Boues résiduaires urbaines produites à la station d’épuration d’Alb

3.1.1 Station d’épuration d’Albi-Madeleine

La station d’épuration d’Albi–Madeleine, Figure 3-1, a été mise en service en juillet 2010. Elle garantit un traitement de la pollution azotée et phosphorée conforme aux exigences règlementaires. Elle reçoit l’ensemble des eaux usées de 8 communes, y compris les matières de vidange, les graisses et les produits de curage. Les filières sont dimensionnées pour un débit de pointe hydraulique de 1800 m3_{/h (contre 780 m}3_/h

actuellement constaté). Elle maintient la bonne qualité des eaux du Tarn et réduit au maximum le volume des boues produites à l’aide d’un procédé de digestion anaérobie. Les boues finalement déshydratées par centrifugation sont aptes à la valorisation agricole.

Figure 3-1 : Vue panoramique de la station d’épuration d’Albi-Madeleine (www.grand-

albigeois.fr)

3.1.2 Processus de traitement des eaux usées de la STEP d’Albi

Avant le traitement biologique, Figure 3-2, les effluents subissent les étapes indispensables de prétraitement : le dégrillage, le dessablage et le dégraissage. Le dégrillage de 10 mm de maille permet de débarrasser l’eau brute des déchets grossiers résiduels afin d’éviter l’endommagement des équipements. Le dessablage et le dégraissage ont lieu dans un même bassin pour éliminer le sable (déposé au fond) et les graisses (flottant à la surface). Ces graisses sont envoyées vers le digesteur.

L’effluent prétraité entre ensuite dans les bassins d’aération prolongée pour un traitement biologique. Les bactéries se développent dans ces bassins alimentés en oxygène par des apports d’air. Les bactéries en suspension dans les bassins sont donc en contact permanent avec les matières polluantes dont elles se nourrissent pour leur assimilation. Un traitement tertiaire physico-chimique permet ensuite d’éliminer le phosphore et l’azote.

La clarification permet de séparer l’eau traitée de la biomasse, appelée « boues activées ». L’eau épurée rejoint le Tarn, une partie de la boue décantée est réinjectée dans le bassin d’aération pour maintenir la population bactérienne nécessaire au traitement, et la partie en excès est extraite et dirigée vers la filière de traitement des boues.

La filière boue a pour but de réduire le volume et d’améliorer la qualité des boues à évacuer. Les boues issues du bassin de clarification sont floculées d’abord à l’aide du polymère BASF® Zetag 8868 (2,5 kg de matière active par tonne de matière sèche) puis envoyées sur les tables d’égouttage, où la siccité augmente de 0,6% à 6%, Figure 3-3. Les boues floculées et égouttées sont dirigées vers le méthaniseur où elles sont codigérées avec les graisses en condition mésophile. La matière organique est dégradée à une température de 37-38 °C en l’absence d’oxygène. La digestion permet de réduire le pouvoir fermentescible des boues et la teneur en matières organiques est réduite de l’ordre de 30%. Elle génère, de plus, la production de biogaz (majoritairement du méthane), qui sert principalement au maintien en température du digesteur. L’excédent est brûlé dans un moteur afin de produire de l’électricité et la chaleur résiduelle est utilisée pour chauffer les locaux administratifs. Le temps de séjour moyen de la boue dans l’installation est d’environ 40 jours.

Les boues digérées sont ensuite à nouveau floculées avec un second agent floculant BASF® Zetag 9018 (20 kg de matière active par tonne de matière sèche) puis envoyées vers l’unité de centrifugation. La déshydratation mécanique permet de séparer une partie de l’eau interstitielle contenue dans le produit. Les boues passent ainsi d’une siccité d’environ 4 à 20%, Figure 3-4. Elles sont ensuite stockées dans 2 silos de 50 m3

chacun avant la valorisation, en priorité, en agriculture et en compostage. 3.1.3 Échantillonnage des boues à la STEP d’Albi-Madeleine

Les échantillons sont prélevés à la sortie de la centrifugeuse et transportés immédiatement au laboratoire dans des fûts étanches de 3,6 L.

Comme les boues résiduaires urbaines contiennent une quantité importante de matières organiques, il est nécessaire d’éviter toute évolution biologique (vieillissement) du produit pour assurer la bonne répétabilité des essais. Par le suivi de l’évolution des substances polymériques extracellulaires, P.H. Nielsen et al. [1] ont prouvé que la biodégradation des boues était surtout active pendant les premiers trois jours de stockage et tendait vers l’état stable après 12 jours. B. O’Kelly [2] a aussi montré que la teneur en matière volatile d’une boue stockée dans un bidon étanche à température ambiante pendant 13 ans a diminué significativement de 70 à 55%, alors que la siccité n’a augmenté que de 12 à 13%. Pour bloquer l’activité bactérienne, F. Chaari et al. [3] ont ajouté des réactifs chimiques dans les boues et ensuite les ont conservées dans un

réfrigérateur. Y. Ma et al. [4] ont refroidi les boues pendant toute la journée précédant l’essai pour minimiser la variabilité temporelle. D. Curvers et al. [5] ont choisi eux de conserver les boues à 4°C pendant 14 jours alors que J.C. Baudez et al. [6-7] les ont stockées à 4°C pendant 30 jours. À la lecture de cette rapide synthèse bibliographique, on peut constater qu’il n’existe pas de pratique standardisée.

Figure 3-2 : Processus de traitement des eaux usées de la station d’épuration d’Albi

(www.grand-albigeois.fr) Figure 3-3 : Boues échantillonnées (de gauche à droite) dans le bassin de clarification, à la sortie de la table d’égouttage, dans le digesteur et à la sortie du digesteur Bassin de clarification ≅ 0,6% Table d’égouttage ≅ 6% En cours de digestion Sortie de digesteur ≅ 4%

Figure 3-4 : Boues déshydratées d’environ 20% de siccité à la sortie de la centrifugeuse Donc, dans cette étude, la moitié des échantillons prélevés est immédiatement utilisée pour les essais mécaniques ; l’autre moitié est stockée dans la chambre froide à 4°C, pendant des durées variables, pour étudier l’effet de vieillissement sur les propriétés rhéologiques.

De multiples prélèvements ont été réalisés tout au long de la thèse. Le Tableau 3-1 rappelle les dates des échantillonnages qui ont eu lieu, les siccités initiales des échantillons et les résultats présentés dans la suite de ce mémoire.

Date de

prélèvement Lieu Date d’essai

Siccité

initiale Type d’essai

30/09/2014 France 01/10/2014 20,44±0,02% -Limite de plasticité _{-Test d’affaissement} 17/09/2015 France 17/09/2015 _{23/09/2015 19,67}±0,04% Compression uniaxiale à grande _{déformation et à 2 cycles} 07/04/2015 France 07/04/2015 18,88±0,01% Essais de fluage et de relaxation 10/11/2015 Chine 02/12/2015 19,21±0,09% Test d’adhésion et cohésion 18/08/2016 France 18/08/2016 19/08/2016 20,56±0,02% Test d’adhésion et cohésion Tableau 3-1 : Dates de prélèvement et siccités des boues résiduaires urbaines testées 3.1.4 Boues produites à la station d’épuration de Qige de Hangzhou (Chine)

Une partie des essais présentés au Chapitre 4 a été réalisée à l’université de Zhejiang (Hangzhou, Chine) au « State Key Laboratory of Clean Energy Utilization » sous la supervision du Professeur Fei WANG. Pour ces essais, les boues ont été échantillonnées à la STEP de Qige de Hangzhou. Le traitement des eaux usées dans cette station, comme le montre la Figure 3-5, est constitué d’un dégrillage, une décantation primaire, un traitement biologique secondaire et enfin d’un traitement biochimique pour l’élimination du phosphore et de l’azote. À l’entrée de la filière boues, les boues primaires et biologiques sont mélangées, floculées avec du polyacrylamide (4,5 kg/tonne de matière sèche) et déshydratées par centrifugation. Les boues sont

échantillonnées à la sortie des centrifugeuses et stockées à la température ambiante dans un fût étanche.

Figure 3-5 : Schéma des procédés de traitement des eaux mis en œuvre de la station

d’épuration de Qige de Hangzhou (Chine)