Optimisation énergétique et traitement des boues Caroline BOUCHET
Généralités sur le traitement des boues FILIERE EAU BOUE LIQUIDE DILUEE EPAISSISSEMENT STABILISATION BIOLOGIQUE digestion anaérobie CONDITIONNEMENT digestion aérobie thermophile DESHYDRATATION MECANIQUE filtre à bandes, filtre presse, centrifugeuse DECHARGE CHAULAGE OXYDATION VOIE HUMIDE AGRICULTURE COMPOSTAGE CENDRES DECHARGE stockages SECHAGE PYROLYSE / COMBUSTION INCINERATION avec ou sans OM VALORISATION
Source d énergie : biogaz issu de digestion Digestion classique : Production biogaz 0,9 à 1,1 Nm3 / kg MV éliminé Autres voies de valorisation (cogénération / séchage thermique Source d énergie 1 Nm 3 de biogaz = 6.3 kwh (PCI), valorisation par cogénération : 2.2 kw électrique 1.8 kw thermique
Cogénération : biogaz, source d énergie Microturbines <100kWe Moteurs 100 kwe à 3 MWe Turbines > 3 MWE Exemples de références Degrémont : Achères France : Moteurs 3600 kwe, Turbine : 4000 kwe Gaïa Portugal : 465 kwe Rhitala Inde : 3000 kwe Gabal Egypte : 11 800 kwe Brno République Tchèque : 1040 kwe As Samra Jordanie : 6000 kwe 95 % d autonomie énergétique
Source d énergie : biogaz Amélioration de la production de biogaz 1,2,3 Codigestion : +15% Digestion boostée Mécanique US : +10 à 30% Haute Pression : Crown +30% Centrifugation lytique lysatec +15 à 30% Physique Hydrolyse thermique : Cambi : +50% (voir présentation C. Prévot) Décompression Congélation / décongélation Champs électriques pulsés Chimique Hydrolyse acide ou basique Biologique Hydrolyse enzymatique Combinaison des techniques Chimique + mécanique : microsludge +70% (sur boue biologique seule) Deux étages de digestion [1] Degrémont Bases de données [2] Office fédéral de l énergie Suisse Comparaison des technologies de prétraitement des boues d épuration pour l augmentation de la production de biogaz mai 2007 [3] Sites web des fabricants
Source d énergie : boue séchée Boues séchées = combustible alternatif aux carburants d origine fossile Pouvoir calorifique ~ celui du bois (4 5 kwh/t) Impacts Pas d émission de GES Diminution de la facture énergétique Diminution de la consommation d énergie fossile Problème de règlementation Pyrolyse / Gazéification Traitement du Syngaz et valorisation énergétique (cogénération) Récupération de chaleur Incinération Récupération de chaleur sur fumées Valorisation énergétique (cogénération, turbine à vapeur )
Valenton pyrolyse des boues Pyrolyse des boues, four NESA Récupération de chaleur 37% des besoins énergétiques des sécheurs 6 à 7 MW/h 110 t MS/j
Incinération valorisation énergétique Valence Siccité boues 20% PCI boues : 6400 kwh/t Siccité graisses 30% (~5% graisse/boue) PCI graisses : 9300 kwh/t Combustion Récupération De chaleur Traitement des fumées Boues Cendres Air Résidus d épuration (REFIB) Fumées épurées
Duffin Creek (USA) Incinération et valorisation Compressed Air Exhaust Gas Duct Softner Building Heat 2 lignes : 105 tms/j/ligne Continuous Emissions Monitoring System High Pressure Water Pump Sand Sludge 0.5-5%TS Sand Storage Deaerato r Heat Exchanger Turbine Generator Stack Feed Pump 27%TS Plant Water Centrifuge Decanter Fuel Oil Natural Gas Purge Air Blower Preheat BurnerAir Blower Fluidizing Air Blower Waste Heat Boiler & Economizer Quench Scrubber Multiple VenturiScrubber Impingement Scrubber To Ash Treatment Duffin Creek : Production énergie > Consommation
Economies d énergie - Heliantis Energies renouvelables Séchage solaire Pas d émission de GES Pas de consommation d énergie fossile Diminution des coûts d évacuation Diminution de la facture énergétique
Economies d énergie - Innodry Sécheur basse consommation Innodry : Deux étages de séchage Echangeur thermique Réchauffeur d huile Récupération d énergie entre les étages Buées Boues déshydratées (18-30 % de MS) 650 et 750 kwh/t d'eau évaporée Pour comparaison : ~ Evaporateur à couche mince SECHEUR INDIRECT : 870 930 Kwh / t Ventilateur Chopper (40-50 % MS) SECHEUR DIRECT : 930 990 Kwh / t Retour fines Sécheur à bandes AUTRE SECHEUR MIXTE : 990 1040 Kwh / t Traitement air vicié Refroidisseur Condenseur Réchauffeur Crusher Tamis Bande de refroidissement Air de refroidissement Bac à condensats Granulés (90 % MS) Récupération de chaleur Refroidisseur
Conclusions Les tendances futures - domaine de l énergie Augmentation des prix des énergies fossiles qui ne sont pas inépuisables et par conséquent du prix de l électricité Engagement de réduire les émissions de gaz à effet de serre Traitements poussés d épuration : augmentation des kwh nécessaire par m 3 d eau traité
Conclusions pour les concepteurs de STEP Réflexions au niveau conception sur : les sources d énergie et sources de consommation liées au process de l usine (la valorisation des boues, l aération, biogaz, chaleur, vapeur, hydraulique, eaux traitées par exemple) L utilisation des ressources externes (solaire, vent, chaleur, ) pour produire de l énergie renouvelable Optimisation énergétique de la filière : favoriser une boue plus énergétique Les opportunités d optimisation énergétique : Les Pompes à chaleur, les chaudières à bois, les moteurs haut rendement, les turbines à gaz, les micro turbines, le solaire et le photovoltaïque, l éolien.; Des bâtiments HQE, permettant de réaliser des économies d énergies (chaleur éclairage) Gestion des énergies et optimisation du process Degrémont a réalisé avec la station d épuration d Amman la première station d épuration dans le monde proche de l autonomie énergétique (97%)