Les boues issues du traitement des eaux

La gestion du traitement des eaux est un enjeu majeur de nos sociétés. Chaque année en France 34 milliard de m3 sont consommés par les activités industrielles ou commerciales et les quartiers résidentiels ou institutionnels (Eau France 2011). Après consommation, ces eaux se retrouvent chargées en divers polluants et doivent donc être traitées. Les eaux usées sont généralement classées en trois catégories dépendant de leur provenance :

- Eaux domestiques (ou eaux urbaines) : Elles proviennent des quartiers résidentiels ou des quartiers d’affaires et se retrouvent généralement chargées en polluants organiques (graisses, solvants, débris organiques). Elles sont collectées par un réseau collectif ou de manière individuelle.

- Eaux pluviales : Contrairement aux idées reçues, les eaux pluviales se chargent en divers polluants (hydrocarbures, résidus de pneu, huiles, métaux lourds). Elles se chargent également au contact de l’air (fumées industrielles) ou en ruisselant sur les routes, les toits… Le réseau de collecte des eaux pluviales peut être ou non connecté à celui des eaux domestiques.

- Eaux industrielles : En fonction du secteur considéré, elles peuvent présenter des compositions très variables (composés organiques, solvants, métaux lourds, micropolluants organiques, produits toxiques, acides, bases). Ces eaux sont traitées au moins en partie par les industriels. En effet, en France le rejet des effluents industriels est soumis à autorisation et ne doit présenter aucun danger pour les réseaux de collecte et ne pas perturber le fonctionnement des usines de traitement des eaux urbaines. En termes de chiffres, en 2008 l’assainissement des eaux usées urbaines a produit plus d’un million de tonnes de matières sèches en France (1,18 Mt MS) (MEEDAT 2009) Tous secteurs confondus, L’INSEE (INSEE 2008) estime à 5 Mt de matières sèches la production de boues industrielles en France, l’industrie du papier/carton étant le deuxième secteur producteur de boues (figure 1-4).

Figure 1-4 : Production de boues de traitement des eaux en France. (a) (INSEE, 2006) (b) (MEEDDAT 2009).

I.2.3.1 Formation des Boues

Le traitement des eaux usées conduit à la formation de sous-produits sous forme de boues. Différents procédés permettent l’épuration des eaux, le choix se faisant sur des critères économiques, dépendant principalement des volumes à traiter. Pour la plupart des eaux issues des activités industrielles, le procédé se rapproche du traitement des eaux urbaines. Au cours d’une épuration typique, les effluents subissent une succession de traitements permettant d’en

1 180 000(b) 370 000(a) 236 000(a) 272 000(a) 766 000(a) 771 000(a) 2 440 000(a) 0 500 000 1 000 000 1 500 000 2 000 000 2 500 000 Eaux urbaines Autres industries industrie de la Métallurgie Industrie chimique & pharmaceutique Industrie extractive Industrie du papier et du carton Industrie alimentaire

retirer les polluants de manière séquentielle, figure 1-5. Ainsi, des déchets de nature différente sont produits tout au long du procédé (Werther & Ogada 1999).

Le prétraitement des eaux usées permet de retirer les éléments les plus grossiers. Le Dégrillage consiste en une succession de grilles (de plus en plus fines) qui retiennent les déchets les plus volumineux et non solubles. Le dessablage et le dégraissage permettent d’isoler les sables par décantation et les graisses par flottation.

Le traitement primaire élimine les particules en suspension par décantation. Lors de cette étape, les seules forces de gravitation permettent la séparation eau/particules. Jusqu’à 70% des matières en suspension (MES) peuvent être retenues lors de cette étape.

Le traitement secondaire permet l’élimination des matières résiduelles en suspension. On notera que deux techniques sont couramment employées. Les traitements physico-chimiques consistent à utiliser des agents coagulants-floculants comme les sels de fer ou d’aluminium. Les traitements biologiques consistent à utiliser des bactéries pour dégrader les matières en suspension. Cependant, ce dernier procédé ne peut être appliqué aux eaux industrielles contenant une grande fraction d’éléments « non-digérables » ou de produits chimiques nuisibles aux micro-organismes.

Des traitements tertiaires peuvent être nécessaires pour éliminer des composés spécifiques nuisibles pour l’environnement : Désinfection, dénitrification, déphosphatation…

Figure 1-5 : Schéma d'une filière de traitement des eaux.

Dans l’industrie du papier, les effluents issus de la production du papier sont traités de manière similaire. Mais ce n’est pas le cas des effluents provenant du recyclage de papiers et notamment de l’étape de désencrage. Cette étape consiste à séparer les fibres des autres matières. Dans un premier temps les constituants du papier sont mis en suspension dans une solution aqueuse dont la chimie est adaptée. L’encre est ensuite éliminée par lavage ou par flottation.

I.2.3.2 Filières d’élimination des boues d’épuration

Les principales filières d’élimination des boues issues du traitement des eaux sont exposées sur la figure 1-6. Historiquement la filière agricole, la mise en décharge et l’immersion étaient les

Dégrillage Dégraissage Décantation Flottation Dénitrification Déphosphoration Traitement bactéricide Filtration … Traitement biologique Traitement Physico-chimique Eaux usées

Prétraitement ^Traitement _primaire ^Traitement _secondaire ^Traitement _tertiaire

Boues primaires Boues Physico chimiques Boues biologiques

principales filières d’élimination des boues, mais la législation est venue réguler ces pratiques. L’immersion a été bannie, des restrictions sont apparues pour limiter le relargage des polluants lors de l’épandage agricole et le développement des filières de valorisation, en substitution à la mise en décharge, a été encouragé (voir paragraphe I.2.4). En ce qui concerne les boues de désencrage, elles contiennent de forts taux de polluants. Leur élimination est restreinte à l’enfouissement ou à l’incinération.

Figure 1-6 : Destinations des boues de stations d'épuration en 2008 en France, statistiques nationales (MEEDAT 2009).

L’incinération est en plein essor et se substitue aux filières historiques (agriculture et mise en décharge). Elle permet de réduire significativement les volumes à gérer, de détruire les composés toxiques organiques ainsi qu’une partie des métaux lourds et elle permet enfin de réduire significativement les désagréments olfactifs (Fytili & Zabaniotou 2008; Werther & Ogada 1999). L’incinération des boues constitue surtout une valorisation énergétique d’une biomasse ayant un pouvoir calorifique similaire au charbon. L’énergie générée par les incinérateurs peut être récupérée sous forme de chaleur et/ou d’électricité, permettant de subvenir à une partie des besoins de l’usine de traitement.

En revanche, ce procédé ne constitue pas une filière d’élimination à part entière car il reste environ 30% des matières solides initiales sous forme de cendres (Fytili & Zabaniotou 2008). Les cendres les plus grossières proviennent du foyer de combustion, on parle alors de cendres, de mâchefers ou de « bottom ashes ». Les cendres plus fines sont entrainées par les gaz de combustion et récupérées lors de leur épuration. On parle alors de cendres volantes, ou de « fly ashes ».

Ces matériaux sont ainsi de nouveaux sous-produits qui se heurtent une fois de plus à la question de leur devenir. N’étant pas recyclables et généralement concentrés en polluants, la principale voie d’élimination est la mise en décharge. L’ouverture d’une filière dans la construction pourrait permettre de valoriser ces sous-produits.