La problématique des boues d’épuration et la solution du séchage solaire actif

Dossier sur le séchage solaire des boues d'épuration (Article 1)

Boues usées traitement solaire actif

Il y a actuellement une problématique autour des quantités énormes de boues usées produites chaque année dans le monde par nos sociétés. En effet, on n'a jamais autant généré de boues usées et on a beaucoup de difficultés à les éliminer ou les valoriser sans dégrader fortement l'environnement.  De plus, tout ce processus de traitement consomme beaucoup d'énergie fossile et il produit aussi des gaz à effet de serre. Avec l'accroissement de la population mondiale, cette problématique ne fait qu'augmenter. Le séchage solaire actif des boues usées semble donc être une des voies innovantes pour trouver une solution à ce problème grandissant. Mais avant toute chose, pourquoi le traitement des eaux génère tant de boues d'épuration et comment les autorités gèrent, éliminent ou valorisent actuellement cet apport conséquent de boues chaque année ?  

Historique du traitement des eaux usées

Dans les années 60-70, l'accroissement de la population mondiale en occident et les habitudes de rejeter directement dans les cours d'eau les eaux usées industrielles, commerciales et municipales ont fortement dégradé les cours d'eau autour des villes, posant de sérieux problèmes de santé humaine. On a donc développé des techniques pour traiter les eaux usées venant des égouts avec des usines de traitement des eaux, comme ce fut le cas à Montréal dans les années 70. Ces changements de mentalité et différentes normes ont également été appliqués à l'industrie dans la même période.

Encore aujourd'hui, en Afrique, en Asie et en Amérique latine, de nombreuses villes ne font pas de traitement de leurs eaux usées. Les coliformes fécaux et les divers polluants se retrouvent alors dans l'eau que les gens consomment, occasionnant de nombreux problèmes de santé humaine et animale. (Rapport mondial des Nations Unies sur la mise en valeur des ressources en eau, 2017)

Des centaines de millions de tonnes de boues produites chaque année

Les boues d'épuration sont le principal déchet du traitement des eaux usées. Au Québec en 2012, on a produit près de 1 million de tonnes de boues usées (sans compter les boues industrielles et commerciales) . Aux États-Unis, on parlait plus de 7,5 millions de tonnes par année.

Typiquement, une usine d'épuration des eaux traite l'eau usée de certains commerces et entreprises ainsi que les eaux usées résidentielles d'une municipalité. Elles peuvent donc accumuler différents éléments (huile, bactéries, produits chimiques, hormones) qui peuvent compliquer le traitement des boues résultantes. Les grosses industries : pâte et papiers, minières et pétrolières, sont également tenues de faire leur propre traitement de leurs eaux usées et de disposer de leurs boues d'épuration selon les normes gouvernementales.

On produit donc beaucoup de boues mais quelles sont les différents traitements qu'elles ont subis avant de sortir des stations d'épuration? Le traitement des eaux peut être en effet très complexe pour produire une boue facile à valoriser.

Les principales étapes du traitement des eaux usées :

 Traitement primaire :

-          Le dégrillage et le tamisage :

Des grilles retiennent les gros débris qui étaient contenus dans l'eau des égouts : bout de bois et de plastique, feuilles, tissus... Puis des tamisages avec des grilles de plus en plus fines permettent de compléter cette première étape.

-          Dessablage et déshuilage :

On ralentit le débit pour permettre le décantage du sable et des petits graviers au fond d'un premier bassin. Puis l'eau passe dans un second bassin ou les graisses sont poussées en surface grâce à l'action de microbulles. On racle par la suite les graisses pour les récupérer. On récolte ainsi une première partie des boues primaires au fond de ces bassins

Traitement secondaire

-           Traitement biologique (boues activées) ou physico-chimique (décanteur floculateur) :

C'est là où l'on récupère le plus de boues. Dans le cas du traitement biologique, on ajoute artificiellement de l'oxygène, ce qui permet aux bactéries de dégrader plus rapidement la matière organique en suspension, les bactéries mortes et la matière décomposée se déposent ensuite en boues au fond du bassin. Dans le cas de l'utilisateur d'un système décanteur-floculateur, on ajoute un agent coagulant qui va permettre de coaguler artificiellement la matière organique en suspension. Les flocules se retrouveront en surface ou au fond de la cuve, où ils formeront des boues.

Traitement tertiaire :

Filtration sur sable, rayonnement UV, électrolyse, traitement chimique et charbon activé : ces différents procédés permettent d'enlever de petites particules de l'eau, des bactéries, ou des polluants comme l'azote, le phosphore. La filtration sur sable est le plus répandu des traitements tertiaires.

Traitement quaternaire :

Il s'agit de traiter des micropolluants comme des résidus hormonaux, des pesticides, ou des traces cosmétiques à l'aide de différents procédés. Le traitement quaternaire n'est pas appliqué systématiquement sur toutes les stations d'épuration et les recherches continuent pour améliorer cette étape : on peut par exemple utiliser un traitement à base de champignons pour enlever une grande partie de ces micropolluants, ou faire du compostage des boues pour les mêmes raisons.

Comment éliminer ou revaloriser les boues usées par la suite 

Une fois les boues produites, il existe trois débouchés principaux pour éliminer ou revaloriser ces boues :

-          La revalorisation par l'épandage, principalement pour les boues d'épuration municipales

-          L'enfouissement

-          L'incinération

Au Québec, l'épandage est autorisé sur des cultures où l'on ne cultive ni fruits ni légumes sauf pour des biosolides certifiés par le BNQ (bureau de normalisation du Québec) où le niveau de désinfection a été particulièrement poussé. L'épandage est controversé et interdit dans plusieurs pays, en raison de problèmes potentiels sur la santé humaine (problème de contamination aux métaux lourds et problèmes de contamination bactérienne). Cependant, ce principe de précaution est de plus en plus remis en question face à l'enjeu de l'émission de gaz à effet de serre. L'épandage contrôlé étant la solution la plus carboneutre et les risques pour la santé humaine étant quasi nulle, c'est une solution que bon nombre de gouvernements privilégient aujourd'hui. De plus, les traitements tertiaires et quaternaires plus poussés des boues permettent d'éliminer plus efficacement les pathogènes et certains résidus problématiques. Le séchage en granule des boues, le compostage et l'application de mycélium de champignon peuvent aussi être d'autres techniques de traitement qui peuvent faciliter son épandage par la suite.

Pour ce qui est de l'enfouissement, il présente des risques pour la santé humaine ainsi que des risques d'émission de gaz à effet de serre importants. La nouvelle politique québécoise de gestion des matières résiduelles prévoit donc le bannissement de l'enfouissement de matières organiques à partir de 2020.

L'incinération a quant à elle l'avantage de produire des cendres qui pourront être utilisées comme engrais, de réduire le volume des boues et de limiter les problèmes de santé humaine. Cependant il faut contrôler la production de certains gaz nitreux, qui sont des gaz à effet de serre très nocifs.

Le défi du séchage

Mais pour ces trois solutions, la problématique principale est le contenu d'eau des boues : leur degré de siccité (pourcentage de matières sèches). Le séchage des boues est donc un enjeu majeur pour la problématique des boues usées. Pour épandre, enfouir ou incinérer, il faut tout d'abord transporter les boues. Plus leur degré de siccité est élevé (pourcentage de matière sèche) moins le coût de leur transport sera élevé. Et plus les boues sont sèches, moins elles prennent de volume, ce qui facilite leur traitement et leur manipulation pour l'épandage ou pour l'enfouissement. Pour ce qui est de l'incinération, plus les boues seront sèches et plus elles seront incinérées facilement et à moindre coût.

Le séchage des boues est donc un enjeu capital et jusqu'à présent les solutions de séchages sont coûteuses et consomment beaucoup de combustibles fossiles ou beaucoup d'espace. Voilà pourquoi le séchage solaire des boues usées représente une solution d'avenir. Des solutions de séchage solaire passif ont déjà été développées avec des serres et des bassins de séchage, mais jusqu'à récemment, jamais une solution active de séchage par concentration solaire n'avait été conçue et testée.

Le séchage des boues par concentration solaire

La première solution de séchage solaire active pour les boues usées a été testée avec succès par Rackam et Heat2hydro pour la ville de Surprise en Arizona cette année. Voilà pourquoi Rackam croit à cette solution qui aurait un potentiel d'application ici au Québec, mais aussi partout dans le monde.

Rackam fait déjà partie du monde de demain, et vous ?