Conseil Général de l Isère Etude sur la gestion des déchets Les techniques de traitement des déchets résiduels 27 avril 2005 Avril 2005
Les objectifs du traitement Réduire le volume et le tonnage de déchets à stocker en Centre de Stockage de Déchets Ultimes CSDU classe 2 et CSDU classe 1 Réduire les nuisances potentielles des déchets à stocker (gaz, lixiviats, odeurs..) pour respecter la réglementation et simplifier la gestion des CSDU
La place du traitement et du stockage Déchets municipaux Déchets résiduels Collectes séparatives + Refus de valorisation Valorisation Prétraitement et Traitement Stockage
Les filières de traitement des déchets résiduels Fraction combustible : traitement thermique Fraction organique: traitement biologique Fraction recyclable : recyclage Fraction peu évolutive : stockage (CSDU)
A chaque filière ses techniques traitement thermique traitement biologique recyclage Incinération Thermolyse Compostage Méthanisation Tri / conditionnement stockage En l état Après prétraitement
A chaque filière ses techniques traitement thermique traitement biologique recyclage Incinération Thermolyse Compostage Méthanisation Tri / conditionnement stockage En l état Après prétraitement
Les filières de traitement Aucune filière ne se suffit à elle même Combinaison de plusieurs filières Poids de chacune différent, en fonction de la politique de gestion globale retenue
Les différentes organisations pour les déchets solides Traitement thermique Incinération Thermolyse Déchets résiduels à traiter Déchets résiduels à traiter Stabilisation avant enfouissement Déchets résiduels à traiter Stockage CSDU Traitement thermique Stockage Pré traitement mécanico biologique Stockage CSDU
Les traitements thermiques Les différents procédés : L incinération en lit fixe (grille ou rouleaux) : technologie ancienne, bien maîtrisée L incinération en lit fluidisé (mélange déchets/produit inerte en suspension) : transfert de technologie à confirmer (5 unités en France) La Thermolyse/Pyrolyse (traitement thermique sans apport d air) : procédé validé au japon (tri amont très poussé) et à valider en Europe (1unité en France à Arras procédé Thide) La vitrification
Incinération Principe: dégradation par combustion, en excès d air Déchets acceptés: OMR, Refus de tri/compostage, DIB- DAC, DASRI, encombrants incinérables,, boues de step 3 principales technologies : four à grille four oscillant - rotatif four à lit fluidisé
Incinération: four à grille de 2.5 t/h à 50 t/h, soit de 19 000 t/an à 375 000 t/an Plus d offre commerciale en dessous de 5t/h Valorisation énergétique 95% des UIOM en France
Incinération: four oscillant de 2.5 t/h à 20 t/h, soit de 19 000 t/an à 150 000 t/an offre commerciale à partir de 3,5t/h (26_000 t/an) Valorisation énergétique mais très délicate pour les petites capacités vente de la vapeur à un client pérenne, géographiquement très proche
Incinération: four à lit fluidisé 3 variantes À partir de 3 t/h -22 500 t/an Valorisation énergétique Bonne préparation du combustible primordiale 5 unités en France Production de cendres élevée, «un transfert de technologie à confirmer» (source Ademe)
Co-incinération des boues en UIOM 2 modalités Injection directe de boues thermiquement neutres (25% de MS) à hauteur de 10-15% 15% voire 20% des tonnages d OM Ne permet pas de tout traiter à l échelle d un territoire s il y a peu de déchets résiduels Mélange de boues non neutres à 65% de MS (1t de boues «vaut» 1t d OM) à 90% de MS Accapare de la capacité de traitement pour les OM
Co-incinération des boues en UIOM Type de boues Pas trop chargées en métaux (valorisation des mâchefers) Taille critique Pas vraiment de minimum 50 000-100 000 EH Conditionnement de 25% à 90% de MS Investissement Injecteur: 1 M Sécheur: 2M par t/h 2 M pour 1 000 t de MS Fonctionnement Base 1 000 t de MS 250 / tms de séchage + UIOM
Ratios d investissement pour l incinération Référentiel de l ADEME Avant 2002: capacité environ 3 million / (t/h) de 2002 (40 derniers dossiers de demande de subventions): capacité Consultations en cours de 3,8 million / (t/h) de capacité à 5,3 million / (t/h) de capacité environ 3,8 million / (t/h) de Incidence équivalente quel que soit le scénario +17 à +21 /t soit +21% à +25%
Incinération : Ordres de grandeur financiers Investissement : - 40 000 t/an : 22 Million - 80 000 t/an : 40 Million Coût global : 40 000 t/an : 90 à 105 HT/tonne 80 000 t/an : 80 à 85 HT/tonne Coûts maîtrisés, dont les variations proviennent essentiellement des modalités de valorisation de l énergie
Incinération : synthèse Avantages Réduction maximale des volumes, si valorisation des mâchefers Emprise foncière limitée Valorisation énergétique Faible quantité de sous produits Technologie maîtrisée Possibilité de traiter d autres déchets Tri amont simplifié ( sauf lit fluidisé) Inconvénients Technologie décriée (dioxines, Gilly) Investissement lourd Gestion des sous produits parfois délicate Peu flexible par rapport aux variations de capacités Évolution de capacité par paliers élevés Peu adapté aux très petites capacités
La Thermolyse Définition : C est un procédé de traitement thermique, avec chauffage en l absence d air (thermolyse) à une température de 450 à 750 C en défaut d air (pyrolyse) à une température de 700 à 850 C avec production D un gaz D une fraction solide riche en carbone, valorisable
La Thermolyse Coke,huile, Gaz combustible riche Gaz combustible pauvre H 2 O + CO 2 Thermolyse Gazéification (pyrolyse) Incinération (combustion) 0 Débit d air 1 (Stoechiométrie)
La Thermolyse Etat du développement en France : Première unité industrielle en France mise en service en Juin 2004 à Arras (Arthelyse( Arthelyse) ) d une capacité de 50 000 tonnes/an, avec le procédé Eddith de Thide Environnement. Production de Carbor non valorisé sur site. Procédé Pit Pyroflam,, de pyrolyse intégrée, repris et proposé par Sanifa,, filiale de SITA (une unité industrielle à Budapest sur DIB) Développements ailleurs : Très contrasté en Europe avec l arrêt de plusieurs programmes d industriels européens (Siemens à Furth(D), (D),Nexus à Digny(F), Thermoselect à Karlsruhe(D) ) Dynamisme au Japon, en remplacement de petites usines d incinération obsolètes (après tri amont très poussé)
Thermolyse non intégrée Principe: dégradation de la MO Production d un résidu carboné stockable Chaîne de traitement incomplète Valorisation différée dans l espace et dans le temps du résidu carboné Flexibilité dans le fonctionnement Faibles capacités de traitement (5-80 kt) Référence: Arras (2004)
Thermolyse non intégrée Principe: dégradation de la MO Production d un résidu carboné Chaîne de traitement incomplète Valorisation différée dans l espace, voire dans le temps du résidu carboné Flexibilité dans le fonctionnement Faibles capacités de traitement (5-80 kt) Référence: Arras (2004)
Thermolyse non intégrée Avantages Adapté aux faibles capacités Faible volume de fumées faciles à traiter, au niveau de la production du résidu carboné Valorisation énergétique Possibilité de traiter d autres déchets que les OM valorisation du résidu différée dans l espace et dans le temps Bien adapté aux variations de tonnage (50%-110%) Inconvénients Préparation préalable des déchets (broyage) Technologie innovante Faible niveau de développement Risque financier à gérer Investissement lourd Incertitudes sur les filières de valorisation du résidu carboné : produit non identifié par la réglementation Chaîne non complète (pas alternative à l UIOM)
Thermolyse intégrée Principe: dégradation de la MO Valorisation in situ du résidu carboné Flexibilité dans le fonctionnement Chaîne de traitement complète Référence: Karlsruhe (225 000 t) Islande (12 000 t) Faibles? à grosses capacités de traitement (4-225 kt)
Thermolyse intégrée Avantages Valorisation énergétique Technologie alternative à l incinération Possibilité de traiter d autres déchets que les OM Adapté aux variations de tonnage Chaîne complète de traitement Inconvénients Préparation préalable des déchets Technologie innovante Risques techniques Risque de dérapage financier à gérer Investissement lourd Fonctionnement économiquement intéressant pour de grosses capacités uniquement Procédés énergivores
Thermolyse : ordres de grandeur financiers Un seul coût d objectif. Arthélyse (Arras) - Investissement : 25 millions d - Coût global à la charge de la collectivité : 90 / tonne Même niveau de prix que les fours à grilles, mais coûts plus élevés (marges + faibles) Un manque de recul industriel pour estimer les coûts
Avantages : La Thermolyse : synthèse Combustible stockable ; valorisation différée (thermolyse non intégrée). Installation de traitement de fumées plus simple et volumes émis plus faibles ( moitié de la combustion) Moindre production de Dioxines et NOx Meilleure valorisation des métaux non oxydés Adaptation à des unités de taille moyenne Inconvénients : Devenir de la fraction carbonée non identifié par la réglementation (saturation des filières industrielles : cimenteries, ) Avantages limités, si la fraction carbonée doit être incinérée sur s le site Coût final encore mal maîtrisé (cas du Lot, où les réponses des candidats dépassaient fortement le coût d objectif) Incertitudes vis-à-vis de l hétérogéneité des OMR en France
La vitrification Définition : Chauffage à une température supérieure au point de fusion des constituants (1300 à 1500 C) Formation d un verre, dur et stable une fois refroidi : le vitrifiat Plusieurs techniques : Torche à plasma (Europlasma( Europlasma) Induction (CEA pour déchets radioactifs) Procédé de fusion EDF (développé par Stein Heurtey)
La vitrification Avantages : Stabilisation : destruction des dioxines, statut de déchet inerte et non dangereux, peut être recyclé (pavés, bordures de trottoir, ) Réduction du volume (15% du volume initial pour les REFIOM) Inconvénients : Consommation d énergie Emissions gazeuses lors du traitement Coût très élevé (350 à 650 /t)
La vitrification Déchets concernés : REFIOM (Usine de Cenon- 3 000 tonnes/an, plusieurs UIOM au Japon, ) Déchets d amiante (Inertam( dans les Landes) Déchets radioactifs Intérêt dans le contexte isérois : Pour les déchets ménagers, c est un procédé complémentaire de l incinération, pour traiter ses sous-produits
Stabilisation mécano biologique avant enfouissement (MBT en Principe anglais) Le traitement mécanique amont permet : d extraire les déchets toxiques et dangereux, de séparer les ferrailles et éventuellement d autres déchets valorisables, de séparer éventuellement la fraction grossière combustible. La stabilisation biologique aval peut se faire par : compostage (stabilisation aérobie), méthanisation (stabilisation anaérobie)
objectifs du prétraitement mécano biologique Premier : Pré-traitement des déchets résiduels avant enfouissement Réduction du poids, du volume, de la toxicité des déchets Diminution des impacts environnementaux de l enfouissement (gaz, lixiviats et affaissement du site) Développement de la récupération de la fraction valorisable : Valorisation matière Valorisation thermique : Production de combustibles dérivés des déchets (CDD) Valorisation agronomique du compost
Les étapes de la stabilisation mécano-biologique
Installation fermée 4 - Transfert 5 - Biofiltre 3 - Maturation 2 - Fermentation 1 - Tri-conditionnement
Tri mécanique m avec/sans stabilisation biologique avec/sans traitement thermique Tri conditionnement Utilisation en remblai Utilisation en Recyclage combustible Recyclage inertes métaux verre Réduction et stabilisation de la matière organique Perte matière due au process (eau, CO 2 ) Valorisation Ordures Ménagères collectées Gros papiers, cartons, plastiques, bois Ultimes Mise en décharge
Impacts sur les filières «aval» de traitement Augmentation de la durée de vie du CSDU : Temps d exploitation passe de 20 à 28 ans à volume constant : gain de 20 à 50 % selon les filières aval Réduction très forte de la portée du traitement thermique Meilleure acceptation par les usagers Fermentation amont maîtrisée ( pas en CSDU) Produit résultant : stable et pratiquement inodore Facilité de gestion du CSDU : Moins d odeurs, de biogaz (90-95%) 95%) et de charge organique des lixiviats, Moins de phénomènes de tassement différentiel,
Stabilisation avant enfouissement Déchets traités ceux contenant une part biodégradable importante (déchets organiques, papiers, bois, etc.) on ne retient pas forcément les DIB et les encombrants non valorisables en déchèterie, qui sont enfouis directement. Les boues de STEP peuvent également être concernées par ce concept. Matériels disponibles sur le marché Ceux qui s apparentent au compostage ou méthanisation sur OM brutes Plage de fonctionnement très large l équilibre financier dépend de l existence préalable ou non d un n CET II minimum aux alentours de 20 000 t/an. Seuil de «rentabilité» vers 40 000 t/an
Unités en fonctionnement en France Amiens Méthanisation (85 000 t/an) Constructeur : VALORGA Varennes Jarcy 70.000 t/an OMR et 30.000 t/an biodéchets Méthanisation et compostage en silo avec retournement automatique Constructeur : VALORGA Launay-Lantic Lantic (Côte d Armor) 20.000 t OMR /an Compostage, production de compost charte CERAFEL Mende (Lozère) 20.000 t/an OMR et 3.000 t/an boues Stabilisation aérobie en silos Constructeur : GREENWORLD Carpentras (Vaucluse) 30.000 t/an OMR Stabilisation aérobie en silo avec retournement automatique SILODA Constructeur : VINCI Environnement
Unités en construction ou en attente d autorisation Lorient Lille Compostage en tunnel 57 000 t/an OMR 16 000 t/an FFOM Constructeur : LINDE 220 000 t/an Compostage des OMR Constructeur LINDE Dunkerque Compostage en box 24.000 t/an FFOM + déchets verts + boues Constructeur LINDE En phase de mise en service SMITED (Deux Sèvres) Stabilisation aérobie 60 000 t/an OMR Montpellier Méthanisation 153 000 t/an OMR et 39 000 t/an biodéchets Guadeloupe Compostage 100 000 t/an OMR
Traitement biologique Crible Fraction grossière Fraction moyenne Fraction fine 2 possibilités Méthanisation ou Stabilisation anaérobie Compostage ou Stabilisation aérobie
Opportunités et contraintes de la stabilisation par compostage Principaux avantages du compostage Diminution de la teneur en matière organique des Ordures Ménagères Résiduelles, pour respecter les impératifs réglementaires Réduction des tonnages d ordures ménagères résiduelles par dégradation dation de la matière organique et valorisation éventuelle du compost en amendement ement organique Possibilité de maîtrise des impacts sur l environnement direct (usine relativement compacte pouvant être confinée) Hygiénisation par élévation de la température des déchets traités Possibilité de valorisation matière du stabilisât Pas d excédent hydrique en installation couverte Nombreux retours d expériences Inconvénients Pas de valorisation énergétique Nécessité de maîtriser la composition des entrants (régularité, ratio C/N/P) Importance de la préparation des déchets (criblage, broyage, tri,, malaxage ) Dans une moindre mesure que la méthanisation, maîtrise du process (taux d oxygène, température, teneur en eau)
Opportunités et contraintes techniques de la stabilisation par méthanisation Principaux avantages de la méthanisation Impact minimum sur l environnement direct (usine compacte facilement confinée) Diminution de la teneur en matière organique des Ordures Ménagères Résiduelles, qui permet de respecter les impératifs réglementaires es Réduction des tonnages d ordures ménagères résiduelles par dégradation dation de la matière organique Valorisation des ordures ménagères résiduelles avec la production n d énergie sous forme de biogaz Possibilité de valorisation matière du stabilisat avec un compostage de finition ou pas Contraintes techniques (phénomène biologique complexe) Maîtrise de la composition des entrants (régularité, ratio C/N/P) Préparation des déchets (criblage, broyage, tri, malaxage, chauffage ) fage ) Maîtrise du process (température, potentiel Red-Ox Ox,, ph, teneur en eau) Gestion de l excédent hydrique Maturation aérobie éventuellement nécessaire en fonction du procédé de méthanisation et des contraintes des débouchés (hygiénisation( hygiénisation,, stabilisation complémentaire)
Ordres de grandeurs financiers pour 40 000 t/an Type de traitement Mise en CSDU simple Stabilisation simple Stabilisation avec production de compost Stabilisation avec production d énergie et de compost Incinération Coût d investissem ent M 11 à 15 12 à 16 19 à 23 Coût de fonctionne ment ( /t entrante) Coût global ( /t entrante) 55 à 65 /t 14 /t 65 à 75 /t 15 /t 70 à 80 /t 20 /t 80 à 90 /t 90 à 105 /t
Stabilisation avant enfouissement : synthèse Avantages Technologie alternative à l incinération Process souple et coût maîtrisé (si CET existant) Gain de volume en CSDU de l ordre de 30 % Possibilité de séparer une fraction grossière à fort PCI et «nettoyée» Diminution forte du biogaz et des lixiviats Inconvénients Maîtrise des nuisances (compostage) Valorisation matière limitée Besoin d un CET 2 Coût fortement dépendant du coût de stockage en CET2 Pas envisagé dans le Plan en vigueur Chaîne complète de traitement
Une méthanisation «particulière» : le bioréacteur Description : Accélération du processus naturel de méthanisation en casier de CET par augmentation du taux d humidité des ordures stockées et inoculation. Avantages Investissement réduit et réduction de la manutention des déchets Réversibilité du CET Contraintes techniques Maîtrise de l homogénéité des casiers (création de chemins préférentiels) rentiels) Maîtrise du process (potentiel Red-Ox Ox,, température, ph, teneur en eau) Evolution de la densité des produits stockés (tassements différentiels) Coût de la reprise des matériaux en cas de valorisation Nécessité de casiers spécialement conçus Technique en phase de développement pilote
Présentation de la stabilisation physico-chimique chimique Principe du chaulage des ordures ménagères Ordures ménagères humides + Chaux vive Chaleur Réaction d extinction Ordures ménagères séchées hygiénisées Inconvénients Matière organique non dégradée Risque de faim d azote : amendement basique et pas organique Présence possible d inertes et de métaux lourds Solubilisation de certains métaux lourds en milieu basique (plomb) Intéresse des sols acides uniquement Prise de risque de la collectivité qui achète de la chaux et l écoule sous une forme moins noble au monde agricole Sans intérêt si envoi en CET (augmentation des tonnages) Pas de réalisation industrielle à ce jour
Approche des seuils de rentabilité des installations Incinération Stabilisation aérobie Méthanisation 25000 50000 75000 100 000 150 000 OMR en tonnes/an
Quelques points pouvant (?) faire consensus en Isère Limitation à court/moyen terme de l impact de la prévention et des collectes sélectives/valorisation : il restera 50 % à 80 % des OM en déchets résiduels Obligation de disposer de centres de stockage pour les déchets ultimes en bout de chaîne Souhait (nécessité?) d un pré-traitement préalable au stockage dans un équipement séparé ou in-situ
Quelques points pouvant (?) faire consensus en Isère Chaque filière a ses impacts environnementaux directs ou indirects (pas de technologie «zéro émission ou zéro rejet»), Dès qu il y a combustion, il y a production de dioxine Il faut intégrer le devenir de tous les sous-produits d un process. Il faut accepter, avec les connaissances incomplètes actuelles (mais elles risquent de l être toujours ), de prendre quand même des décisions, dans l incertitude.