Chapitre 1 Traitement Et Valorisation Des Boues Des Stations D'épuration - Copie [PDF]

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Chapitre I

 

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I.1. Introduction : Le traitement des eaux résiduaires est incomplet lorsqu’il n’inclut pas le traitement et la destination finale des boues. Les boues sortant du clarificateur du traitement biologique de la station d’épuration représentent un volume très important. Leur teneur en eau est importante et les matières organiques sont fermentescibles. L’eau doit donc être éliminée pour réduire le volume des boues, et les boues doivent être conditionnées afin d’être rendues non fermentescibles. Pour ces raisons, les boues passent par une série d’opérations entre la sortie du traitement biologique et leur mise en décharge ou leur élimination définitive par destruction ou valorisation finale : épaississement, conditionnement, déshydratation et élimination. La notion de déchet est subjective. Un déchet est un résidu que les hommes jugent inutile dans un contexte donné. Les déchets organiques sont des éléments du cycle de la vie, parmi on trouve les boues. La diversification des techniques de traitement des boues amène parfois à des choix complexes. Chaque mode de traitement présente des avantages et des inconvénients et il n’existe pas de panacée. Il faut déterminer le mode de traitement le plus adapté au contexte socio – économique local. L’acceptabilité sociale des installations de traitement des boues est médiocre. Leur proximité est considérée comme une atteinte importante à la qualité de la vie. L’accumulation de boues provoque des inquiétudes pour la santé et l’environnement. L’ensemble des interrogations liées à la problématique de la gestion durable des boues peut être structuré autour de quatre axes que nous appellerons quatre entrées problématiques et qui seront communes aux aspects gestion des boues et assainissement des eaux usées. Ces entrées problématiques sont liées aux aspects suivants : • Technico – économique, environnementales et sanitaire ; • sociologique, anthropologique, culturelle, spatiale et territoriale ; • institutionnelle et juridique.

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I.2.Origines des boues résiduaires urbaines : L’homme, par son activité quotidienne, génère une grande quantité d’eau usée. Ces effluents, qui peuvent être d’origine urbaine ou industrielle, doivent être traités pour minimiser lerisque sanitaire et l’impact sur les milieux récepteurs. Ces traitements sont effectués dans des stations d’épuration. Ils génèrent plusieurs coproduits, dont les boues résiduaires. On distingue habituellement les boues industrielles, qui proviennent de l’activité productive des usines, des boues urbaines, qui proviennent du traitement des eaux résiduaires domestiques et éventuellement des eaux pluviales. Le procédé de traitement des eaux usées par boues activées reprend de façon industrielle l’effet « auto-épurateur » des rivières. Ce procédé, qui consiste à mettre en contact dans un réacteur biologique aéré les eaux chargées d’éléments polluants avec des flocs de micro-organismes en suspension, est actuellement le plus utilisé pour l’épuration des eaux usées urbaines. Les boues des eaux résiduaires urbaines sont composées de très nombreux éléments à tel point qu’il est impossible d’en faire une liste exhaustive. C’est un mélange hétérogène de microorganismes, de fibres, de particules colloïdales et non colloïdales, d’éléments métalliques, de polymères organiques et de divers autres constituants dont la composition peut varier considérablement selon l’origine de la boue, la saison et bien d’autres paramètres encore (Arlabosse et al.,2012).

I.3.les différents types de boues résiduaires urbaines : Il n’existe pas de classification unique et standard pour caractériser une boue de station d’épuration. Néanmoins, les boues d’origine urbaine sont souvent classées selon la nature du traitement qu’elles ont subi en station d’épuration (Chavez, S et al., 2004) Il n’existe pas de classification unique et standard pour caractériser une boue de station d’épuration. Néanmoins, les boues d’origine urbaine soient souvent classées selon la nature du traitement qu’elles ont subi en station d’épuration. Les cinq catégories de boues sont : - les boues primaires qui proviennent d’opérations de traitement des effluents se limitant à une séparation liquide-solide telle que la décantation ou encore la flottation ; - les boues primaires physico-chimiques qui sont des boues primaires qui ont subi un traitement supplémentaire de coagulation et/ou de floculation ; - les boues secondaires ou boues biologiques qui ont subi un traitement biologique visant la dégradation de la matière organique, du phosphore et de l’azote contenus dans celles-ci ; - les boues tertiaires qui sont des boues ayant subi un traitement tel que la désinfection ou la déphosphatation qui visent à affiner l’épuration de façon à répondre à un critère de qualité ; - les boues mixtes qui correspondent à un mélange de boues primaires et secondaires (Chavez, S., 2004).

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Fig I.1: Types des boues selon procédé d’épuration (adème., 2001)

La boue peut avoir les états suivants : • Liquide concentrée MS 4-10 % • Pâteuse ou plastique MS 15-25 % • Solide MS 25-50 % • Granulée ou pulvérulente MS >85 % (Domke K., 1997).

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I.3.1. Etat physique d’une boue : Une boue peut se présenter sous une forme liquide, solide ou sous une forme intermédiaire que l’on désignera par « pâteuse ». Van Damme et al, définissent ces milieux comme des suspensions très concentrées ou des assemblages de grains, saturés de liquide, en présence ou pas d’interactions physico-chimiques. Une des principales caractéristiques physiques d’une suspension est la concentration volumique en particules solides􀟶s définie par (Megally, A., 2005): Faible charge Le traitement des boues est assuré par Épaississement gravitaire + Lits de séchage Alimentation en eau usée : arrivée des eaux usées est (gravitaire + par refoulement) jusqu’à la station Rejet des eaux après traite Le rejet est versé dans l’oued M’zi par une canalisation de rejet depuis la sortie de la station d’épuration (STEP Laghouat).

Φs

= Vs/Vt …………………………..(II.1)

Où :

Vs : correspond au volume des particules solides Vt : volume total de la suspension. Coussot et Ancey définissent deux catégories de suspensions en fonction de cette réaction volumique solide Φ s (Ancey , C., Coussot, P., 1999): Les suspensions molles pour lesquelles la fraction volumique solide Φ s est inférieure à une fraction volumique solide critique volumique en solide

Φ

c, les suspensions dures pour lesquelles la fraction

Φ s est supérieure à la fraction volumique solide critique Φc et inférieure à

la concentration d’entassement maximal,

Φcm

et dans lesquelles il existe un réseau de particules

en contact donnant une structure à la suspension. On parle aussi de suspensions granulaires pour décrire ces milieux. D’après Coussot, dans les pâtes, le fluide serait bloqué dans la structure. Elles feraient donc partie des suspensions dures. Les pâtes peuvent néanmoins devenir liquides, lorsqu’une énergie suffisante est fournie, et restent (ou redeviennent) solides si l'énergie fournie est trop faible. Les pâtes sont donc caractérisées par leur capacité à transiter d’un état solide à l’état liquide et de l’état liquide à l’état solide. La compréhension du comportement des milieux pâteux fait appel à la description d’un certain nombre de phénomènes et d’interactions physiques complexes entre les particules solides et le fluide. Ceci rend l’étude du comportement de ces matériaux très difficile.

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Il paraît difficile d’accéder aux trois fractions volumiques mentionnées ci-dessus pour des matériaux comme les boues de station d’épuration, qui sont composées de particules de natures, de formes et de tailles différentes. D’ailleurs, une boue de station d’épuration est plutôt caractérisée par sa fraction massique en matière sèche, également appelée siccité (S). Ce terme, défini par l’équation 2, correspond au ratio entre la masse de matière sèche (m MS) et la masse de matière humide mt. La matière sèche est réputée non volatile et est déterminée par séchage en étuve à 105 °C jusqu’à l’obtention d’une masse constante. La notion de teneur en eau X est aussi utilisée. Elle fait référence au ratio de la masse d’eau contenue dans le matériau meau et de la masse de matière sèche m MS. X est définie par l’Equation3.

Il est difficile de définir les limites entre les différents états liquide, pâteux et solide. Ruiz et al, ont appliqué une approche utilisée en mécanique des sols, connue sous le nom de limites d’Atterberg, Pour caractériser la consistance d’une boue de station d’épuration. Les auteurs déterminent ainsi la limite de liquidité, en dessous de laquelle le matériau offre une résistance au Cisaillement nulle, et la limite de plasticité. En dessous de la limite de plasticité, le matériau subit des déformations importantes dès qu’un effort est appliqué. Au-dessus de cette limite, l’application d’un effort n’entraîne que de faibles déformations et le matériau se comporte comme un solide. Les valeurs des seuils de liquidité et de plasticité dépendent de la boue, comme on peut le voir dans le Tableau 1.

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Chapitre I BOUE A B C

 

Traitement et Valorisation des Boues des station d’épurations MO/MS 38 59 75

SL (%) 21 29 16

SP (%) 38 50 42

XL (Kg/kg) 3.83 2.40 5.38

XP (Kg/Kg) 1.64 1.00 1.37

Tab I.1: limite de plasticité.

I.3.2. Texture granulométrique des boues : Les boues ont une distribution granulométrique relativement large.(Karr et Keinath., 1978) ont mesuré la taille des particules présentes dans les boues et les classent dans cinq catégories : la matière dissoute (100 μm) et les particules "rigides" qui décantent (>100 μm). Ils observent, alors, que les boues primaires ont la plus grande concentration en particules rigides, et la plus faible concentration en particules déformables. C'est le contraire pour les boues secondaires qui possèdent, aussi, les plus faibles concentrations en matières dissoutes et en colloïdes. Les boues digérées en anaérobie possèdent, quant à elles, les plus fortes concentrations en matières dissoutes, en colloïdes et en particules supracolloïdales. Chaque boue est unique. Sa composition dépend d’un grand nombre de facteurs tels que la nature de l’effluent, le type de traitement (élimination de l’azote, du phosphore), les paramètres de fonctionnement de la STEP (temps de séjour, aération, adjuvants chimiques éventuellement ajoutés lors du traitement de l’eau). Par ailleurs, les boues, à l’entrée de l’étape de déshydratation, sont habituellement conditionnées. Lors de l’utilisation d’un filtre à bandes, un polymère cationique organique est généralement utilisé. Des flocs de grandes tailles sont alors créés par agglomération des petits flocs bactériens issus de la biofloculation. Ces gros flocs sont donc constitués d’une multitude de longues chaînes de polymères qui rendent les boues particulièrement compressibles et qui piègent une partie de l’eau.

I.4. Composition des boues résiduaires : La composition exacte des boues varie en fonction de l'origine des eaux usées, de la période de l'année et du type de traitement et de conditionnement pratiqué dans la station d'épuration (Werther et Ogada., 1999 ; Jarde et al., 2003 ; Singh et al., 2004). Les boues résiduaires représentent avant tout une matière première composée de différents éléments (matière organique, éléments fertilisants (N et P …), d’éléments traces métalliques, d’éléments traces organiques et d’agents pathogènes).

I.4.1. Matière organique :

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La concentration en matière organique peut varier de 30 à 80 %. La matière organique des boues est constituée de matières particulaires éliminées par gravité dans les boues primaires, des lipides (6 à 19 % de la matière organique), des polysaccharides, des protéines et des acides aminés (jusqu’à 33 % de la matière organique), de la lignine, ainsi que des produits de métabolisation et des corps microbiens résultant des traitements biologiques (digestion, stabilisation) (Kakii et al., 1986 ; Inoue et al., 1996 ; Ademe., 2001 ; Jarde et al., 2003).

I.4.2.Contaminants chimiques inorganiques et organiques : La notion de trace est à distinguer pour les micro-éléments qui caractérisent un élément dont la concentration moyenne est inférieure à 100 mg/kg de matière sèche.

I.4.3. Eléments traces métalliques (ETM) : On parle d'éléments traces lorsque la teneur d'un élément dans la croûte terrestre est inférieure à un pour mille. Cette notion est à distinguer de celle de micro-élément qui caractérise un élément dont la concentration moyenne dans les organismes vivants est inférieure à 100 mg/kg de matière sèche. Ainsi, certains éléments majeurs vis-à-vis de la croûte terrestre se comportent comme des micro-éléments vis-à-vis des êtres vivants (ex : fer, manganèse) (Ademe, 1995). Les ETM (également dénommés éléments traces minéraux) regroupent donc : - des oligoéléments (métaux ou non) indispensables à faibles doses aux organismes vivants : cuivre (Cu), zinc (Zn), bore (B), manganèse (Mn), fer (Fe), nickel (Ni), vanadium (V), molybdène (Mo), chrome (Cr), étain (Sn), arsenic (As)… - des métaux lourds pour lesquels n’a pas été identifié de rôle positif pour l’activité biologique : le mercure (Hg), le plomb (Pb) et le cadmium (Cd).

I.4.4. Composés traces organiques (CTO) : Les Composés Traces Organiques sont des composés organiques présents en très faibles quantités mais qui présentent un risque écotoxicologique important (Martin et al., 2012a) Ils sont aussi appelés xénobiotiques, micropolluants organiques ou encore polluants organiques persistants (POP). Les CTO regroupent différentes familles de composés tels que les HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques), les PCB (polychlorobiphényles), les pesticides, les dioxines, les furanes, les dérivés de détergents, plastifiants, hormones naturelles et synthétiques, etc., mais aussi les résidus de médicaments autrement appelés composés pharmaceutiques. En plus des pesticides, les résidus de médicaments et de substances pharmaceutiques sont de plus en plus étudiés (Hirsch et al., 1998). Ils sont considères comme des polluants émergents, résidus d’utilisation de produits chimiques présents dans l’environnement, non encore

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réglementes, mais sur lesquels l’attention scientifique et publique se focalisent (Petrovic et al., 2003).

I.4.5. Les micro-organismes pathogènes : Les boues contiennent des milliards de microorganismes vivants qui jouent un rôle essentiel dans les processus d'épuration. Seul une infime partie est pathogène (virus, bactéries, protozoaires, champignons, helminthes, etc.) et provient en majorité des excréments humains ou animaux (Sahlström et al., 2004). La concentration d'une eau usée en germes pathogènes dépend du secteur d'activité d’origine: les eaux provenant d'abattoirs ou de toute industrie traitant de produits d'animaux sont très largement contaminées (Ecrin, 2000). Ainsi, par mesure de précaution, et afin d’éviter de propager la maladie de la vache folle, il est interdit d'utiliser les boues d'épuration provenant des eaux usées des abattoirs ou des équarrissages pour fabriquer de la fumure ou du compost. D’une façon générale, les boues doivent subir un prétraitement avant leur utilisation en agriculture (Garrec et al., 2003). Il existe trois principaux types de contamination des boues d’épuration : les Microorganismes pathogènes, les ETM et les CTO dont font parties les micropolluants organiques persistants. Les microorganismes détectés dans les boues de STEP proviennent généralement des procédés de traitement biologique des eaux usées. La majorité d’entre eux ne présentent pas de risquespathogènes pour l’homme ou les animaux. Ces organismes sont dits saprophytes, c’est-àdire qu’ils vivent aux dépens de la matière organique en décomposition. Les microorganismes pathogènes présents dans les boues d’épuration sont peu nombreux. Ils sont de cinq types : virus, bactéries, protozoaires, helminthes et champignons (Feix et Wiart., 1998). La concentration en microorganismes des boues provient de la séparation eaux/boues grâce à la capacité de ceux-ci à s’adsorber sur la matière particulaire ou à décanter. Des traitements sont réalisés pour réduire la charge en organismes pathogènes. Il semble que les facteurs les plus efficaces soient la température et le couple température/temps. L’efficacité d’un traitement sur les germes pathogènes est mesurée par le taux de réduction de la contamination lors du traitement mais aussi par la capacité de re-croissance ultérieure des populations pathogènes (Feix et Wiart, 1998).

I.5.Techniques de traitement des boues : Jusqu’à une période récente, l’impact d’une usine de traitement des eaux résiduaires était surtout défini par la qualité de l’eau rejetée en fin de filière. Le débat revêt aujourd’hui une autre

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dimension, avec la prise de conscience qu’il est également nécessaire d’améliorer le traitement des boues issues de la dépollution. Il est devenu impératif de les évacuer dans les conditions les plus respectueuses pour l’environnement, afin de ne pas remettre en question l’effort consenti en matière d’épuration. Autrement dit, de ne pas risquer d’effectuer un simple transfert de pollution dans le milieu naturel. Dans les années à venir, la quantité de boues produites par les usines de traitement des eaux résiduaires connaîtra une importante augmentation, tandis que les voies de valorisation ou de stockage sont plus restreintes. Le traitement des boues est défini comme l’ensemble des opérations visant à modifier les caractéristiques des boues en excès afin de rendre leur destination finale fiable et sans nuisance (Noble C., 1997). Généralement, le traitement des boues a deux objectifs : La stabilisation : pour empêcher ou réduire les problèmes de fermentation et d’éviter ainsi les nuisances olfactives. La stabilisation peut être biologique par voie aérobie (compostage) ou anaérobie (méthanisation) ou chimique (chaulage ou autres traitements) (Office International de l'Eau, 2001). La stabilisation biologique présente l’avantage de limiter l’évolution ultérieure de la composition des boues. La déshydratation : c’est la déconcentration des boues qui a pour objectif de réduire leur volume (plus de 97 % d'eau) par épaississement et/ou par déshydratation pour faciliter par la suite leur transport et leur stockage. Un conditionnement est souvent utilisé en amont pour favoriser la séparation liquide solide à l’aide des floculants organiques de synthèse ou minéraux, et autoclavage. Selon la puissance du procédé de séchage utilisé : épaississement, déshydratation ou séchage thermique, on obtient des boues à différents pourcentages de siccité : Boues liquides (4 à 10 %), Boues pâteuses (10 à 25), Boues solides (25 à 50 %), Boues granulées ou en poudre pour une siccité supérieure à 85 % (Ademe, 1996). L’eau dans les boues : L’eau est le composé majeur commun à toutes les boues, dont la teneur varie au cours des différentes phases du traitement. D’un point de vue physico-chimique, toute l’eau contenue dans les boues n’a pas les mêmes propriétés. En effet, l’eau interagit avec la matière qui l’entoure, et l’on distingue ainsi différentes classes d’eau en fonction de ces interactions. Leur définition a fait l’objet de nombreuses recherches (Vesilind, 1994 ; Colin et Gazbar, 1995 ; Smith et Vesilind, 1995 ; Wu et al, 1998 ; Vaxelaire, 2001 ; Yen et Lee, 2001). D’une manière générale, tous s’accordent pour distinguer l’eau « libre » de l’eau non-libre encore appelée eau

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«

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liée ». Plusieurs méthodes ont été proposées pour différencier l’eau libre et non-libre dans les boues (dilatométrie, calorimétrie à balayage différentielle, …). Les résultats obtenus montrent que la notion d’eau liée et les teneurs mesurées sont étroitement dépendantes de la technique employée (Dieudé- Fauvel, 2007 et Raynaud, 2010). Vesilind (1994) propose une classification plus détaillée des différents types d’eau présents dans les boues : a) Eau libre : c'est la part de l'eau la plus importante dans une boue liquide et est non associée aux particules solides en suspension. Elle peut être éliminée par drainage, épaississement ou déshydratation mécanique. b) Eau interstitielle : elle est emprisonnée dans les fissures et espaces interstitiels. Elle peut également être retenue dans les flocs, voire dans les structures de cellules microbiennes, et devenir libre si ils sont détruits (par une énergie mécanique suffisante). L’effet des surfaces solides n’est pas clair, mais les résultats suggèrent qu’une partie de cette eau ne se comporte pas physiquement comme de l’eau libre. Elle est également qualifiée par d’autres auteurs d’eau liée mécaniquement. c) Eau vicinale : il s’agit de plusieurs couches de molécules d’eau liées à la surface des particules solides par des ponts hydrogène (ou présentes dans les cellules). Ces forces agiraient sur courte distance, mais seraient très intenses près de la surface, engendrant l’apparence de molécules très structurées. Contrairement à l’eau interstitielle qui est libre de bouger lorsque le confinement physique est éliminé, l’eau vicinale (encore appelée eau liée physiquement) continue d’adhérer à la surface. d) Eau d’hydratation : elle est liée chimiquement aux particules et éliminée uniquement par des dépenses (fortes) d’énergie thermique.

I.5.1. L’épaississement des boues : La réduction de masse et de volume permet de limiter la taille de certains équipements et le coût d’évacuation. Quelle que soit la destination finale des boues, il est impératif de réduire leur volume, autrement dit leur teneur en eau. Cela permet de diminuer les coûts de transport et de stockage, d’augmenter le pouvoir calorifique en cas d’incinération, ou d’atteindre une siccité d’au moins 30% en cas de stockage en décharge. L’épaississement est la première étape du traitement. Par de concentration, il réduit le volume à transférer sur la filière et permet d’obtenir une boue dont la concentration varie de 15 à 100 g/l. elle peut donc être pompée. L’épaississement peut être statique ou dynamique.

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FigI.3 : Différentes filières de traitement des boues (Sahnoun,2016)

I.5.1.1 L’épaississement statique gravitaire : Il s’effectue par décantation dans une cuve cylindrique à fond conique, sous la seule action de la pesanteur. La boue épaissie est évacuée par le bas.

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Figure I.4 : Schéma de principe de fonctionnement d’un épaississeur gravitaire (JosephP.,2002). a) Composantes, b) exploitation.

I.5.1.2. L’épaississement dynamique : Il est réalisé sous l’action de forces mécaniques, et s’effectue selon différents principes. • Par flottation : De fines bulles d’air permettent à la boue de remonter en surface, par captation. ce procédé est principalement réservé aux boues biologiques de faible densité. • Par égouttage : La boue floculée est épaissie par égouttage sur une toile filtrante. • Par centrifugation : La boue floculée est épaissie sous l’effet de la force centrifuge (Noble C.,1997).

I.5.2. La déshydratation des boues : Les boues contiennent de nombreux composés qui peuvent se regrouper en trois catégories: • Matières en suspension : Ce sont en général des particules de grande taille (supérieur à un micron). L’origine est soit minérale (sable, limons, argiles…) soit organique provenant de la décomposition des matières végétales ou animales. A ces composés s’ajoutent les microorganismes tels que bactéries, algues, plancton et virus. • Matières colloïdales : Ce sont des matières en suspension de même origine que les précédentes mais de plus petite taille (moins d’un micron). Ces particules présentent une décantation très lente et sont généralement génératrices de couleur. • Matières dissoutes : De très petites tailles (quelques centaines de nanomètres). Ce sont des cations ou des anions avec une partie de la matière organique. Les matières en suspension sont facilement séparable de l’eau qui les entoure. Le cas des matières colloïdales est plus complexe puisqu’elles sont difficiles à décanter naturellement, d’où la

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nécessité d’avoir recours à d’autres techniques pour les séparer de l’eau. La technique la plus classique étant la floculation par ajout de polymères qui aident l’agglomération des boues (Chen, Yue et al., 2002). La déshydratation constitue la seconde étape de réduction du volume des boues en effectuant une élimination plus ou moins poussée de leur humidité résiduelle de façon à les amener à l’état solide (30 à 40 % de matières sèches). On peut avoir recours à une déshydratation par drainage, filtration, centrifugation et séchage thermique. Un ajout de chaux permet d’augmente la déshydratation (10 % de matières sèches) (Plagellat C., 2004). Il existe deux grandes familles de techniques :

I.5.2.1. La déshydratation par filtration : Il existe deux techniques : • Sur filtre à bande : La technique de filtration par bandes presseuses est depuis une trentaine d’années, de très loin la plus utilisée. Le filtre à bandes reçoit la boue entre deux toiles filtrantes et est comprimée au moyen de cylindres dont l’écartement diminue progressivement (Figure 5). Les boues passent ainsi d’un état liquide à un état plastique ou solide ; il y a formation d’une pâte appelée gâteau.

Fig I.5 : Déshydratation mécanique par filtre à bandes (Joseph P.,2002).

• Le filtre presse : Ce procédé s’applique à la quasi-totalité des boues issues de l’épuration d’effluents urbains ou mixtes ainsi qu’à des nombreuses suspensions boueuses directement issues

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d’un processus industriel, tout en permettant un gain de siccité de 10 à 20 points par rapport aux autres techniques. La filtration est provoquée par la compression des plateaux au moyen d’un vérin hydraulique, ce qui explique le fonctionnement discontinu du système (McDonald, Parlinet al., 1994).

Fig I.6 : Principe de filtre presse.

I.5.2.2. La centrifugation : La machine est constituée de deux pièces maîtresses : le bol et la vis. La vis adopte la forme cylindro-conique du bol et lui est concentrique. Les deux pièces sont mises en rotation par des systèmes d’entraînement afin d’augmenter la vitesse de décantation des particules (loi de Stokes). La suspension boueuse est distribuée à l’intérieur du bol, les solides sont évacués à l’extrémité de la partie conique, tandis que les liquides débordent à l’autre extrémité. Ces appareils présentent l’avantage d’être continus et se prêtent facilement à l’automatisation complète et au fonctionnement en l’absence du personnel.

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Fig I.7 : Coupe longitudinale d’une centrifugeuse à axe horizontal.

1) Tube d'alimentation 2) Bol cylindro-conique 3) Vis de convoyage 4) Carter sédiments 5) Réducteur 6) Limiteur de couple 7) Amortisseur 8) Sortie sédiments 9) Bâti monobloc 10) Distributeur 11) Carter effluent 12) Plaquettes de réglage du niveau hydraulique interne La suspension à traiter (boues floculées) est introduite par la tubulure fixe (1) dans un distributeur tournant (10) qui la répartit vers la périphérie. Sous la force centrifuge les particules lourdes décantent et se déposent contre la paroi intérieure du bol (2). Elles sont raclées par la vis convoyeuse (3) et acheminées en continu vers le cône. La vis tourne à une vitesse différentielle grâce à un réducteur (5). Les sédiments compactés dans le cône (boues déshydratées) sont évacués par des orifices (8). L’alimentation continue pousse le liquide qui s'évacue par le carter effluent (11). Ce liquide, généralement appelé centrât, sort par des déversoirs (12) constitués par des plaquettes de niveau réglable

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I.6. Le séchage : Le séchage se positionne comme un procédé intermédiaire, qui préserve l’ensemble des possibilités d’élimination ou de valorisation dans les principales filières actuelles. Le séchage a pour but d’éliminer par évaporation ou vaporisation l’eau imprégnant les boues. Si l’eau libre, faiblement absorbée, s’élimine par déshydratation mécanique, l’eau liée, chimiquement attachée par des liaisons aux bactéries ou aux autres particules, ne peut être éliminée que par un procédé de séchage.

I.6.1. Le lit de séchage : Est constitué de graviers recouverts d’une couche de sable et drainés, sur lesquels une trentaine de centimètres de boues liquides sont épandus. Sous l’effet de l’évaporation et de l’infiltration, la boue s’épaissit et devient pelle-table.

Fig I.8 : Schéma d’un lit de séchage.

I.6.2. Le séchage thermique des boues : Ces procédés reposent tous sur le principe d’un apport énergétique pour fournir l’énergie nécessaire à l’évaporation de l’eau. L’apport d’énergie s’effectue de trois manières différentes selon la technologie du sécheur retenue. Les technologies de séchage thermique se divisent en trois catégories : - les sécheurs directs (ou séchage convectif) dans lesquels les boues entrent en contact direct avec une source de chaleur telle que l’air chaud ou la vapeur surchauffée ; - les sécheurs indirects (ou séchage par conduction ou rayonnement) dans lesquels l'énergie nécessaire au séchage des boues est amenée par l'intermédiaire d'une paroi chauffée par un fluide caloporteur et sur laquelle reposent les boues ;

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- les sécheurs mixtes utilisant à la fois les propriétés des sécheurs direct et indirect ; la paroi est chauffée et l’air chaud permet d’évaporer la vapeur d’eau issue des boues.

I.6.2.1. Les sécheurs directs : Les différents sécheurs directs se distinguent par la manière dont l'agent séchant est mis en contact avec les boues. La technologie a l'avantage d'être simple. a) Le sécheur rotatif (ou à tambour) Le sécheur rotatif est constitué d’un long cylindre rotatif horizontal, ou légèrement incliné pour faciliter le déplacement du solide (1 à 2,5 m de diamètre et ~10m de longueur). Ce cylindre est précédé d’une chambre de combustion permettant de préchauffer l’air de la boucle thermique. Le séchage s’effectue par une circulation d’air chaud dans le même sens ou en sens inverse des boues.

Fig I.9 : Sécheur rotatif.

b) Le sécheur flash : Le matériau à sécher est transporté jusqu’à l’entrée du sécheur où il est dispersé dans le réacteur par un injecteur. Le courant d’air chaud transporte ensuite les particules avant que le produit sec soit séparé des buées. La forme la plus simple de ce type de sécheur est un tube vertical dans lequel les boues granulées sont séchées en étant maintenues en suspension dans l'air chaud.

Fig I.10 : Sécheur flash.

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I.6.2.2 . Les sécheurs indirects : Le séchage s’effectue principalement par conduction ou par rayonnement selon les positions relatives du matériau à sécher et des surfaces chaudes.

a) Les sécheurs rotatifs Ils sont constitués d’une enveloppe cylindrique fixe, souvent chauffée, dans laquelle tournent un ou plusieurs rotors. Ces derniers comportent des unités creuses de malaxage, dans lesquels circule de la vapeur sous pression ou une huile chaude. Le rotor est muni en surface d’ailettes ou de palettes assurant le transfert de chaleur vers les boues. L’axe du cylindre est légèrement incliné par rapport à l’horizontal pour faciliter l’avancée des boues.

Fig I.11 : Sécheur rotatif.

b) Le sécheur à palettes : Les sécheurs à palettes disposent d’une double enveloppe extérieure immobile et d’un ou plusieurs rotors sur lesquels sont fixées les palettes. Le fluide caloporteur (huile thermique ou vapeur surchauffée) circule dans la double enveloppe, les rotors et les palettes. Il existe également des sécheurs à disques, conçus de la même façon que les sécheurs à palettes, mais des disques assurent le malaxage des boues.

Fig I.12 : Sécheur à palettes.

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I.7. L’utilisation des réactifs : La déshydratation nécessite presque toujours l’apport de polymère ou autres réactifs (sels de fer et chaux) pour améliorer le rendement de capture et de la siccité (Noble C., 1997).

I.7.1. La Digestion des boues : La stabilisation consiste à réduire le volume, le pouvoir fermentescible des boues (odeur) issues de l’épuration biologique, mais aussi à les pasteuriser afin d’éliminer les germes bactériens pour pouvoir les valoriser. Cette étape de traitement produit aussi des gaz utilisables pour fournir de l’énergie. •Par stabilisation aérobie : Les boues sont aérées afin de permettre aux micro-organismes aérobies de dégrader les matières organiques. Le taux de réduction des matières organiques varie entre 20 et 35 % et est fonction de la durée de stabilisation, de la charge volumique, de la température et de la nature de la boue. La digestion aérobie peut se faire dans le bassin d’aération dans le cas de l’épuration par « aération prolongée» ou dans un bassin aménagé. •Par digestion anaérobie : Elle s’effectue par fermentation méthanique dans des cuves fermées (appelé digesteur) et permet d’atteindre des taux de réduction de matières organiques de 30 à 50 %. Elle s’effectue en deux phases : une phase de liquéfaction pendant laquelle les enzymes extra et intracellulaire sécrétées par les bactéries dégradent les matières organiques en molécules plus simples (acides aminés, acides gras et acides volatils) et une phase de gazéification pendant laquelle les acides volatils sont consommés par d’autres organismes et transformés en eau, gaz carbonique et méthane. La digestion peut être effectuée dans un digesteur unique pour les petites charges ou dans un digesteur à deux phases (ou étages) avec une première cuve pour la digestion proprement dite et une deuxième cuve pour l’épaississement (Plagellat C.,2004).

I.7.2. L’oxydation thermique : L’oxydation thermique est la filière qui répond le mieux aux critères de réduction de volume et d’hygiénisation. La boue est complètement minéralisé et les germes pathogènes détruits. Il existe deux types d’oxydations • En phase gazeuse : incinération et co-incinération. • En phase liquide : oxydation par voie humide (OVH).

I.7.3. L’incinération dans un four spécifique : Le principal avantage de l’incinération est la très nette réduction du volume des boues, puisqu’il ne reste au final que des cendres (matière minérale). Ce volume de cendres représente 5 à 15% du volume des boues déshydratées mécaniquement. La combustion génère par ailleurs des fumées qui contiennent, dans le cas des boues, des poussières et des gaz toxiques qu’il faut éliminer par des procédés d’épuration annexes. Les

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risques d’émissions toxiques dans l’atmosphère entraînent également des réticences au niveau des municipalités. Le PCI est la limite à partir de laquelle une boue devient auto-combustible, c’est-àdire la limite à partir de laquelle il n’est plus nécessaire d’ajouter un combustible (ou de la chaleur) pour la brûler.

I.7.4. La Co-incinération avec les ordures ménagères : L’opération s’effectue, soit par pulvérisation d’une boue à 25 % de siccité directement dans le four d’ordures ménagères, soit par mélange d’une boue séchée (60 à 98 % de siccité) avec les déchets ménagers. Cette technique nécessite la présence d’un four adapté à la coincinération (investissement important). De plus, le flux de boues ne peut pas dépasser un certain pourcentage du flux total des déchets à incinérer (10% à 20%). Les boues peuvent être utilisées de deux manières : • Comme fluide de refroidissement si la siccité n’excède pas 30%. Ceci permet de contrôler la température du four et permet, ainsi, d’éviter une injection d’air supplémentaire (OTV, 1997) ; • Comme déchet supplémentaire. Dans ce cas, pour un fonctionnement optimal du four, le PCI des boues doit être proche de celui des ordures ménagères. Les boues doivent donc avoir une siccité de 60 à 65%. Un séchage préalable est alors indispensable.

I.7.5. Désinfection des boues : I.7.5.1. Pasteurisation des boues : La pasteurisation consiste à maintenir les boues par injection de vapeur à une température, de l’ordre de 80 °C durant une demi-heure environ, les boues sont ainsi désinfectées mais non stérilisées, mais cela est suffisant pour leur utilisation agricole, par contre la stabilisation n’est pas parfaite et les risques de fermentation existent, les virus sont aussi éliminés par ce procédé (Boutin, 1982).

I.7.5.2. Traitement à la chaux : La chaux est un hydroxyde de métal bivalent, elle a des propriétés floculantes pour les boues, mais en outre, elle permet une désinfection de celle-ci pour un pH de 11 environ. L’intérêt de cette stabilisation réside dans le fait que l’on apporte au moment de l’épandage un appoint en calcium qui peut être bénéfique pour la culture. L’inconvénient majeur est le coût de ce traitement, il faut en effet environ 100 g de CaO par Kg de matière sèche, pour diminuer les frais, on ajoute souvent du chlorure ferrique qui améliore la floculation des boues et par conséquent, leur aptitude à la décantation ou à la filtration (Webb L.J., 1984).

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I.8. Choix du mode de traitement des boues : Valorisation agricole ou oxydation thermique : la destination finale choisie, il reste à déterminer le type de filière à mettre en place pour obtenir une boue dont les caractéristiques (niveau de siccité, stabilisation) correspondent parfaitement aux besoins. La définition de cette filière dépend d’un certain nombre de critère qui intègrent des considérations techniques et économiques. • Le niveau de siccité souhaité. • Le degré de stabilisation recherché. • La nature de la boue à traiter. • Les coûts d’investissement. • Les coûts d’exploitation. En fonction du contexte, la solution la plus satisfaisante peut être recherchée parmi plusieurs filières de traitement combinant différentes techniques (Noble C., 1997). Les boues résiduaires en excès sont, au moment de leur extraction du système d’épuration des eaux, un produit : • Peu concentré donc occupant un grand volume. • Fermentescible du fait de la forte teneur en matières organiques. • Qu’il est nécessaire d’extraire régulièrement de la plupart des types de stations d’épuration. Opération Stabilisation Concentration Stockage Homogénéisation Conditionnement Déshydratation

but Limiter les évolutions ultérieures s’accompagnant de nuisances Eliminer une partie de l’eau interstitielle afin d’éviter sont transport Assurer une capacité tampon harmonisant les besoins d’extraction et les possibilités d’évacuation à l’extérieur Donner au destinataire finale un produit connu et relativement constant Modifier les caractéristiques de la boue afin de faciliter la séparation des phases solides et liquides Augmenter la siccité afin de rendre le produit solide ou pâteux Tab I.2: Les traitements des boues (Roula S., 2002).

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I.8.1. Choix du mode de valorisation :

Fig I.13 : Critères influençant sur le choix de la destination finale des boues.

La technique d’élimination finale des boues d’épuration doit être adaptée à la quantité de boues produites et par conséquent à la taille de la station d’épuration et doit respecter la réglementation imposée pour éviter toute pollution du sol ou d’air. Il y a deux types de valorisations principales : Valorisation agricole et valorisation thermique. Dans tous les cas, il s’agit de procédés dégradant tout ou partie de la matière organique des boues. Ces techniques s’appliquent donc préférentiellement aux boues riches en matières organiques. La définition de cette filière dépend d’un certain nombre de critères qui intègrent des considérations techniques et économiques. • Le niveau de siccité souhaitée • Le degré de stabilisation recherchée • La nature de la boue à traiter • Les coûts d’investissements • Les coûts d’exploitation

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Pour atteindre ces objectifs, un certain nombre d’opérations peuvent être mises en place. L’enchaînement de toutes ces étapes, ou la combinaison d’une partie d’entre elles, dépend de la destination finale des boues, des moyens engagés et des volumes à traiter. • L’épaississement: Permet de concentrer les boues liquides de 3 à 10 fois (de quelques g/l à quelques dizaines de g/l). La siccité obtenue varie de 1 à 10%. • La déshydratation : Permet de poursuivre l’opération d’épaississement en donnant à la boue une consistance plus solide (état pâteux ou solide) répondant aux exigences de la destination finale. • La siccité : varie de 15 à 40% (de 150 à 400 g de MS/kg de boues) selon l’origine des boues et le type de machine utilisé. • La stabilisation chimique ou biologique : n’est pas mise en oeuvre systématiquement. Elle permet de réduire les nuisances olfactives, et celles liées à la présence de certains micro – organismes. • Le séchage : permet d’atteindre des taux de siccité variant de 30 à plus de 90%. Le niveau de siccité recherché est fonction des contraintes de stockage et de transport (en valorisation agricole) ou du mode d’incinération. • L’oxydation thermique : réduit la quantité finale de boues aux seules matières minérales. Grâce aux températures mises en jeu, le séchage à 90% et surtout l’oxydation thermique, hygiénisent la boue en éliminant les germes et les odeurs. Si ces deux dernières opérations ne sont pas envisagées dans la filière, une stabilisation devra probablement être effectuée sur les boues épaissies ou déshydratées (Jamil et al., 2006). Après achèvement de ces techniques, l’état final de notre boue décide sa destination : • Valorisation agricole ; • valorisation énergétique ; • valorisation industrielle ; • valorisation en dépollution des rejets industriels ; • oxydation thermique ; • rejet dans les décharges.

I.8.2. Différents modes de valorisation : I.8.2.1. Incinération spécifique : Le principal avantage de l’incinération est la très nette réduction du volume des boues, puisqu’il ne reste au final plus que des cendres (matière minérale). Ce volume de cendres représente 5 à 15% du volume des boues déshydratées mécaniquement.

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Cependant, cette technique reste coûteuse tant en investissement qu’en fonctionnement. La combustion génère par ailleurs des fumées qui contiennent, dans le cas des boues, des poussières et des gaz toxiques qu’il faut éliminer par des procédés d’épuration annexes. Les risques d’émissions toxiques dans l’atmosphère entraînent également des réticences au niveau des municipalités. Les cendres générées par l’incinération représentent un déchet ultime qui peut être stocké en centre d’enfouissement technique, ou valorisées en cimenterie, en bâtiments et travaux publics. Une boue urbaine contient encore 70 à 80% d’eau après la déshydratation mécanique et il peut être intéressant, dans ce cas, de procéder à un conditionnement thermique avant l’incinération. Un séchage préalable des boues permet de réduire les flux de vapeur générés par la suite dans le four. Par ailleurs, du fait de leur composition, les boues possèdent un pouvoir calorifique inférieur (PCI) important qui dépend de leur siccité et du taux de matière volatile qu’elles contiennent. Les matières volatiles représentent la quantité de matière organique combustible des boues (Pardo, 1998). Les éléments à prendre en compte lors d’une incinération :

a) Les caractéristiques de la boue : Matières Sèches (MS) : C’est le paramètre généralement mesuré. La concentration en MS permet de connaître la quantité de boue à traiter, quel que soit son niveau de concentration dans la filière de traitement. La détermination de la teneur en MS s’effectue à l’étuve 105°C. Matières En Suspension (MES) : Si les MS sont faciles à déterminer sur les phases concentrées, il n’en va pas de même sur les phases clarifiées (surverses, filtrats, centrats…) car les concentrations de matières sont beaucoup plus faibles. Dans ce cas, la procédure de mesure des MES par filtration sur membrane est plus appropriée. Il convient alors d’être prudent dans le calcul du rendement de capture qui doit être exprimé, de préférence, en fonction des MES (il est possible de déterminer expérimentalement la relation entre MES et MS). Fraction Volatile – FV (en % de MS) ou Matières Volatiles – MV (en concentration) : Ce paramètre livre une précieuse indication sur le degré déstabilisation de la boue et son aptitude à divers traitements (déshydratation, incinération…). Plus le taux de MV est faible, plus la boue est facile à épaissir ou à déshydrater, mais son exothermicité en incinération devient faible. Indice de Boue (IB), ce paramètre à relier indirectement aux MS et MV, dépend du temps de séjour dans le bassin biologique. Sa bonne connaissance est importante pour l’épaississement. Plus l’IB est faible, plus la boue est facile à épaissir.

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DCO, DBO, PT, NTK : Leur connaissance est secondaire sur la chaîne de traitement des boues. En revanche, il est important de connaître les valeurs des différents filtrats, centrats et surverses retournant en tête de la file eau. Ceux-ci peuvent couramment représenter 5 à 25% de la charge entrante, selon le type et les performances du traitement des boues. C.H.O.N.S. (Carbone, Hydrogène, Oxygène, Azote, Soufre) : Ce paramètre permet d’estimer les performances d’une étape ultérieure de traitement par voie biologique (digestion anaérobie avec production de biogaz) ou thermique (incinération). PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) : Le PCI, à relier au C.H.O.N.S, a une importance primordiale en incinération. Température, pH, potentiel d’oxydo – réduction (eH), conductivité: Ces paramètres n’ont pas de valeur prédictible en traitement des boues. Ils permettent cependant de mettre en évidence un disfonctionnement, tel que le vieillissement d’une boue qui dégrade les performances de la filière (chute du eH). Alcalinité en CaCO3: Il s’agit de simples paramètres de contrôle du bon fonctionnement d’une opération de digestion. Eléments – traces métalliques : Quelle que soit la destination finale des boues, la connaissance des teneurs en éléments traces métalliques est primordiale. Les métaux suivants doivent pouvoir être identifiés : Pb, Cr, Cu, Mn, Ni, As, Cd, Hg. Graisses: Généralement exprimées en MEH (Matières extractibles à l’Hexane), elles sont intégrées aux MV. Elles sont prises en compte dans toutes les opérations biologiques ou de combustion. Toutefois, il peut être intéressant de connaître précisément le taux de graisses pour prévenir un colmatage (tuyauterie, capteurs…), un croûtage (digesteurs) ou une déficience de transfert d’oxygène (stabilisation aérobie…). Agents pathogènes, les agents pathogènes présents dans les eaux résiduaires sont principalement associés aux MES, et se retrouvent donc en grande majorité dans les boues. Il s’agit de virus, bactéries et parasites. La teneur des boues en agents pathogènes est caractérisée en fonction de la présence des plus résistants d’entre eux, qui sont donc jugés représentatifs du risque à estimer : Les Entérovirus (virus), salmonelles (bactéries) et oeufs d’helminthes viables (parasites). b) Les caractéristiques du four : Le four doit répondre aux critères suivants : • L’auto combustibilité : Elle est atteinte lorsque la chaleur dégagée par la combustion de la boue est suffisante pour maintenir le gaz de combustion dans le four à la température désirée : 850 à 900°C.

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Des synergies sont possibles entre les différentes étapes. L’association d’un sécheur et d’un digesteur, par exemple. Ce dernier fourni du biogaz brûlé au sécheur et, en retour, les condensats chauds issus de la condensation des buées permettent de maintenir le digesteur en température. • La fiabilité : La fiabilité de la filière de traitement est un impératif. Pour se prémunir contre tout incident pouvant survenir sur un four, il est souhaitable de prévoir une redondance des équipements, ou une filière de secours sous forme de co – incinération avec des ordures ménagères,

I.8.2.2. Co – incinération avec des ordures ménagères : Le niveau de siccité à atteindre pour co – incinérer la boue dépend de la capacité thermique du four d’ordures ménagères et de la distance entre l’usine de traitement des eaux et le four. Boue de 15 à 30% de siccité : Lorsque la boue est à l’état pâteux, il est possible d’en incinérer une partie sans affecter la capacité thermique du four. En effet, pour maintenir la température d’un four d’ordures ménagères à 850°C, il est nécessaire d’injecter d’importantes quantités d’air de refroidissement. Or, en co – incinération, cet excès d’air est utilisé pour brûler la matière organique des boues, et non plus pour abaisser la température. L’eau contenue dans la boue joue alors ce rôle. Autrement dit, quand sa siccité n’excède pas 30%, la boue est utilisée en tant que fluide de refroidissement, et non plus comme combustible. Dans ce cas précis, il n’est pas nécessaire d’injecter d’air supplémentaire. 10 à 20% des boues pâteuses (par rapport au tonnage d’ordures ménagères) peuvent être Co – incinérés dans ces conditions. La limite du système se situe dans l’injection de la boue qui est liée au fonctionnement du four. Boue de 60 à 65% de siccité : Si la réserve thermique du four est importante, la boue peut être injectée à 60 – 65% de siccité. Ce niveau de siccité correspondant à celui des ordures ménagères, la quantité de boue qu’il est possible d’introduire n’est limitée que par la capacité thermique du four. Toutefois, un four d’ordures ménagères (à grilles) n’est pas conçu pour les boues et, si l’on en introduit trop, l’incinération ne s’effectue pas correctement (mauvais fonctionnement des grilles, fuite de boue entre les grilles).

I.8.3. Valorisation énergétique : La fermentation se définit comme l’ensemble des opérations qui permettent de cultiver des microorganismes et de contrôler leurs activités biosynthétiques : synthèse de biomasse, d’enzymes ou de molécules diverses. D’une part la fermentation recouvre l’ensemble des processus de transformation conduisant d’un substrat organique à un métabolite particulier avec libération d’énergie (Demeyer et al.,

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1982). La méthanisation, ou fermentation méthanique, est donc un processus naturel de fermentation anaérobie au cours duquel une bioconversion de la matière organique ou volatile (MO ou MV), réalisée par un écosystème constitué de nombreuses bactéries anaérobies, se déroule à l’intérieur d’un réacteur. D’autre part, la fermentation d’un point de vue technologique se définit comme l’ensemble des opérations permettant de cultiver des microorganismes et de contrôler leurs activités biosynthétiques : production de biomasse microbienne, d’enzymes ou d’autres molécules organiques. La fermentation méthanique permet d’atteindre deux objectifs : • Du biogaz, un gaz combustible composé principalement de méthane CH 4 constituant majeur du gaz naturel (50% à 90%), de gaz carbonique CO2 (10% à 40%), de vapeur d’eau et d’autres gaz à l’état de traces, en particulier l’hydrogène sulfuré H2S, azote, oxygène… • Un résidu stabilisé et désodorisé qui peut être valorisé sous forme solide ou liquide.

I.8.4. Le Compostage : Le compostage est un processus de décomposition et de transformation « contrôlées » de déchets organiques sous l’action de populations microbiennes diversifiées évoluant en milieu aérobie (Sharma et al., 1997). Des communautés différentes de micro-organismes se succèdent lors du compostage, elles sont constituées majoritairement de bactéries, d’actinomycètes, de champignons (ou Mycètes), de protozoaires ou d’algues (Tuomela et al., 2000 ). Elles sont déjà présentes dans tous les substrats destinés à être compostés : le processus de compostage démarre donc généralement tout seul. Il reproduit en accéléré les étapes de transformation des résidus végétaux en humus dans un sol : composter correspond donc essentiellement à la production des substances humiques stables dans le produit final et à un recyclage d’une matière organique dont le trajet naturel a été modifié (Mustin, 1987 ., Inbar et al., 1990., Ciavatta et al., 1993., Chefetz et al., 1998., Ouatmane, 2000). Le compostage est un processus d’oxydation biologique aérobie et contrôlé de matières organiques, produisant du CO2, de la chaleur et un résidu stabilisé : le compost. C’est une version accélérée du processus naturel de dégradation de produits organiques, dans des conditions favorables au développement de micro-organismes (Lau, 1992). L’apport d’oxygène nécessaire à ces conditions est effectué le plus couramment par retournement ou par ventilation forcée des tas (Fernandes, 1994). Biochimiquement, le compostage est un processus continu au cours duquel différentes réactions se produisent parallèlement et consécutivement. Dans les phases biologiques, différentes enzymes permettent la biodégradation de macromolécules facilement décomposables par des réactions de coupures et d’oxydations. Les phases finales font surtout appel à des phénomènes de

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polymérisation et de polycondensation des molécules néoformées. (Chefetz et al., 1998 ; Tuomela et al., 2000; Tiquia et al., 2002 ; Mondini et al., 2004).

FigI.14 : Le Compostage

I.8.5. Valorisation agricole : La valorisation des boues d’épuration dans l’agriculture est assez répandue dans le monde. Cependant, elle suscite beaucoup d’opposition en raison des risques sanitaires qui lui sont associés. La valorisation agricole des boues peut être considérée comme le mode de recyclage le plus adapté pour rééquilibrer les cycles biogéochimiques, et s’avère d’un très grand intérêt économique. Elle vise ainsi à ménager les ressources naturelles et à éviter tout gaspillage de matière organique dû à l’incinération ou à l’enfouissement dans les décharges. Les boues résiduaires sont une source potentielle de matière organique utilisable. Elles contiennent aussi des macro et des micro-éléments essentiels pour la croissance des plantes (Ademe, 2000;Jarde, 2002;Chatha et al., 2002). En effet, l’utilisation agricole des boues résiduaires répond, d’une part, au besoin en matière organique qui dans les conditions climatiques des pays sud méditerranéen sont rapidement minéralisées, au besoin d’entretien organo-minéral des sols dont le déficit est accéléré par les

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techniques modernes de production et d’autre part, aux potentialités du sol en tant que système épurateur et de recyclage (Pommel, 1976; Benmouffok et al., 2005). En effet, les sols traités avec des boues résiduaires gardent plus longtemps l’humidité et la végétation installe sur de tels sols un système racinaire plus développé comparativement aux sols non traités (Tester et al., 1982). Les boues résiduaires libèrent progressivement les éléments nutritifs et notamment l’azote pour le mettre à la disposition de la plante tout le long du cycle de la culture. La libération de l’azote est fonction des conditions climatiques prévalentes, des quantités de boues apportées et du rapport C/N (Barbartik et al., 1985; Pescod, 1992 ; Jamil et al., 2006). Les boues d’épuration ont toujours suscité un intérêt auprès des agriculteurs du fait de leurs propriétés agronomiques en particulier leur teneur en azote et en phosphore (Lassoued et al., 2013;Buffet, 2010). De plus, comme amendement organique, les boues contribuent à équilibrer le bilan humique du sol. Elles améliorent la structure, les propriétés hydrodynamiques et l’activité biologique du sol. Sur le plan économique, l'épandage agricole est l’une des filières d’élimination les moins chères disponibles. (INRS-Eau, 1996;Buffet, 2010;ONAS, 2015). Si l’épandage agricole des boues résiduaires semble constituer une méthode d’élimination prometteuse, la présence de métaux lourds et de microorganismes pathogènes dans ces déchets peuvent constituer des obstacles à cette pratique (Baveye et al., 1999; Gerba and Smith, 2005; Reinthaler et al., 2010;Lassoued et al., 2013;Krzyzanowski et al., 2014 ; TradRaïs et al., 2015). En effet l’épandage des boues d’épuration sur les sols agricoles peut contribuer à disséminer les microorganismes pathogènes et à augmenter la fréquence des épidémies. Des travaux ont montré que des bactéries pathogènes conservaient leur viabilité dans le sol durant des périodes variables selon les caractéristiques et le système cultural (Gagliardi et Karns, 2002); ces périodes peuvent s'étendre à plus de deux ans dans le cas des salmonelles (Nicholson et al., 2005). Par ailleurs, la contamination des fruits et des légumes frais est une voie fréquente de transmission des pathogènes à l’homme (Hillborn et al., 1999;Salomon et al., 2002; Ledet Müller et al., 2007).

I.8.6. Valorisation industrielle : L'augmentation des ressources nécessaires pour le traitement des eaux usées ainsi que la croissance industrielle ont créé un besoin d’optimiser le traitement et créer des voix d’élimination d'un énorme volume de boues produit. En même temps, les législations ont presque bloqué la valorisation agricole suite à ses compositions chimiques nuisibles. Cette situation a suscité l'intérêt dans le recyclage et la réutilisation des boues dans les matériaux de construction comme un moyen de résoudre des problèmes d'élimination des boues. Plusieurs travaux scientifiques ont prouvé la valeur industrielle de boues issues des stations d’épuration dans : • le domaine de la cimenterie : (Tay et al., 1992; Yen et al.,2011) ;

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• les fabrication des briques : (Chiang K.,Weng C. H. et al., 2003) ; • La fabrication des blocs de pavé : (Vijaya K., 2012) ; • les routes : (Donatello S. et al., 2013 ; Christopher R. et Cheeseman, 2005).

I.8.7. Valorisation en dépollution des rejets industriels : Parmi les rejets industriels, on trouve les colorants. Les grands domaines d’application des colorants sont les suivants. • l’industrie textile • l’industrie de matières plastiques (pigments). • l’industrie du bâtiment : peintures (pigments). • l’industrie pharmaceutique (colorants) • l’industrie des cosmétiques. • l’industrie agroalimentaire (colorants alimentaires). • l’imprimerie (encre, papier). La toxicité des azoïques par exposition aux colorants et à leurs métabolites n’est pas un fait nouveau. Dès 1895, l’augmentation du nombre de cancers de la vessie observés chez des ouvriers de l’industrie textile, est reliée à leur exposition prolongée aux colorants azoïques Depuis, les travaux effectués sur ces colorants ont démontré que ces composés chimiques présentaient des effets cancérigènes pour l’homme et l’animal (Crepy M.N., 2004). L’étude expérimentale a prouvé que la boue des stations d’épuration adsorbe en présence des certaines conditions une quantité des colorants, notre travail illustre l’adsorption de trois colorants (Bleu méthylène, Méthyle orange et la Fushine).

I.8.8. Mise en décharge : La décharge est un espace auquel sont jetés les matériaux inutiles. C’est la technique la moins chère et ne nécessite que du transport, malheureusement c’est plus dominante dans notre pays.

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I.9. CONCLUSION Les stations d’épuration urbaines ont pour rôle d’éliminer la pollution contenue dans les effluents domestiques, avant leur rejet dans le milieu naturel. Afin de répondre à des contraintes environnementales, les procédés de traitement biologiques des effluents se sont généralisés. Ceci conduit à la production d’un déchet, qui peut devenir une réelle problématique : les boues d’épuration La « digestion anaérobie » ou « méthanisation » des boues représente une solution technique pouvant répondre à cette problématique. En effet, ce procédé permet de réduire le volume des boues résultant, de produire du biogaz, gaz principalement composé de méthane, source d’énergie propre et valorisable. Autre avantage, ce procédé stabilise les boues et les rend non odorants.

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