Un projet financé par l’Union européenne visait à démontrer les avantages environnementaux et socio-économiques d’un co-traitement synergique des boues d’épuration et des déchets. Cet article traite des résultats et de la façon dont la technologie pourrait s’intégrer aux processus de traitement des boues existants.
Le traitement des boues est devenu une partie essentielle des stations d’épuration actuelles. En fait, les coûts d’opération du traitement des boues sont responsables d’environ 50% de ceux d’une station d’épuration.
En 1986, l’Union européenne a publié la Directive 86/278 / CEE qui fixe des limites à la protection de l’environnement, et notamment du sol, lorsque les boues d’épuration sont utilisées en agriculture, et donc pourquoi l’élimination des boues est devenue une priorité pour les autorités locales. En outre, l’UE travaille actuellement sur un nouveau document qui établira des limites plus contraignantes dans des paramètres tels que les métaux lourds, les micropolluants et les pathogènes.
Le prototype LIFE Lo2x visait à démontrer les avantages de l’oxydation à l’eau supercritique
La directive 96/61 / CE relative à la prévention et à la réduction intégrées de la pollution stipule que le traitement des boues d’épuration doit être basé sur les meilleures techniques disponibles, en tenant compte des caractéristiques de l’installation concernée, de sa situation géographique et des conditions environnementales.
Par conséquent, un intérêt continu a été porté au développement de méthodes pour l’assainissement des boues et la récupération des ressources. En 2011, le traitement des boues en Espagne a été principalement réalisé par digestion anaérobie (30%), compostage (30%), séchage thermique (20%) et autres traitements tels que la stabilisation de la chaux ou l’incinération. Bien que ces procédés réduisent habituellement la teneur en matière organique et le volume des boues, la plupart d’entre eux sont incapables d’éliminer complètement les polluants dangereux, ce qui pourrait même réduire considérablement l’efficacité du traitement (par exemple, la digestion anaérobie).
Grand potentiel
Ces dernières années, la technologie de l’oxydation à l’eau supercritique (SCWO) a montré un grand potentiel pour offrir une destruction complète de la fraction organique de la boue, la transformant en molécules simples telles que le dioxyde de carbone et l’eau. De plus, la fraction inorganique résiduelle du procédé peut être soumise à un traitement supplémentaire pour récupérer le phosphore avec des applications potentielles en agriculture. Le caractère énergétiquement autosuffisant du procédé, capable de générer de l’énergie lorsqu’il est correctement utilisé, présente un intérêt particulier.
Lo2x est un projet financé par LIFE Environnement visant à démontrer la viabilité technique, économique et environnementale de la technologie SCWO pour traiter les boues d’épuration urbaines de qualité inférieure, non utilisables à des fins agricoles, ainsi que d’autres déchets organiques générés près des STEP. les lixiviats, les eaux usées des moulins à huile ou le fumier de porc.
Le prototype LIFE Lo2x situé dans la station d’épuration de Paterna-Fuente del Jarro (Valence, Espagne)
Le projet est cofinancé par l’Union européenne dans le cadre du programme LIFE, avec un budget total de 2,9 millions d’euros (la contribution de l’UE représente 50%). Le consortium comprend des représentants de plusieurs secteurs et il est réalisé à travers un modèle de collaboration transfrontalière entre l’Espagne et l’Irlande.
Le centre technologique AINIA a mené le projet Lo2x en coopération avec quatre autres partenaires: IMECAL, spécialiste de la construction d’équipements; IVEM, responsable de la station d’épuration de Paterna-Fuente del Jarro et spécialiste de l’automatisation des processus; SCFI, société de haute technologie avec une expertise consolidée dans les procédés avancés d’oxydation hydrothermale; et URBASER, en tant que spécialiste de la fourniture de services environnementaux.
Atteindre un point critique
L’eau supercritique est un milieu unique qui a été étudié pour un nombre croissant et de plus en plus diverses d’applications. Au-dessus de son point critique thermodynamique (374 ° C, 221 bar), l’eau existe sous la forme d’une seule phase avec des propriétés de transport comparables à celles d’une propriété de gaz et de solvant.
Contrairement à d’autres fluides supercritiques, l’eau subit un changement significatif dans son comportement de solvant entre les conditions ambiantes et supercritiques. Lorsque l’eau est chauffée sous pression, elle perd une quantité suffisante de sa liaison hydrogène pour passer d’un solvant hautement polaire au solvant non polaire.
Ce phénomène est mis en évidence par la chute dramatique de la constante diélectrique de l’eau près du point critique et au-delà; de plus, une fois que le point critique est dépassé, la constante de dissociation diminue sa valeur de façon spectaculaire. Le résultat est que l’eau supercritique devient un très bon solvant pour les matériaux non polaires.
Échantillons prélevés lors de l’expérience OMIXED-12 réalisée sur le prototype LIFE Lo2x (STEP Paterna-Fuente del Jarro (Valence, Espagne)). A gauche: boues d’épuration mixtes; Centre: effluent SCWcO; À droite: eau du robinet adoucie
Le processus d’oxydation dans l’eau dans des conditions supercritiques, le procédé SCWO, conduit à la destruction rapide d’une grande variété d’espèces organiques, normalement considérées comme réfractaires ou difficiles à décomposer sous des traitements conventionnels, en molécules plus simples (comme le CO2 et H2O) dans des temps de réaction assez courts.
Pour cette raison, cette technologie a déjà été utilisée pour le traitement d’une grande variété de déchets, y compris les boues. En fait, SCWO peut réaliser un retrait de matière organique> 99 pour cent fonctionnant à des temps de réaction de moins d’une minute. Les principaux produits comprennent l’eau, le CO2 et les sels inorganiques. Bien que les émissions de gaz du SCWO contiennent principalement et intrinsèquement du CO2, il n’y a pas d’émissions hautement nocives (NOx, SOx), contrairement à ce qui se passe avec d’autres traitements thermiques tels que l’incinération.
Construire un prototype
Afin de réaliser une démonstration, l’un des objectifs clés de LIFE Lo2x était de concevoir et de construire un prototype pour la co-oxydation de l’eau supercritique des boues urbaines et autres déchets. Le prototype développé, localisé dans la station d’épuration de Paterna-Fuente del Jarro (Valence, Espagne), est capable de traiter jusqu’à 1 tonne de matière sèche par jour.
Pourcentage de boues incinérées en Espagne par région (2014)
Les résultats suivants ont été obtenus au cours de la campagne expérimentale du projet LIFE Lo2x:
> 99% d’élimination de la matière organique. La DCO de l’effluent SCWcO est en moyenne inférieure à 200 mgO2 / L, atteignant même des valeurs inférieures à 25 mgO2 / L
100 pour cent d’élimination des pesticides. L’imazalil est dégradé par SCWcO jusqu’à 350 mg / kg, quatre ordres de grandeur plus élevés que la concentration éliminée par digestion anaérobie
100 pour cent d’élimination des pathogènes. Escherichia coli, Clostridum perfringens et Salmonella sont complètement éliminés. SCWcO conduit à une stérilisation complète
> 85% des métaux lourds sont recapturés pour une manipulation sans danger. Les métaux lourds sont principalement détectés dans la fraction solide inorganique de l’effluent SCWcO.
Récupération des nutriments. La minéralisation de l’azote et du phosphore facilite la récupération des nutriments afin d’être utilisés comme blocs de construction d’engrais. L’azote se trouve dans la phase liquide (NH4 ~ 2 g / L) alors que le phosphore est présent dans la fraction solide inorganique de l’effluent SCWcO (P2O5 ~ 25%)
Aucun gaz hautement nocif n’est produit. Le CO2 est le gaz principal généré par SCWcO. Les produits gazeux indésirables typiques des processus de combustion tels que NOx et SOx ne sont pas produits.
98 pour cent de réduction des boues d’épuration quittant SEEU. Réduction totale des solides supérieure à 90%. La fraction solide inorganique de SCWcO est une ressource pour l’industrie du phosphore tandis que les déchets de la digestion anaérobie peuvent finir dans les décharges
Consommation de chaleur nulle. La chaleur produite par l’oxydation dans des conditions supercritiques (réaction hautement exothermique) fait que le pompage est la seule étape significative consommant de l’énergie (c’est-à-dire, 1 kWh / kg dm) à travers SCWcO.
> Réduction de 10% du coût du traitement des boues. Le prix de la barrière grâce au traitement co-substrat par SCWcO permet de réduire le coût du traitement des boues en dessous du coût de la digestion anaérobie.
Avantages et inconvénients des traitements de boues existants
Il convient de noter l’importance d’effectuer une étude initiale comprenant les objectifs, les possibilités et les limites de chaque technologie afin de se conformer aux déclarations de la Directive 96/61 / CE, en cherchant à introduire les meilleures techniques disponibles dans l’installation concernée. Par exemple, il faut tenir compte du fait que certaines technologies telles que la stabilisation à la chaux, le séchage thermique ou la digestion aérobie sont limitées par leur faible applicabilité dans les installations de grandes dimensions.
De même, il existe des technologies sensibles aux changements ambiants (pH, température, conditions climatiques et changements d’humidité), limitant le type de boues pouvant être traitées et même la région où l’installation sera installée, en fonction des conditions climatiques. De plus, certains traitements peuvent favoriser la génération de mauvaises odeurs, ce qui pose un problème important si l’installation est très proche des agglomérations urbaines. Une autre limite importante qui doit être prise en compte avant de choisir un traitement de boues d’épuration est l’espace disponible pour installer cette plante, puisque certains traitements comme le compostage nécessitent de grandes extensions de terrain et de longs temps de traitement.
Un schéma montrant le traitement traditionnel des boues d’épuration
Habituellement, les traitements de boues peuvent réduire le volume de déchets générés. Néanmoins, dans certains cas, tels que la stabilisation de la chaux, cette quantité peut ne pas être réduite mais augmenter après l’addition de produits chimiques.
Outre ces considérations générales, une attention particulière devrait être accordée à la présence de contaminants d’intérêt nouveau présentant une toxicité élevée pour les humains et les écosystèmes. Pour cette raison, les entreprises et les chercheurs ont déclaré que des efforts supplémentaires seront déployés pour le développement et l’amélioration de technologies puissantes capables d’éliminer ces contaminants et d’atténuer les effets négatifs associés.
À ce jour, peu de techniques se sont révélées suffisamment prometteuses pour atteindre cet objectif mais, récemment, SCWcO est apparue comme une technologie prometteuse qui pourrait permettre l’assainissement intégral et complet des boues d’épuration. Les résultats du projet Lo2x ont définitivement contribué à démontrer qu’il est possible de tirer profit du traitement synergique des boues avec d’autres résidus par SCWcO.
Conclusions
Les technologies qui produisent une réduction efficace et économique du niveau de polluants, combinées à la récupération de l’énergie et des nutriments présents dans les boues en tant qu’engrais (c’est-à-dire, phosphore et azote) auront une demande considérable à l’avenir.
Cela conduit à la recherche de procédés de traitement et / ou de récupération des boues nouveaux et appropriés, y compris la technologie de co-oxydation de l’eau supercritique. La technologie SCWcO a été discutée en tant que méthode potentielle de traitement des boues d’épuration en raison de la dégradation complète des composés organiques et de la réduction du risque de polluants avec des préoccupations émergentes.
Diagramme de phase d’eau
En fait, comme démontré dans le projet LIFE Lo2x, la technologie de co-oxydation de l’eau supercritique est appropriée pour traiter les boues d’épuration avec d’autres déchets organiques (par exemple, eaux usées de pesticides, lixiviats d’enfouissement, eaux usées ou fumier de cochon). résultats avérés: dégradation presque complète de la matière organique, réduction des solides inertes, stérilisation, capture de métaux lourds pour une manipulation sans danger et récupération des nutriments. Tout ceci a été atteint avec une consommation de chaleur nulle, en éliminant les gaz exempts de composés hautement nocifs et en réduisant globalement le coût du traitement des boues.
Par conséquent, les résultats du projet LIFE Lo2x ont ouvert la voie à l’introduction de cette technologie innovante sur le marché espagnol.
La Source: http://bit.ly/2i7by49
