La valorisation et le traitement des boues de STEP

La ville de Clichy fut la première à être dotée d’une station d’épuration en France. C’était à la fin du 19ème siècle. Aujourd’hui ces ouvrages, dont le nombre dépasse les 3 000 dans notre pays, font partie de notre environnement. Ils ont pour mission d’assainir, donc littéralement de rendre « saines », les eaux usées que nous rejetons dans nos activités domestiques et professionnelles.

La qualité d’une station d’épuration se mesure tout d’abord par son efficacité à épurer les eaux sales avant de rejeter une eau propre dans le milieu naturel (en rivière le plus souvent). Les stations d’épuration sont des acteurs fondamentaux de la préservation de notre environnement et de notre santé en limitant l’impact de nos rejets sur la qualité du milieu et de la ressource. Plus récente est la prise en compte de la capacité d’une station d’épuration à produire des boues de qualité. Aujourd’hui, la gestion de ce sous-produit de l’épuration est devenu un enjeu économique majeur des exploitants. Garantir l’innocuité, et la production de boues à fort intérêt agronomique, permet au gestionnaire de s’offrir de multiples voies de valorisation.

Ainsi, en «  nettoyant» l’eau, les stations d’épuration produisent des « boues ». Cette filière boue est l’autre visage peut-être moins connu de la station d’épuration.

Notion de floc

Les eaux résiduaires contiennent des matières en suspension, organiques ou non, qui se déposent dans le fond du bassin simplement par gravité. Ces dernières y sont raclées et évacuées formant ainsi les boues primaires. Mais cette épuration ne suffit malheureusement pas. En effet, les eaux résiduaires contiennent une part importante de matières organiques non décantables, composées de colloïdes caractérisés par leur faible taille et leur charge électronégative qui engendrent des forces de répulsion intercolloïdales. Ainsi, si le temps de décantation d'un gravier dans un mètre d'eau est de 1 seconde par la seule influence de son poids, on passe à 2 minutes pour le sable fin, à 2 heures pour l'argile, à 8 jours pour une bactérie, de 2 à 200 ans pour un colloïde. Pour déstabiliser cette suspension, il faut tout d’abord favoriser l'agglomération des colloïdes en diminuant leurs forces de répulsion électrostatique.

C’est la phase de coagulation. Elle s'obtient le plus souvent par l’addition dans l'eau d'un coagulant à base de sel de fer ou d’aluminium. La charge trivalente (Fe+++ ou Al+++) neutralise les charges électriques superficielles répulsives, et permet ainsi agglomération des colloïdes. L’agglomération par pontage des particules colloïdales ainsi « déchargées » constitue des micro-flocs. Ces derniers s’agrégent les uns aux autres pour constituer des flocons plus volumineux, jusqu’à devenir décantables par gravité. Le floc est ainsi constitué. Le grossissement de ce dernier peut être encore accéléré s'il est mis en contact avec des précipités déjà formés. C’est là qu’intervient la recirculation des boues préalablement décantées. Un brassage lent de l'ensemble augmente les chances de rencontre des particules colloïdales avec le floc.

Le traitement des boues

• Pourquoi traiter les boues ?

Les boues constituent donc le principal déchet d’épuration des eaux résiduaires. On y retrouve principalement les matières en suspension décantables et les boues biologiques en excès issues du traitement des eaux, comprenant dans leurs flocs la biomasse ainsi que les matières solides non dégradée. A ce stade, la plupart des boues sont très liquides (0.5 à 5 % de matières en suspension), et présentent un caractère fermentescible. Stockées en l’état, elles deviennent nauséabondes. Toutes les boues vont nécessiter un traitement quelles que soient les filières de valorisation ou de d’élimination envisagées.

Le choix des techniques se fera :

• en fonction de leur caractère organique ou minérale (teneur en matière organique), et de leur caractère plus ou moins hydrophile. Le caractère organique entraînera l’application d’un traitement de stabilisation, le caractère plus ou moins hydrophile conditionnera la plus ou moins grande difficulté à les déshydrater.

• en fonction de leur destination, encadrée par une réglementation environnementale de plus en plus stricte.

• Différentes techniques de traitement des boues

• La déshydratation

Le tableau ci-dessous présente des techniques conventionnelles de traitement de boues régulièrement rencontrées sur les installations d’épurations urbaines et industrielles.

Dans les procédés listés ci dessus, l’utilisation d’un floculant (polymère) permet d’accélérer la séparation eau / boues et donc d’améliorer le rendement des machines. Sachant qu’il existe différentes compositions de produit, le choix du floculant se fera en fonction de la nature des boues (minérale, organique, mixte) et du dispositif d’épaissement/déshydratation en place (résistance des flocs à la pression, au cisaillement…). La quantité de polymère utilisée peut être comprise entre 3 et 10 kg par tonne de matières sèches selon les procédés. Quelle que soit la technique de déshydratation utilisée, il est important de vérifier la qualité de l’eau issue de la séparation des phases solides et liquides, appelée généralement « filtrat ». Elle doit être peu chargée en matières en suspension (MES) afin d’éviter des retours de boues dans la filière eaux.

• La stabilisation

Souvent, chaulage et compostage se pratiquent sur des boues déjà stabilisées biologiquement en station d'épuration. Ils constituent en quelque sorte un traitement complémentaire de stabilisation. Toutefois, pour des boues primaires ou physico-chimiques, ce sont les uniques modes de stabilisation.

• L’hygiénisation

L’arrêté du 8 janvier 1998 sur l’épandage des boues d’épuration définit l’hygiénisation comme un « traitement qui réduit à un niveau non détectable les agents pathogènes présents dans la boue ». Une boue est considérée comme hygiénisée quand, à la suite d'un traitement, elle satisfait aux exigences définies dans le tableau ci-dessous.

Outre le suivi de ces paramètres lors de la caractérisation initiale avant épandage, l’efficacité des traitements d’hygiénisation est également appréciée par l’analyse des coliformes thermotolérants (indicateur). L’hygiénisation des boues ne s’impose que dans certains contextes d’utilisation agronomique sensibles (voir annexe II de l’arrêté du 8 janvier 1998). La plupart des boues épandues en France ne sont pas hygiénisées, la maîtrise du risque sanitaire reposant de façon satisfaisante sur l’application de règles de bonnes pratique

Outre le suivi de ces paramètres lors de la caractérisation initiale avant épandage, l’efficacité des traitements d’hygiénisation est également appréciée par l’analyse des coliformes thermotolérants (indicateur). L’hygiénisation des boues ne s’impose que dans certains contextes d’utilisation agronomique sensibles (voir annexe II de l’arrêté du 8 janvier 1998). La plupart des boues épandues en France ne sont pas hygiénisées, la maîtrise du risque sanitaire reposant de façon satisfaisante sur l’application de règles de bonnes pratique