boues Parmi les 31 collectivités qui ont répondu à la question concernant le transport des boues, il apparaît que sa prise en charge économique peut être assurée par différents services (Figure 10) : 86% ont indiqué une prise en charge par le service assainissement, 7% par le service déchets, 3% par les deux services associés. Pour les 4% restants, le transport des boues est pris en charge par une société privée qui récupère les boues pour les valoriser dans son installation. Les résultats obtenus semblent cohérents, car la plupart du temps le traitement sur STEP et l évacuation des boues sont pris en charge par le service assainissement. Prise en charge du transport des boues 3% 4% Assainissement 7% Déchets Assainissement et déchets 86% Autres Figure 10 : Répartition de la prise en charge du transport des boues des collectivités Les données recueillies concernant les coûts d investissement et d exploitation ainsi que le coût complet 3 HT de traitement des boues sur STEP (hors évacuation) n ont pas pu être exploitées en raison d un nombre insuffisant de réponses. 3- Valorisation /élimination des boues Les collectivités choisissent parfois plusieurs exutoires différents pour leurs boues, selon la proximité de certaines installations, la qualité des boues produites, le coût d évacuation des boues. Au total, cette enquête a recensé les données correspondant à tonnes de MS de boues traitées et valorisées /éliminées en 2011, soit environ 11% de la production totale de boues en France. Après avoir effectué un ou plusieurs traitements sur STEP pour augmenter la siccité, 25 collectivités ont choisi d épandre directement leurs boues traitées, ce qui représente tonnes de matière brute (soit tonnes de matières sèches) épandues en collectivités ont par ailleurs choisi d envoyer une partie de leurs boues en compostage ou en méthanisation, soit tonnes de boues ( tms) (données fournies par 15 collectivités). 3 Coût complet = ensemble des charges liées au traitement (charges fonctionnelles de structure + charges techniques dont l'amortissement de l'investissement) AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 18 sur 41

19 tonnes de boues ( tms) produites par 11 collectivités ont été incinérées, tonnes (2 176 tms) ont été enfouies (4 collectivités) et tonnes (1 450 tms) ont été valorisées en papeterie ou en cimenterie (Figure 11). 2% 3% 1% 15% Epandage direct Compostage 19% 60% IncinéraMon Stockage (ISDND) MéthanisaMon Autres Figure 11 Destinations des boues produites en pourcentage massique du total de boues considérées dans l enquête On remarque que la proportion de boues (en matière brute) valorisées par épandage est beaucoup plus élevée dans notre enquête que celle observée au niveau national (Figure 12). La proportion de boues envoyées en compostage est par ailleurs moins élevée de moitié par rapport à la répartition nationale. Cependant, en considérant le pourcentage total de boues épandues et compostées, les résultats de notre enquête (81%) sont proches de la répartition nationale (76%). 18% 4% 1% 1% 43% Épandage agricole Compostage IncinéraMon Stockage 33% ValorisaMon industrielle Envoyée sur autre STEU Figure 12: Destinations des boues produites en France en 2010 (d après : Ministère de l écologie, du développement durable et de l énergie, 2010) AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 19 sur 41

20 D après les données 2010 du Ministère de l écologie, toutes les régions en France métropolitaine valorisent les boues en épandage agricole et en compostage. 14 régions sur 21 valorisent majoritairement leurs boues en épandage (38% à 88% de la quantité de boues produites dans la région). Parmi ces 14 régions, 3 régions épandent plus de 80% de leurs boues, 10 régions épandent 40% à 70% de leurs boues et une seule région en épand 38%. La deuxième filière la plus courante est le compostage des boues. 2 régions compostent 48% et 65% des boues, produisant un compost conforme à la norme NF U autres régions compostent environ 40% de leurs boues en produisant des composts non conformes. Seulement 3 régions valorisent principalement les boues par incinération (soit 53% et 42% des boues produites dans leurs régions). Les autres filières de valorisation telles que la valorisation industrielle ou l envoi des boues sur d autres stations d épuration restent des exutoires vraiment marginaux. 3-1 Épandage Parmi les 46 collectivités ayant répondu à l enquête d AMORCE, 25 épandent directement leurs boues traitées, soit environ tonnes de matière sèche de boues épandues sur plus de ha. La majorité de ces boues ont une siccité comprise entre 21 et 30% (Figure 13). Peu de collectivités s occupent elles-mêmes de l épandage, la majorité fait appel à un prestataire pour valoriser les boues et assurer le suivi nécessaire. Généralement, les collectivités ne paient pas l agriculteur pour pouvoir épandre les boues (qui ont un intérêt agronomique pour les sols). C est pourquoi 8 collectivités sur 12 ont indiqué, lors de cette enquête, ne rien payer à l agriculteur. Par contre, dans certains cas, elles peuvent rémunérer les agriculteurs dans le cadre d une prestation (analyses, réalisation de l épandage, suivi). 4 collectivités ont donc indiqué un prix variant de 2 à 20 HT / tonne de boue épandue, qui correspond à des prestations diverses d analyses et de suivi de l épandage. Selon le SYPREA (Syndicat des Professionnels du Recyclage en Agriculture), le coût global d épandage des boues incluant le transport, les analyses, l épandage et le suivi est compris entre 20 et 30 par tonne épandue, dont environ un tiers pour le transport des boues. Aucune corrélation n a pu être établie entre le prix payé pour l épandage et un des paramètres suivants : la localisation géographique de la collectivité, la capacité des STEP, les techniques de traitement employées sur STEP, la quantité de boues épandues et la siccité (voir Annexe 4) ce qui laisse à penser que ces paramètres interagissent entre eux. AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 20 sur 41

21 5% 1% Siccité des boues 16% 11%- 20% 21%- 30% 31%- 40% 78% >41% Figure 13 : Quantité de boues épandues selon leur siccité pour les 24 collectivités ayant fourni des données DIFFICULTÉS Cinq collectivités ont signalé qu elles rencontraient des difficultés pour réaliser cet épandage essentiellement en raison de l incohérence entre la grande quantité de boues produites d une part et la petite surface et la courte période d épandage autorisées d autre part. Trois d entre elles visent donc à changer de traitement et se tournent vers le compostage ou la méthanisation afin de réduire au maximum la quantité de boues à épandre et de faciliter le stockage des boues en dehors de la période d épandage. On remarque que la moitié des collectivités ayant répondu à l enquête et qui pratiquent l épandage des boues en agriculture font aussi du compostage, notamment quand la plateforme de compostage appartient à la collectivité. Ainsi, les collectivités choisissent la valorisation organique lorsque les débouchés existent sur le territoire (surfaces agricoles pour l épandage, marché pour le compost de boues) et quand elles ont des installations de traitement proches ou leur appartenant. AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 21 sur 41

22 Exemple de la Communauté urbaine de Dunkerque (59) Contact : Richard BLEUSE richard.bleuse@cud.fr Communauté urbaine de Dunkerque Direction de l'ecologie Urbaine, Traitement des Eaux Usées La Communauté urbaine de Dunkerque regroupe 17 communes qui représentent une population totale de habitants. Elle a les compétences assainissement et traitement des déchets. La Communauté urbaine dispose de huit stations d épuration de tailles différentes sur son territoire, gérées en concession ou en prestation de service. Commune d'installation de la station d'épuration Mode de gestion Capacité (EH) Grande Synthe Concession Coudekerque branche Concession Bourbourg Prestation de services Bray dunes Concession Dunkerque-la samaritaine Concession Gravelines Prestation de services Loon plage Prestation de services Saint Georges sur l'aa Prestation de services 300 La rémunération des exploitants des STEP par la collectivité dépend du mode de gestion de la STEP. Ainsi, la rémunération est intégrée dans le prix de la concession pour le secteur sous contrat de Délégation de Service Public et les exploitants sont rémunérés à la tonne pour le secteur non concédé. Pour les stations exploitées par contrat de prestation de service, le coût du traitement des boues avec transport représente environ 25% du coût de fonctionnement (hors renouvellement et remboursement du capital). Choix des filières de valorisation des boues Depuis plus d'une dizaine d'années, de nouvelles contraintes environnementales et réglementaires ont conduit la Communauté urbaine à faire évoluer les exutoires des boues produites par les stations d'épuration. Après l'abandon de l enfouissement puis l'émergence temporaire de difficultés pour porter un partenariat vers le monde agricole afin de procéder à l'épandage de la totalité du gisement, la valorisation multi-filières a cependant été consolidée par le principe du retour au sol de la matière organique. Ainsi, les boues produites sont maintenant envoyées soit en compostage, soit directement en épandage agricole avec ou sans stockage intermédiaire. AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 22 sur 41

23 Co-compostage En 2011, tonnes de boues d'une siccité moyenne de 20% ont été traitées dans trois plateformes de compostage différentes, la Communauté urbaine disposant de l'une d'elles, le Centre de Valorisation Organique situé à Dunkerque-Petite Synthe. Recevant près de tonnes par an, cette unité industrielle construite en 2005 pour un coût d investissement total d environ 15 millions HT, est gérée directement par une prestation de services dédiée. Le gisement communautaire en déchets verts et biodéchets soit tonnes est ainsi co-composté avec les boues de stations d'épuration, produisant tonnes de compost conforme à la norme NF U Le compost produit est ensuite valorisé en agriculture à 5 HT /tonne. Le reste des boues est envoyé quasiment à part égale (2 400 tonnes) vers deux autres plateformes situées en zone rurale, moins complexes du point de vue technologique, sous la forme d'une sous-traitance. Epandage agricole Le chaulage des boues est assuré tout au long de l'année sur certaines stations comme celle de Grande-Synthe et conduit à un épandage agricole après stockage intermédiaire. D'autres stations (Coudekerque-Branche ou Dunkerque-La Samaritaine) ne procèdent au chaulage que durant les périodes favorables à l'épandage direct, notamment en été. La gestion du débouché est relativement dynamique et doit tenir de multiples délais et contraintes comme la durée incompressible d'analyse des échantillons. Des améliorations structurelles restent à réaliser en vue de fiabiliser le dispositif. En 2011, tonnes de matière brute à une siccité moyenne de 30% ont ainsi été épandues sur une surface totale de près de 400 ha. La Communauté urbaine prend en charge la totalité des coûts liés au transport et à l'épandage ainsi qu'à la logistique. Elle fait pour cela appel à la compétence d'entrepreneurs spécialisés dans le domaine de la valorisation agronomique. AMORCE Gestion des boues de stations d épuration - DT 52 Page 23 sur 41