Caractérisation des retours en tête du traitement des boues en vue de leur valorisation

Sidestreams characterisation in view of their valorisation

P. DEVOS, A. FILALI, P. GRAU, J.-M. PERRET, S. GILLOT

Cet article présente et analyse les principales caractéristiques des flux d’eau interstitielle produits lors du traitement des boues primaires, secondaires ou après digestion et qui sont renvoyés en tête de station d’épuration. L’objectif est de fournir les gammes de valeurs pour les paramètres susceptibles d’influencer le choix et le dimensionnement des procédés de traitement ou de valorisation de ces retours en tête (matières en suspension (MES), matières volatiles en suspension (MVS), demande chimique en oxygène (DCO), N, P, principaux ions). Les résultats bibliographiques couplés à des données acquises sur deux stations françaises montrent une forte variabilité de ces caractéristiques en lien notamment avec les procédés implantés sur les files eau et boues des installations, avec des concentrations en ammonium élevées après digestion anaérobie. La concentration en orthophosphates dépend du type de traitement du phosphore dans la file eau, et des processus de précipitation qui ont lieu dans le digesteur. La mise en place d’un prétraitement thermique avant digestion augmente principalement les concentrations en DCO, en ammonium et l’alcalinité des retours en tête, mais n’a pas d’impact significatif sur la concentration en orthophosphates de ces flux, en lien avec différents précipités qui peuvent se former dans le digesteur.

This article presents and analyses the main characteristics of sidestreams from primary, secondary or post-digestion sludge treatment. The aim is to provide ranges of values for the parameters that potentially have an impact on the choice and design of processes for treating or recovering these returns (TSS, VSS, COD, N, P, main ions). Results from the literature, coupled with data from two full-scale plants, show that these characteristics are highly variable, depending on the processes used in the water and sludge lines of the facilities, with high ammonium concentrations after anaerobic digestion in particular. The concentration of orthophosphates depends on the type of phosphorus treatment in the water line, and the precipitation processes that take place in the digester. The use of thermal pre-treatment prior to digestion mainly increases COD, ammonium and alkalinity in the sidestreams, but has no significant impact on the orthophosphate concentration of these flows, in line with the various precipitates that can be formed in the digesters.

Partager sur

Ajouter à ma liste de lecture Retirer de ma liste de lecture

L’épaississement et la déshydratation des boues d’épuration produites lors du traitement des eaux résiduaires urbaines induisent des flux d’eau interstitielle (sur – nageants, centrats, filtrats…) qui sont généralement renvoyés en tête des stations d’épuration, comme présenté sur la figure 1. Ces retours en tête, encore appelés flux secondaires, sont potentiellement très concentrés en azote et en phosphore, particulièrement lorsqu’une étape de digestion anaérobie est présente [GOURDET et al., 2017], et peuvent induire des rejets non conformes sur ces paramètres et/ou une augmentation significative des dépenses énergétiques de la file eau de l’installation [CULLEN et al., 2013]. Leur qualité est peu suivie, en dehors de la concentration des matières en suspension qui varie en fonction des performances des dispositifs de déshydratation [FALIPOU et al., 2020]. Or, dans un contexte de transformation des stations d’épuration en stations de récupération des ressources contenues dans les eaux usées, ces flux sont particulièrement intéressants en raison de leurs concentrations relativement élevées en azote et en phosphore [VAN LOOSDRECHT et SALEM, 2006]. Différents procédés ont été proposés dans la littérature pour récupérer les nutriments de ces flux en vue de leur valorisation. Ils sont basés sur des processus physiques, physicochimiques ou bio-électrochimiques [VANEECKHAUTE et al., 2017 ; YE et al., 2018 ; GUILAYN et al., 2020]. Parmi eux, la précipitation de la struvite, le stripping de l’ammoniac, la filtration membranaire à l’aide de fibres creuses ou par osmose inverse et la sorption de l’ammoniac et du phosphate sur résines échangeuses d’ions sont les procédés qui sont les plus étudiés. Leur dimensionnement et leur optimisation dépendent des caractéristiques des retours en tête, et notamment de leur composition ionique, alors que celle-ci est peu renseignée dans la littérature.

L’objectif de cet article est donc de synthétiser les caractéristiques des retours en tête qui peuvent avoir un impact sur le choix et le dimensionnement du procédé requis pour les traiter ou les valoriser. Il repose sur la synthèse d’une revue de la bibliographie dont les données ont été publiées [DEVOS et al., 2023] et mises à disposition via le portail DataGouv4. Ces données ont été complétées par des mesures réalisées sur deux stations d’épuration françaises, afin notamment de préciser la biodégradabilité des retours en tête. L’impact d’un prétraitement par hydrolyse thermique des boues avant digestion sur ces caractéristiques a fait l’objet d’une analyse spécifique également présentée dans cet article.

Mots clés : Digestion anaérobie, Eaux usées, Hydrolyse thermique, Retours en tête