Chaque station d’épuration des eaux usées a besoin de ce séchage particulier
01.07.2017
Le séchage des boues d‘épuration avec de la vapeur d’eau surchauffée fonctionne sur une surface minimale ; il fait économiser jusqu’à 95 % d’énergie, tout en étant à la fois rapide et inodore. Cette technologie ayant déjà fait ses preuves dans les sucreries de betteraves est une solution moderne pour les stations d’épuration qui leur permet d’éliminer les boues et d’élargir leurs capacités.
L’élimination des boues humides d’épuration est coûteuse, sauf en cas d‘épandage agricole. Les stations d’épuration choisissent ainsi de sécher les boues. L‘inconvénient est que seule une infime partie de l’énergie nécessaire au séchage classique (sécheur à disques, à bande ou à tambour rotatif) peut être réutilisée. Les consommateurs de grandes quantités d’air chaud et humide manquent comme lors du séchage classique à tambour des pulpes de betteraves.
Une installation d’essai exceptionnelle pour sécher les boues d‘épuration
Les exploitants des stations d’épuration et les entreprises de recyclage ont donc grandement besoin de méthodes alternatives de séchage – comme celle du séchage à vapeur au-delà de la pression atmosphérique. Cette méthode permet de disposer de l’énergie de la vapeur dégagée par la condensation des vapeurs issues du produit ; en outre, les composants de la vapeur existent à nouveau sous une forme liquide. Depuis le début de l‘année 2016, BMA expérimente donc avec son installation d’essai unique au monde des concepts de séchage des boues d’épuration avec de la vapeur surchauffée dans un lit fluidisé – dans les conditions pratiques d’exploitation à l’échelle du centre technique.
Le moment est idéal. L’amendement du décret sur les boues d’épuration et les fertilisants qui doit entrer en vigueur cette année met les exploitants des stations d’épuration sous pression en Allemagne. Ils doivent élaborer au cours des prochaines années de nouveaux programmes de valorisation pour les boues d’épuration, puisque l‘épandage meilleur marché sur les champs devra s’arrêter en 2029.
Rien qu’en Allemagne, environ sept millions de tonnes de boues humides d’épuration sont produites chaque année dans plus de 10 000 stations d’épuration, dont la plus grande partie devra à l’avenir être séchée – pour permettre aussi la récupération obligatoire de l’azote et du phosphore. Les boues d’épuration contiennent en Allemagne environ 60 000 tonnes de phosphore – un engrais minéral indispensable. Dont un tiers environ est utilisé sur le plan agricole. Pour récupérer le phosphore, il faut augmenter la concentration : déshydratation des boues -> séchage -> monocombustion.
Les progrès technologiques réalisés au cours des dernières années permettent aujourd’hui d’obtenir lors de la déshydratation des teneurs en M.S. supérieures de 40 % jusqu‘à 0,35 kg MS / kg au total (kgMS / kg). De tels sauts technologiques n‘avaient jamais été réalisés en matière de séchage des boues d’épuration. Cela est aussi lié aux inconvénients des sécheurs traditionnels. Outre les émissions d‘odeurs, les risques d’incendie et d’explosion et le problème d’exploitation de la chaleur, on a aussi l’humidité finale et la phase collante des boues d’épuration, ainsi que l’encombrement de l‘appareil.
La solution à ces problèmes consiste à exécuter un sécheur à vapeur en tant qu’appareil à lit fluidisé et sous pression. Mais cette pression peut uniquement être maintenue, quand le sécheur est fermé. Cette propriété entraîne automatiquement l’absence d’odeurs et d‘oxygène aussi grâce à l’atmosphère de la vapeur. Il n’y a pas de risques d‘oxydation, d’incendie ou d’explosion dans le sécheur. Grâce aux températures élevées lors du séchage, les matières solides (> 0,95 kgMS / kg) et l’eau de condensation sont stériles.
Par rapport au séchage à l’air chaud, l’emploi de la vapeur surchauffée permet d‘avoir des durées de séchage plus courtes. Ce qui réduit le temps de séjour des boues d’épuration dans le sécheur et permet ainsi un encombrement moindre. Sur une superficie de seulement trois mètres de diamètre, l’appareil à lit fluidisé fonctionnant en continu permet de produire deux tonnes de produit peu poussiéreux et granuleux à l’heure, pour une teneur en matière sèche constante.
Les boues d’épuration avec 0,25 à 0,35 kgMS / kg – avant la phase collante – sont pour cela transformées en particules et séchées en douceur dans le lit fluidisé jusqu’à une humidité finale de 0,95 kgMS / kg. La fluidisation empêche l’agglomération des particules ou leur adhérence aux parois. La phase collante des boues n’a ainsi aucune influence sur le séchage.
L’eau contenue dans les boues d’épuration est transformée en vapeur de chauffage à un niveau énergétique élevé – le sécheur sert ainsi à produire de la vapeur ; le sousproduit obtenu étant des boues sèches. On économise ainsi des coûts d’élimination des boues d’épuration, tout en augmentant la proportion de phosphore dans celles-ci.
L’énergie s’économise ainsi d’ellemême
Le produit principal des vapeurs contient encore 95 % de l’énergie de séchage utilisée. D’où vient cette énergie ? Elle peut provenir de nombreuses sources dans la station d’épuration : en partie des centrales de cogénération, de la valorisation thermique d‘une partie du gaz de fermentation et de manière idéale de la combustion des boues sèches.
On produit ainsi moins de courant, ce qui peut d’abord être uniquement comparé aux avantages secondaires comme l’encombrement, l’absence d’émissions et les coûts réduits d‘élimination. L’avantage du séchage par évaporation est nettement plus important, quand les vapeurs issues du produit (150 °Celsius pour quatre bars) sont employées dans la station d‘épuration – il existe pour cela de nombreuses possibilités : la désintégration des boues en excès ou des déchets organiques, l’aération des bassins d‘activation, la concentration par évaporation des résidus liquides très pollués, le préséchage, le stripage à la vapeur, le chauffage urbain, etc.
Cette énergie est remise à disposition grâce à la condensation en cascade très efficace d’un ou de plusieurs consommateurs de chaleur, ce qui signifie une utilisation multiple et la réduction des rejets de CO2. De surcroît, certains de ces procédés peuvent augmenter de 30 % la quantité de gaz de digestion, tout en réduisant la quantité de boues. Les nouvelles installations peuvent être ainsi plus petites et les stations déjà existantes peuvent accroitre nettement leur capacité.
