Traitement des boues
Le principal objectif du traitement des boues est d'en réduire le volume, et de les stabiliser pour en améliorer les caractéristiques physiques et arrêter la biodégradation. En effet, leur forte teneur en eau (99 %) et les fortes populations bactériennes qui s'y retrouvent en font un bouillon de culture favorable à la dégradation de la matière organique fraiche et très fermentescible qu'elles contiennent, avec production de mauvaises odeurs. Outre la teneur en éléments-traces (liée à la présence de matières minérales dissoutes ou insolubles), la siccité est un paramètre fondamental de la caractéristique des boues. Trois éléments sont indispensables à la définition et au choix d’un traitement des boues : l'origine (municipale, résidentielle, industrielle) la composition des boues (pH, alcalinité, matières fertilisantes (C/N/P), matières volatiles et minérales, matières toxiques (métaux, pesticides)) la destination finale des boues (enfouissement, incinération, valorisation) Étapes de traitement des boues Épaississement: Il s'agit de la première étape de traitement des boues. L'épaississement consiste à laisser s'écouler les boues par gravitation. Autre technique de concentration : la flottation à air dissous, basée sur l'injection de gaz dans les boues, ce qui sépare les phases liquides et solides par différence de densité. En sortie, les boues sont encore liquides avec une siccité de 5 à 8 %. Stabilisation: Il s'agit de la seconde étape de traitement des boues. Cela consiste à diminuer le caractère fermentescible des boues et ainsi, notamment, de supprimer les mauvaises odeurs. Les traitements de stabilisation des boues s'appliquent aux boues mixtes fraîches ou uniquement aux boues de traitement secondaire des eaux usées. Ils sont de nature biologique, chimique ou thermique. La stabilisation biologique Elle s'opère selon deux voies biologiques possibles : aérobie (en présence d'oxygène) et anaérobie (en l'absence d'oxygène). La stabilisation aérobie consiste à mettre les boues dans des bassins d'aération. Le compostage est un mode de stabilisation aérobie des boues, le plus souvent après déshydratation. Il s'agit souvent d'un traitement de stabilisation biologique complémentaire, destiné à la fabrication d'un produit : le compost. Cependant, il constitue le seul mode de stabilisation des boues primaires et secondaires issues d'un traitement physico-chimique des eaux usées. La stabilisation anaérobie consiste à mettre dans des digesteurs les boues et à les porter à haute température (de 50 à plus de 100°C) afin d'en éliminer bactéries et virus. Stabilisées avec 30 à 60 % de quantités de matière organique en moins, en sortie les boues sont dites « anaérobies », « stabilisées anaérobies » ou « digérées ». Elles présentent une siccité pouvant aller au-delà de 20 à 30 %. Ces procédés de digestion anaérobie, appelés aussi méthanisation, s'accompagnent de la production de biogaz riche en méthane. La récupération et la valorisation de ce biogaz (sous forme de chaleur, d'électricité, de combustible ou de carburant) représente un des postes permettant de réduire l'empreinte environnementale de la filière boue. La stabilisation chimique La stabilisation chimique consiste à bloquer l’activité biologique des boues en y mélangeant de la chaux. En général, cette stabilisation s'opère après déshydratation des boues. En sortie, les boues sont dites hygiénisées. Conditionnement: Il s'agit de la troisième étape de traitement des boues. Cette étape se fait très souvent par l'ajout de floculants organiques de synthèse (polymères) ou minéraux (chaux, sels de fer ou d'aluminium), afin de faciliter la séparation des phases solide et liquide des boues. On peut aussi avoir recours au gel et dégel. Déshydratation Il s'agit de la quatrième étape de traitement des boues. La déshydratation permet de diminuer la teneur en eau des boues, et d'atteindre en sortie une siccité allant de 15 à 40%, variable selon la filière de traitement des eaux, la nature des boues et la technique de déshydratation utilisée. La déshydratation mécanique: La centrifugation consiste à séparer l'eau des boues épaissies par la force centrifuge développée dans un cylindre tournant à grande vitesse. En sortie, les boues sont pâteuses avec une siccité de 20 à 25 %. La filtration par filtres à bandes consiste en une compression et un cisaillement des boues entre deux toiles (à haute pression) permettent d'atteindre jusqu'à 18 à 20% de siccité. La filtration par filtres-presses consiste en une compression des boues entre deux plateaux équipés de toiles filtrantes. En sortie, les boues se présentent sous forme de « gâteaux » solides avec une siccité de l'ordre de 30 à 35 %. La déshydratation par géomembranes Cette technique de déshydratation est apparue récemment, avec le développement des membranes. Les boues sont mises dans des géotubes, qui laissent passer l'eau petit à petit et concentrent les matières. Une fois pleins, ces géotubes contiennent des boues déshydratées jusqu'à 15 à 25% de siccité. Ils sont alors soit ouverts et les boues expédiées vers une autre destination, soit transportés tels quels pour un enfouissement. Séchage Le séchage des boues est une déshydratation quasi-totale des boues par évaporation de l'eau qu'elles contiennent ; la réduction de volume qui en résulte est conséquente. Le séchage thermique Il repose sur deux méthodes : directe et indirecte. Le séchage direct consiste en une évaporation des boues par convection, via un fluide caloporteur. Le séchage indirect repose quant à lui en un échange de chaleur par conduction, via une paroi chauffée par un fluide caloporteur. En sortie, les boues se présentent sous forme de poudres ou de granulés, avec un taux de siccité pouvant atteindre 90 à 95 %. Ces deux procédés sont très énergivores : ils représentent un poste sur lequel il est possible de réduire l'empreinte environnementale de la filière boue, par exemple en mettant en place des boucles de récupération d'énergie. Les lits de séchage Ce procédé consiste à répartir les boues à déshydrater sur une surface drainante. Ces lits de séchages sont mis sous serre pour non seulement tirer partie du phénomène d’évaporation naturelle, mais l'accélérer par les rayons du soleil. On parle alors de séchage solaire. Une autre variante de ce procédé consiste à mettre les lits de séchage sous couvert végétal (roseaux), ce qui permet de s'affranchir des conditions climatiques. Ce procédé est appelé lits à macrophytes. En sortie des lits de séchage, les boues sont solides, d'une siccité d'environ 35 à 40 %. Ce procédé de séchage présente l'intérêt d'être en plus une solution de stockage des boues. Disposition finale La disposition finale des boues se fait par enfouissement, incinération ou valorisation. L'incinération a pour but de réduire encore plus le volume et la stabilité des boues en les transformant en cendres par combustion. La valorisation agricole, sylvicole ou horticole permet de recycler des éléments fertilisants et de la matière organique indispensable à la production des sols. La valorisation énergétique peut finalement être considérée si les boues sont traitées par biométhanisation. Lorsque les boues sont inaptes à une valorisation, en particulier lorsqu'elles contiennent des métaux lourds et/ou des polluants organiques en quantité non négligeable, l'enfouissement demeure l'unique alternative.
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