Brevet FR2787103A1 — publié le 20000616

La présente invention concerne un procédé de traitement et de gestion des boues provenant de stations d'épuration d'eaux résiduaires urbaines. Elle s'applique plus particulièrement aux stations d'épuration de grande taille. On connaît à l'heure actuelle la filière de traitement des boues biologiques provenant de stations d'épuration qui consiste à extraire les boues afin de les soumettre à une digestion anaérobie permettant d'obtenir des boues stabilisées, ces dernières étant ensuite conditionnées soit par un traitement chimique (traitement par polymères, par chlorure de fer et chaux) ou par un traitement thermique, les boues étant ensuite soumises à une déshydratation notamment par filtres presses ou centrifugeuses. Après ce traitement, se posent les problèmes de l'évacuation et de l'utilisation des boues déshydratées. On peut à cet égard, envisager à l'heure actuelle plusieurs filières: - une valorisation agricole, par épandage, laquelle pose un grand nombre de problèmes dus notamment aux réticences des professions agricoles, aux coûts de transport, en particulier en zone périurbaine, à la présence éventuelle de métaux lourds dans les boues et au degré d'hygiénisation de ces boues; - une incinération dont on connaît les inconvénients, notamment le dégagement de gaz carbonique (effet de serre), la consommation en énergie, (bien que cet inconvénient tende à disparaître en mettant en oeuvre l'autothermicité des boues), le dégagement de divers polluants atmosphériques et, - une mise en décharge pure et simple, filière qui doit toutefois disparaître à l'horizon 2002. 2 2787103 Si ces filières connues et couramment mises en oeuvre à l'heure actuelle, et notamment la valorisation agricole par épandage peuvent être utilisées pour le recyclage des boues provenant de petites stations d'épuration, il n'en est pas de même en ce qui concerne les boues provenant de grandes stations d'épuration. La présente invention s'est donc fixée comme objectif d'apporter un procédé de traitement et de gestion des boues provenant de stations d'épuration de grande capacité, ce procédé étant conçu de façon à n'entraîner aucune nuisance, en respectant les normes en vigueur et en permettant une valorisation multiple des boues: thermique, énergétique et chimique. En conséquence, la présente invention concerne un procédé de traitement et de gestion des boues provenant de stations d'épuration d'eaux résiduaires caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) extraction des boues présentant une teneur en matières volatiles de l'ordre de % ou davantage. b) digestion anaérobie des boues afin d'obtenir des boues digérées ou stabilisées, présentant une teneur en matières volatiles supérieure ou égale à 60%. c) conditionnement des boues par voie thermique ou chimique, d) déshydratation, notamment sur filtres-presses ou centrifugeuses des boues issues du conditionnement, afin d'obtenir une teneur en matières sèches de l'ordre de 30 à 55% tout ou partie de ces boues pouvant être ensuite utilisée en valorisation agricole. e) séchage des boues conditionnées, jusqu'à l'obtention d'une teneur en matières sèches, égale ou supérieure à 90%, cette étape de séchage étant mise en oeuvre, de préférence, de façon à obtenir des granulés; f) stockage des granulés issus du séchage ou utilisation immédiate comme combustible, notamment en cimenterie. g) reprise et traitement par gazéification des granulés stockés: 3 2787103 - le coke résultant du traitement de gazéification pouvant être utilisé soit comme combustible, par exemple en cimenterie, soit en tant que minerai de phosphore recyclable par exemple dans les industries productrices d'engrais et, - les gaz produits, mélange de méthane et de monoxyde de carbone, pouvant: - soit être brûlés et produire des calories récupérées au niveau de l'étape de séchage des boues, - soit, selon un procédé plus complexe, subir une transformation du monoxyde de carbone en méthanol qui sera réutilisé en tant que source de carbone pour la dénitrification par voie biologique des eaux usées, alors que le méthane, seul, sera utilisé comme combustible dans une co-génération d'électricité et de calories, lesdites calories pouvant servir d'appoint dans l'étape de séchage. Le procédé selon l'invention est illustré de façon schématique par la figure 1 sur laquelle on retrouve les différentes phases et étapes spécifiées ci-dessus. Les étapes concernant l'extraction des boues, leur digestion anaérobie, leur conditionnement, ainsi que leur déshydratation en vue d'une valorisation agricole des boues ainsi traitées, sont mises en oeuvre de façon classique et bien connues de l'homme de l'art et dans ces conditions, ces étapes ne seront pas décrites ici. On peut à cet égard se référer au Mémento Technique de l'Eau, Edition du Cinquantenaire, 1989, édité par DEGREMONT, chap. 24: effluents urbains " et notamment aux pages 1309 à 1314 (Tome 2). Lors de l'étape de séchage des boues en vue d'obtenir une teneur d'environ 90% en matières sèches, les gâteaux de boues provenant de l'étape de déshydratation sont séchés par voie thermique, par tous procédés classiques et ils sont transformés en granulés. Ceux-ci peuvent être r17-' Il 4 2787103 - utilisés comme combustible en cimenteries; - valorisés en agriculture, comme amendement; - valorisés en aménagements paysagers et aménagements d'infrastructures, - mis en décharge ou, - transformés en gaz durant l'étape de gazéification. Durant cette étape de gazéification, les granulés produites durant l'étape de séchage précédente sont transformés en gaz dans un réacteur de gazéification de type connu, fonctionnant en atmosphère contrôlée. Cette gazéification produit du coke et un mélange gazeux de méthane et de monoxyde de carbone. Le coke de gazéification ainsi obtenu peut être utilisé comme combustible par exemple en cimenterie ou en tant que minerai de phosphore recyclable par exemple dans les industries productrices d'engrais. On sait que la teneur en P205 des gisements de phosphate exploités dans le monde est variable: de 32 à 35% pour les gisements les plus riches, 18 à 20% pour la moyenne des gisements exploités. La teneur en phosphore des cokes de gazéification des boues provenant du traitement biologique des eaux rédiduaires urbaines oscille entre 10 et 20% de P205, ce qui en fait un gisement particulièrement intéressant, compte tenu de la facilité d'exploitation. (le coke de gazéification est susceptible d'être mélangé aux autres minerais actuellement exploités) et de son caractère de résidu, donc de son coût minimal. Le mélange gazeux de méthane et de monoxyde de carbone peut être utilisé: - soit pour alimenter une chaudière de co-génération en vue de la production d'électricité et/ou de chaleur, l'électricité ainsi produite étant remise dans le réseau ou utilisée comme source d'énergie dans les étapes du procédé et la chaleur étant utilisée lors du séchage mis en oeuvre après l'étape de conditionnement des boues par digestion anaérobie; HIF T - --o - 2787103 - soit pour alimenter une unité de synthèse produisant du méthanol à partir du monoxyde de carbone, le méthane étant utilisé comme combustible dans une étape ultérieure et les calories produites réutilisées au niveau du séchage. Cette unité de synthèse chimique produit un substrat carboné de type méthanol à partir du gaz généré lors de ladite étape de gazéification. Ce substrat, ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus est utilisé en tant que source de carbone pour assurer l'épuration des eaux usées par dénitrification biologique. Ainsi qu'on le remarque, le procédé objet de l'invention permet d'obtenir une valorisation sous différentes formes de la totalité des boues produites. Le seul sous- produit, le coke provenant de l'étape de dégazéification, qui contient la matière minérale et du carbone minéral, étant utilisé, ainsi qu'on l'a décrit ci- dessus, soit comme combustible, par exemple dans des cimenteries soit, comme minerai de phosphore. Parmi les avantages apportés par la mise en oeuvre du procédé décrit ci- dessus, on peut citer notamment les suivants: - multivalorisation des boues: le procédé assure en effet diverses voies de valorisation des boues, allant de la plus rustique (valorisation par épandage agricole, aménagement paysager) jusqu'à la plus sophistiquée (utilisation du carbone contenu dans les boues pour la dénitrification de la ligne eau) et il met à disposition plusieurs portes de sortie pour les déchets boues; - respect de l'ensemble de la réglementation actuelle en ce qui concerne les boues et déchets; - respect des recommandations officielles relatives à une recherche de la valorisation des déchets permettent d'éviter leur destruction: ainsi qu'on l'a vu ci-dessus, la matière organique des boues est transformée en électricité et en chaleur et également en un :IiI T - U 6 2787103 produit organique noble, le méthanol, réutilisable dans la chaîne de traitement (dénitrification); - solution écologique parfaitement acceptable par l'opinion publique du fait qu'elle n'engendre aucune nuisance (pas de poussière, pas de risque de dioxine); - réduction des nuisances, notamment olfactives; - possibilité de décentraliser l'épuration, les boues provenant de différents sites de traitement d'eau pouvant être acheminées, vers une unité de traitement des boues mettant en o0 oeuvre le procédé de l'invention et fonctionnant en site propre; obtention d'un autarcie de fonctionnement de l'unité de traitement des boues, la réutilisation des déchets en tant que matières premières, permettant d'apporter de l'énergie et des réactifs aux différentes étapes du procédé. - enfin, le procédé selon l'invention est particulièrement intéressant en zone urbaine o les tonnages de boues à épandre sont considérables et les surfaces de terres agricoles restreintes. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits et/ou mentionnés ci-dessus mais qu'elle en englobe toutes les variantes. à T ' -r 7 2787103 REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement et de gestion des boues provenant de stations d'épuration d'eaux résiduaires caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) extraction des boues présentant une teneur en matières volatiles de l'ordre de 70% au moins; b) digestion anaérobie des boues afin d'obtenir des boues digérées ou stabilisées présentant une teneur en matières volatiles supérieure ou égale à 60%; c) conditionnement des boues par voie thermique. ou chimique d) déshydratation, notamment sur filtres presses ou centrifugeuses, des boues issues du conditionnement afin d'obtenir une teneur en matières sèches de l'ordre de 30 à 55%, tout ou partie de ces boues pouvant être ensuite utilisée en valorisation agricole; e) séchage des boues conditionnées jusqu'à l'obtention d'une teneur en matières sèches égale ou supérieure à 90%; f) stockage des boues conditionnées et séchées ou utilisation immédiate comme combustible en cimenterie g) reprise et traitement par gazéification des boues séchées et stockées: - le coke, résultant du traitement de gazéification pouvant être utilisé soit comme combustible, notamment en cimenterie; soit comme minerai de phosphore, et, - les gaz produits, constitués d'un mélange de méthane et de monoxyde de carbone pouvant: - soit être brûlés pour produire des calories récupérées au niveau de l'étape de séchage des boues; 8 2787103 - soit subir une transformation du monoxyde de carbone en méthanol qui sera utilisé en tant que source de carbone pour la dénitrification par voie biologique des eaux usées, le méthane, seul étant utilisé comme combustible dans une cogénération d'électricité et de calories, lesdites calories pouvant servir d'appoint lors de l'étape de séchage. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lors de l'étape de séchage par voie thermique des boues, celles-ci sont transformées en granulés. 3 - Procédé selon l'une des revendications I ou 2 caractérisé en ce que l'étape de gazéification des boues séchées par voie thermique s'effectue en atmosphère contrôlée. 4- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le monoxyde de carbone dégagé lors de l'étape de gazéification constitue le principal réactif d'une synthèse chimique produisant un substrat carboné du type méthanol. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le coke de gazéification est utilisé en tant que minerai de phosphore recyclable dans les industries productrices d'engrais.