Approche raisonnée du problème des boues ...

Posons le problème en partant d’un exemple : mettons un morceau de pain sec dans une assiette, versons de l’eau , le pain boit toute l’eau qu’il peut absorber et devient mou ; l’eau restante s’étale libre. On a donc dans l’assiette de « l’eau libre » ,facile à évacuer en la versant et dans la pain de « l’eau liée » , eau capillaire, cellulaire qu’il a absorbée et qui reste prisonnière. Mais le pain reste du pain. Si le pain était resté sec, il aurait pu être brûlé sans difficulté. Le brûler quand il est gorgé d’eau n’est pas possible ; il faut attendre que « l’eau liée » prisonnière  soit évaporée. C’est un phénomène physique semblable qui se passe pour les « boues »  de stations d’épuration ; l’eau pénètre les matières organiques diluées que nous relarguons dans les canalisations du tout-à-l’égout, puis elles aboutissent dans la station d’épuration. Le tout devient une boue liquide plus ou moins épaisse et visqueuse : « les boues ». 1. Les boues d’épuration municipales Les boues proviennent des « eaux usées » domestiques, municipales ou industrielles acheminées par un réseau d’assainissement (égouts) dans des  stations d’épuration. Nature et origine des eaux usées : - les eaux pluviales : elles ruissellent sur les chaussées et se chargent des impuretés atmosphériques, de sable, de terre, d’huile, de déjections animales, de résidus divers ; - les eaux du service public : elles sont utilisées pour le lavage des rues et des caniveaux ; - les eaux domestiques : + eaux usées ménagères ( lavabos, douches, matières grasses, produits savonneux, détergents,sel de cuisson des aliments, résidus de lavage du linge, de la vaisselle, des sols, déchets divers....) En France de 30 à 300 litres/habitant/jour selon le standing. + eaux-vannes, 20 à 35 litres/habitant/jour correspondant à un rejet d’urine de 0,5 à 1,5 litre/habitant jour, selon l’âge ou le sexe, et de matière fécale de 25 à 150 gramme/habitant /jour. - les eaux industrielles ; leur débit et leur nature varient avec l’activité et l’équipement de chaque établissement ; elles reçoivent un pré traitement si elles contiennent des matières toxiques, contaminatrices ou dangereuses et rejoignent éventuellement la station d’épuration. Mais la législation se durcit. Les deux principes de l’assainissement collectif urbain : 1.Evacuer rapidement et sans stagnation, hors des habitations, tous les déchets d’origine humaine ou animale ; 2.Eviter que les produits évacués (eaux et boues) puissent souiller les eaux souterraines et de surface. 3. Choix d’un système d’évacuation et de transport : L’évacuation hors des agglomérations urbaines ou rurales des eaux de toute nature ainsi que des déchets qui en sont inséparables se fait presque toujours par voie souterraine, dans des égouts. On ignore généralement l’importance et la complexité des réseaux de canalisations, conduites de collecte et d’évacuation , ouvrages d’écoulement, regards de visite, bouches d’égout, réservoirs de chasse, dessableurs, siphons, clapets, postes de relèvement et de refoulement, réservoirs d’orage, bassins de retenue d’eau pluviale... et au bout de ce labyrinthe, une station d’épuration. Chaque ville n’évacue pas ses effluents avec la même organisation des réseaux : - le système unitaire : toutes les eaux , pluviales ou usées sont évacuées par un réseau unique de collecte ; - le système séparatif composé de deux réseaux indépendants, l’un pour les eaux pluviales, l’autre pour les eaux usées. - un système mixte, avec de multiples variantes : séparation des quartiers, séparation des eaux des toitures, séparation des premières eaux (les plus polluées), ect Le système unitaire, le plus ancien, est de loin le plus répandu. Le système séparatif plus récent, qui rend plus stable l’effluent en quantité et en qualité, facilite le fonctionnement des installations de traitement et leur coût. Mais, on ne peut pas être dogmatique en la matière ; il convient de tenir compte de nombreux paramètres : la géographie des villes, leur histoire, la densité de l’habitat, les contraintes techniques ( état de l’ancien réseau, pentes, nature du milieu récepteur, etc) et bien évidemment il faut évaluer les engagements financiers, investissement, fonctionnement, entretien ... L’évolution des réseaux vers un système mixte se fera progressivement : des déversoirs d’orage et des bassins de retenue d’eau pluviales permettent de lisser le débit, donc d’obtenir des eaux plus pures pour les restituer en aval des stations d’épuration. Le passage du système unitaire au double réseau se fait facilement par tranches et permet aux communes d’étaler la dépense. Electoralement, cet investissement n’est que relativement productif ; pourtant sur le long terme, les conditions de fonctionnement et d’entretien d’un double réseau ne manquent pas d’intérêt pour le contribuable ; en effet les matières organiques n’étant plus mélangées aux sables, comme dans un système unitaire , le traitement de l’effluent organique est moins lourd.
2. Les stations d’épuration Le traitement des eaux usées, quel que soit le système choisi, fait toujours appel aux procédés de séparation liquide-solide. Les eaux usées sont initialement un composé d’eau libre et d’eau liée aux matières organiques fraîches (99%) et de matières minérales dissoutes ou en suspension. L’objectif des opérations d’une station d’épuration est : - d’obtenir une eau épurée qui satisfait aux normes du rejet édictées par la législation et qui peuvent ensuite être évacuées sans danger dans le milieu naturel. - d’isoler la partie « solide » , sous forme de « soupe épaisse » , mélange de matière organique et minérale. Le caractère hydrophile de la matière sèche qui est à l’origine des boues fait que leur déshydratation est difficile et nécessite une suite d’opérations pour réduire leur teneur en eau et les rendre manipulables. Les principales opérations possibles de traitement + traitements physiques - la rétention par dégrillage ou tamisage des matières volumineuses ; - l’élimination des particules grossières et de forte densité (graviers, sable...) - élimination des produits insolubles de faible densité ( huiles, graisses, hydrocarbures), - la décantation : sous l’action de la gravité, - la flottation ou décantation inversée sous l’effet de microbulles d’air - la filtration : passage à travers une membrane ou un lit de matériaux granulaires - des traitements spécifiques pour éliminer des produits indésirables + traitements chimiques - traitements chimiques - neutralisation pour modifier le pH - précipitation , méthode pour éliminer sels, phosphates, métaux lourds - coagulation-floculation - traitements spécifiques (échanges ioniques, cationiques, anioniques,) etc. + traitements biologiques : très utilisés c’est le travail des micro-organismes : les bactéries dégradent la matière organique, elles sont cultivées dans les ouvrages d’épuration ; les bactéries sont d’irremplaçables acteurs pour l’épuration des eaux usées. Notre avis : Il faut considérer la station¸ non comme une machine épurante à tout faire, mais comme l’ultime remède à apporter à notre gestion d’un certain type de déchets. Il importe de rechercher par tous les moyens une réduction du flux polluant puis une collecte et une évacuation rationnelles des effluents résiduaires à traiter. Plus on achemine d’eau, plus les ouvrages doivent être largement dimensionnés ; un excès de dilution rend le traitement plus difficile. Il convient d’engager la lutte contre le gaspillage et de définir des mesures visant à une meilleure utilisation de l’eau. Il y a là un problème de bon sens, de volonté et de formation. L’eau est un bien public. Les opérations finales en station : On cherche à assurer une élimination progressive et plus ou moins poussée de l’humidité des boues. Plusieurs techniques sont utilisées pour leur épaississement, c’est à dire permettre le dégagement de l’eau interstitielle et des gaz occlus : - l’épaississement par système gravitaire (sédimentation), - épaississement par système dynamique (flottation, centrifugation), - épaississement par système drainant ( grilles et tamis d’égouttage, filtres sous vide, sous pression, à bandes poreuses)... etc. En pratique, c’est la destination finale des boues, en particulier leur degré de siccité qui impose un choix de traitement. Outre la réduction des nuisances olfactives, on vise le plus souvent la réduction du volume des boues afin de faciliter leur manutention et éventuellement les frais de transport.
3. La destination finale des boues urbaines Sorties de la station d’épuration le devenir des boues est souvent affaire de circonstances. Actuellement les débouchés sont au nombre de trois : - le recyclage en agriculture - l’épuration végétale : créer de la biomasse - la mise en décharge, l’enfouissement - l’élimination thermique, la gazéification. 1. la valorisation agricole : c’est la voie qui doit être prioritaire chaque fois qu’elle est techniquement et économiquement possible. elle est très largement pratiquée pour les boues urbaines et quelques boues industrielles ( agroalimentaire, papeterie). On les valorise sous divers conditionnements, schématiquement, du moins coûteux au plus coûteux : - les boues liquides : elles sont épandues comme du lisier ; - les boues pâteuses plus épaisses ( gare aux odeurs dès qu’on les entrepose) ; - les boues chaulées, on ajoute de la chaux ; elles sont encore plus consistantes ; - les boues compostées : on part des boues pâteuses , on les mélange avec d’autres déchets organiques (paille, sciure, écorces, déchets forestiers...). Par l’action de micro-organismes aérobies une partie de la matière organique est transformée en humus. L’élévation de la température détruit les éventuels germes pathogènes. Après quelques mois de maturation elles sont épandues comme du fumier . C’est un produit de bonne valeur agricole mais coûteux et qui ne représente selon l’ADEME que 2% des tonnages de boues. Deux techniques sont utilisées : soit le compostage accéléré en enceinte close avec contrôle de la température, de l’humidité , de la composition de l’atmosphère ambiante ; soit le compostage lent, en andains ou en tas, sur aires avec retournement périodique . Ce procédé qui dégage de fortes odeurs  ne devrait être pratiqué que loin des habitations. Les boues solides ; après séchage thermique , c’est un fertilisant parfaitement stérile qu’on traite sous forme de granulés ; cette transformation des boues est gourmande en énergie ; c’est un procédé d’avenir à condition de disposer d’énergie bon marché et propre et de choisir un type d’installation n’engendrant pas de nuisance particulière (Co², méthane...). L’ADEME et le bon sens veulent qu’on opte chaque fois que c’est possible pour la valorisation agricole des boues . On retiendra cependant que la valeur agronomique n’est pas identique d’un état des boues à un autre état ( liquide, compost, solide...); leur teneur en matière organique, en azote, en phosphore, en potassium, en calcium... varie sensiblement ; les utilisateurs ajustent selon la nature du sol et le type de culture, compte tenu de la filière de préparation des boues. 2. Des filières innovantes : L’épuration végétale expérimentée à Vezin, Maine et loire, l’eau passe successivement d’une surface plantée de roseaux à une lagune puis à une bambouzeraie. Peu de consommation d’énergie, pas de réacteur chimique, des coûts d’exploitation réduits, un fauchage partiel des roseaux et des bambous chaque année génère une importe boimasse. Le bambou, d’après l’expérience de Vézin , est une plante particulièrement adaptée à l’épuration des eaux usées et sa croissance est phénoménale : jusqu’à 12 mètres en quelques mois. C’est un bois imputrescible, quatre fois plus dur que le chêne, valorisé pour son bois en industrie et en énergie . Ce genre de station est réservé à des petits volumes, 2000 habitants environ. Mais elle nous confirme que les boues ont une valorisation potentielle pour la production d’une biomasse de qualité, et où que ce soit ! 3. la mise en décharge, l’enfouissement. Très largement pratiquée avant la nouvelle réglementation de 1992, cette méthode se heurte aujourd’hui à de légitimes contraintes visant à protéger l’environnement et à la réprobation quasi unanime. Quelques boues toxiques exceptées, l’opinion accepte mal que ce qui peut devenir un produit valorisable soit traité comme un déchet. 4. l’élimination thermique. Il s’agit en général de la solution d’élimination considérée aujourd’hui comme le dernier recours à n’utiliser que si la voie agricole est impossible :boues toxiques, grandes agglomérations urbaines ne pouvant pas dégager de surface disponible pour l’épandage (c’est le plus souvent la version officielle pour pouvoir dissimuler qu’il faut rentabiliser des coûteuses installations d’incinération...) Plusieurs techniques existent : - l’incinération des boues en « solo » dans des incinérateurs spécifiques, - la co-incinération avec les déchets ménagers, - l’incinération en four de cimenterie, en centrale thermique, - l’oxydation par voie humide, - la thermolyse, (ou pyrolyse) - la méthanisation (biogaz), - la gazéification : ce procédé fait l’objet d’une étude annexée à ce document. _ la gazéification : c’est un procédé de conversion de la matière organique en gaz hétérogènes combustibles et en cendres. Le « gazogène » est un appareil qui a pour objet de transformer aussi complètement que possible des combustibles solides en gaz propres à l’alimentation des moteurs à explosion. Le principe est bien connu puisqu’il a servi à faire rouler les automobiles pendant la guerre. C’est le bois sous toute ses formes , conditionné selon la nature de l’appareil qui est le combustible usuel : «  le carburant forestier ». Le « gazogène » est un réservoir cylindrique en forte tôle dans lequel on introduit par une porte un combustible calibré  ; le combustible est soutenu par une grille ; des tuyères, ouvertures de section précise, laissent passer exactement la quantité d’air nécessaire à la combustion. Schématiquement le processus de gazéification peut se résumer ainsi : la combustion du bois produit du gaz carbonique (CO²) ; ce gaz n’a aucun pouvoir calorifique. Cependant si on fait passer ce gaz carbonique sur du charbon chauffé au rouge, on recueille un gaz très différent : l’oxyde de carbone (CO). Ce nouveau gaz est combustible et combiné avec de l’oxygène devient détonnant ; il convient alors à l’alimentation des moteurs. On peut améliorer le rendement en injectant de l’eau ou de la vapeur d’eau. Divers procédés se partagent le marché : gaz à l’air ou gaz à l’eau ; arrivée de l’air par le bas de la cuve et soutirage du gaz par le haut de la cuve ou l’inverse ; gazéificateur à lit fixe ou à lit fluidisé, etc. En principe, toute la biomasse peut alimenter un gazogène ; mais sous certaines conditions. ainsi on estime que la gazéification des boues n’est possible qu’à partir de boues séchées à 70% de siccité. Le bilan matière/énergie dépensée/énergie récupérée varie avec le type d’installation. Que sort-il d’un gazéificateur ? un gaz assez pauvre ; il peut être utilisé soit en chaudière (production d’eau chaude), soit en turbine à gaz, soit en moteur à gaz. des résidus huileux et des poussières après épuration des gaz, des cendres qui sont de même qualité que celles d’incinération. _
En conclusion L’ADEME, (les alternatives à l’épandage agricole) donne sur son site un avis sans appel sur l’élimination de la matière organique par traitement thermique quel que soit le procédé : « Dans tous les cas, la matière organique est détruite avec évaporation de l’eau rejetée dans l’atmosphère, destruction de la matière organique avec rejet de gaz carbonique (CO²) et d’azote, production de cendres qui renferment les éléments minéraux et la majeur partie des éléments-traces (métaux lourds) production de gaz acides dont les produits de neutralisation, non valorisables, sont envoyés en centre d’enfouissement technique de classe 1. » Notre avis : Transporter et dessécher laborieusement des boues ordinaires pour les faire brûler et en récupérer un semblant d’énergie , est d’un piètre bilan ... L’avenir de la production agricole doit être pris au sérieux ; priver la terre du retour de la matière organique nourricière est un gaspillage de nanti auquel nous nous opposons de toutes nos forces. Un exemple pas tout à fait pris au hasard : Les eaux usées de la communauté urbaine de Périgueux. Les chiffres clés : - 10.000 m3 d’effluents traités chaque jour - 45 km de réseaux - 18.641 abonnés - 23 postes de relèvement Les eaux usées de la CAP s sont acheminées par le réseau à la station de Saltegourde pour y subir plusieurs traitements ( 80% par réseau unitaire, 20% par réseau séparatif) : - 1.prétraitement : il permet d’éliminer les éléments les plus grossiers : graviers, graisses, objets flottants ; - 2.traitement primaire : les particules solides ou liées à l’eau sont séparées de l’eau libre par décantation avec ajout de substances chimiques ; - 3.traitement secondaire : les bactéries dégradent en partie la matière organique et clarifient les eaux avant le rejet dans l’Isle en aval de la station ; - 4.déshydratation : les boues produites au niveau primaire et secondaire sont pressées, on obtient des boues pâteuses qu’on stocke dans des bennes - 5.compostage à ST Paul la Roche avec mélange de déchets verts et de résidus de bois (palettes, écorces...). Le compost ensuite , en théorie, est valorisé en agriculture dans un rayon de 35 Km autour de l’agglomération de Périgueux.