Dans le domaine du traitement des eaux usées municipales ou industrielles, les boues sont naturellement générées par la croissance de micro-organismes. Le procédé classique de traitement des eaux usées repose sur les micro-organismes présents dans les boues pour absorber et décomposer divers polluants toxiques et nocifs. Ce processus génère du dioxyde de carbone inoffensif, de l’eau et davantage de boues microbiennes. Cette partie de boues biologiques est appelée « boue activée ». Afin de maintenir l’équilibre dans le système, il est nécessaire d’évacuer régulièrement les boues. Ces « boues excédentaires » doivent être déshydratées et éliminées conformément aux exigences établies par les autorités régionales.
La production mondiale de boues est vaste et croissante. Rien qu’en Europe, les stations d’épuration produisent des boues représentant en moyenne 22,5 kg de matière sèche par habitant et par an [1]. Compte tenu de la population européenne de 750 millions de personnes, cela équivaut à 17 millions de tonnes de boues sèches par an. À mesure que la production de boues augmente et que les réglementations évoluent, les municipalités et les exploitations industrielles recherchent des méthodes d’élimination des boues plus efficaces.
Modification des réglementations
Les boues d’épuration contiennent des métaux lourds et des agents pathogènes tels que des virus et des bactéries. Il contient également des matières organiques et des nutriments précieux, tels que l’azote et le phosphore. Il peut donc être très utile en tant qu’engrais ou en tant qu’enrichisseur de sol.
C’est pourquoi les règles de l’Union européenne (UE) encouragent l’utilisation des boues d’épuration dans l’agriculture, mais réglementent leur utilisation pour prévenir les effets nocifs sur le sol, la végétation, les animaux et les personnes. En particulier, la directive européenne 86/278/CEE interdit l’utilisation de boues dans l’agriculture si les concentrations de métaux lourds dépassent les valeurs définies, mais elle ne fixe aucune limite pour les contaminants organiques (Tableau 1) [2].
TABLEAU 1. Limites maximales admissibles pour l’utilisation des sols, législation européenne, américaine et nationale (mg/kg p.c.).
Dans la plupart des cas, les limites fixées par les différents pays varient considérablement, bien qu’elles soient nettement inférieures aux exigences de la directive européenne 86/278/CEE. Cette variation est due, entre autres facteurs, au type et à l’intensité des systèmes agricoles de chaque pays. Les Pays-Bas, par exemple, sont un pays relativement petit avec une utilisation intensive des terres et une production agricole élevée. Par conséquent, les limites de métaux lourds sont fixées à un niveau si bas que l'épandage agricole des boues d'épuration n'est pas possible. Ainsi, 100 % des boues municipales des Pays-Bas sont incinérées. Ce n’est pas le cas dans d’autres pays. Le schéma 1 montre les méthodes d’élimination des boues utilisées dans les 10 plus grandes stations municipales de traitement des eaux usées de différents pays.
Schéma 1. Les voies d'élimination des boues dans différents pays. [3]
Toutes les boues sont incinérées au Japon. Le taux d’incinération est de 90 % en Allemagne, 60 % en France et 20 % aux États-Unis et au Royaume-Uni. La grande tendance est à l’incinération, ce qui augmente le coût global de l’élimination. Le coût de l’incinération est d’environ 90 $ à 130 $ par tonne métrique, soit nettement plus que le coût de mise en décharge de 40 $ à 70 $ par tonne métrique.
Déshydratation et élimination
L’efficacité de l’élimination des boues est directement liée à la déshydratation, le processus par lequel les boues sont séparées en liquides et en solides. Cette séparation est essentielle pour réduire le poids et le volume des boues, ce qui réduit les coûts de transport et d’élimination et, au final, améliore la durabilité d’une opération de traitement des eaux usées.
Les trois procédés les plus courants de déshydratation sont les filtres-presses, la centrifugation et les presses à bandes. Les presses à filtre utilisent un filtre en tissu et une pression élevée pour séparer les solides et les liquides ; les centrifugeuses utilisent la force centrifuge pour séparer les matériaux par densité ; et les presses à bande utilisent la gravité pour séparer les molécules d’eau libres avant que les boues restantes ne soient comprimées entre deux filtres à bande roulante.
Même après la déshydratation, les boues d’épuration ont une teneur en eau d’environ 75 à 80 %. Cela signifie que la boue a une siccité de matières sèches (teneur en solides) de 20 à 25 %. Plus la teneur en eau des boues est élevée, plus les coûts d’élimination et d’incinération sont élevés.
La solution Solenis
Les floculants sont des produits chimiques utilisés dans les opérations de déshydratation des boues pour augmenter la capacité de déshydratation des boues. Elles ont pour effet d'agglomérer les petites particules présentes dans la boue en flocs plus gros. Des produits spécialement conçus et des dosages spécifiques maximisent ce processus et réduisent les coûts d’élimination en minimisant la teneur en eau des boues.
Solenis aide les usines de traitement municipales et industrielles mondiales à améliorer l’efficacité des processus de déshydratation avec ses floculants ZetagTM et PraestolTM, ce qui permet de réduire la teneur en eau dans les boues et, par conséquent, le coût global d’élimination.
En augmentant le taux de matières sèches, les produits Solenis aident les usines de traitement à réaliser d’importantes économies. Une usine de traitement municipale desservant 5 millions de personnes économisera 5,8 millions $ par an en augmentant la concentration en matières sèches de 20 % à 25 % avec des coûts d’élimination de 65 $ par tonne (voir le schéma 2).
Schéma 2. Impact de la concentration des boues sur le coût relatif d’élimination.
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Références
[1] Bianchini, A., Bonfiglioli, L., Pellegrini, M. et Saccani, C. (2016). Gestion des boues d’épuration en Europe : une analyse critique de la qualité des données. International Journal of Environment and Waste Management. 18. 226. 10.1504/IJEWM.2016.10001645.
[2] Inglezakis, V., Karagiannidis, A., Samaras, P. et Zorpas, A. (2014). Législation de l’Union européenne sur la gestion des boues d’épuration. Bulletin environnemental Fresenius. 23. 635-639.
[3] Global Water Intelligence. 2021. Gestion des boues.