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Auteur(s)
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Jérôme GAY : Ingénieur INSA (Institut national des sciences appliquées) - Chef de projets Environnement, société OSER (Ouverture Scientifique, Études et Réalisations)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les boues de stations d’épuration sont des résidus de l’assainissement des eaux usées d’origine industrielle ou domestique. L’élimination des boues par épandage agricole est la principale voie de valorisation en France.
Lorsque leur recyclage s’avère impossible en agriculture, les boues constituent un déchet humide difficile à brûler et à valoriser par voie thermique. La valorisation énergétique regroupe différentes technologies permettant de convertir la fraction organique des boues en énergie. La valorisation énergétique peut être une voie d’élimination complémentaire ou alternative à la valorisation matière en agriculture.
Les technologies de valorisation énergétique des boues de station d’épuration permettent de tirer profit de la nécessité d’éliminer et de détruire les boues. La valorisation des boues, sur le site de la station d’épuration, permet d’améliorer le bilan environnemental en diminuant le transport des boues et en produisant une énergie (chaleur, électricité) directement consommée sur la station.
Ces technologies sont pour certaines relativement nouvelles et ne bénéficient encore que de retour d’expérience ponctuel. Il s’agit cependant d’alternatives sérieuses à l’incinération classique présentée bien souvent comme la seule voie thermique possible.
Les premiers critères de choix sont le gisement de boues (quantité) et l’impossibilité technique d’une valorisation agricole des boues (qualité). Pour envisager une valorisation énergétique, le gisement de boues doit être significatif, au minimum pour les stations d’épuration de plus de 50 000 équivalents habitants soit environ 750 tonnes de matière sèche.
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Co-incinération en cimenterie
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1. Méthanisation ou digestion anaérobie
1.1 Processus biologique
La méthanisation est un phénomène naturel se produisant dans des biotopes variés (sédiments, rizières, décharges…) en l’absence d’oxygène. Il s’agit d’une bioconversion de la matière organique ou volatile (MO ou MV) réalisée par un écosystème constitué de nombreuses bactéries anaérobies. Selon les conditions de température, ces écosystèmes sont constitués de micro-organismes psychrophiles (au-dessous de 20 oC), mésophiles (entre 20 et 45 oC) ou thermophiles (au-delà de 45 oC). La digestion anaérobie s’accompagne d’une libération de biogaz produit par les micro-organismes méthanogènes.
Cette tendance naturelle des boues à la fermentation peut être domestiquée dans un bioréacteur qui permet d’entretenir les conditions optimales d’anaérobiose, de mélange et de température. La digestion des boues comporte quatre phases de fermentation qui se déroulent simultanément dans le bioréacteur (figure 1) :
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hydrolyse : certains micro-organismes libèrent dans le milieu des enzymes (protéases, lipases, cellulases…) capables d’hydrolyser les macromolécules ou polymères (protéines, lipides et polysaccharides) en molécules simples ou monomères (acides aminés, acides gras, oses). Cette hydrolyse permet de rendre biodisponible la matière organique nécessaire à son assimilation dans le métabolisme microbien ;
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acidogenèse : les monomères sont ensuite hydrolysés en acides gras volatils (acide acétique, lactique, propionique, butyrique), en alcools (éthanol, glycérol) et en ammonium ;
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acétogenèse : une grande partie des acides gras volatils (AGV) et des alcools est assimilée par les bactéries acétogènes autotrophes pour former de l’acétate. Une autre partie est convertie en hydrogène et dioxyde de carbone ;
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méthanogenèse : le méthane est produit soit à partir de l’acétate (bactéries méthanogènes acétoclastes), soit à partir du dioxyde de carbone et de l’hydrogène (bactéries méthanogènes hydrogénophiles).
Environ 70 % du méthane est produit par la voie de l’acétate et 30 %...
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Méthanisation ou digestion anaérobie
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ADEME, GDF - Le biogaz et sa valorisation, guide méthodologique - . ISBN 2-86817-310-1 (1999).
-
(2) - Netherlands Association For Water Management (NVA) - Valorization of sludge residuals - . Presentation of on going projects in the Netherlands and Belgium, Aquatech (1998).
-
(3) - Juniper - Pyrolysis and gasification of waste : a worldwide technology and business review - , Vol. 1 et 2 (2000).
-
(4) - SPIEGEL (R.J.), THORNELOE (S.A.), TROCCIOLA (J.C.), PRESTON (J.L.) - Fuel Cell operation on anaerobic digester gas : conceptual design and assessment - . Waste Management, Vol. 19, 389-399 (1999).
-
(5) - Office fédéral de l’environnement des forêts et du paysage - Incinération des boues d’épuration, étude des filières d’incinération des boues d’épuration en Suisse - . Cahier de l’environnement no 156 (1991).
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...
ANNEXES
Agence pour la défense de l’environnement et la maîtrise de l’énergie (ADEME)
Agences de l’eauGaz de France (GDF)Solagro HAUT DE PAGE
Thermolyse :
Société Wastegas Technologie :
Procédé ENERSLUDGE :
http://www.oberon.com.au/esi/index.html
Digestion anaérobie :
Société OTV :
Société Degremont :
Organic Waste Systems (OWS) :
https://schwarting-biosystem.de/unternehmen.html
Valorisation du biogaz :
Société ENTEC
Société ONSI :
(pile à combustible)
Société SOFFIMAT :
Gazéification :
Société Lurgi :
Boues :
(dossier...
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