La méthanisation en station d'épuration Les eaux usées sont les eaux résiduaires provenant de la population mais aussi des activités industrielles et commerciales. Le traitement de ces eaux usées est souvent réalisé de manière collective dans une station d'épuration.

Comment fonctionne une station d'épuration à boues activées ?

Le système d’épuration couramment utilisé par les stations d’épuration est celui de la « boue activée en aération prolongée ».

Ce système est très répandu et utilise l’épuration biologique. Ces stations sont installées à l’extrémité du réseau de collecte, juste en amont de la sortie des eaux vers le milieu naturel. Elles rassemblent une succession de dispositifs, empruntés tour à tour par les eaux usées. Chaque dispositif est conçu pour extraire au fur et à mesure les différents polluants contenus dans les eaux.
La succession de ces dispositifs est, bien entendu, calculée en fonction de la nature des eaux usées recueillies sur le réseau et des types de pollutions à traiter.

• Une phase de pré-traitement 
  Elle consiste en l’élimination des gros débris solides, sables, corps gras, à l’aide de procédés de dégrillage, dessablage et de dégraissage. On enlève ainsi de l’eau les éléments grossiers et les sables de dimension supérieure à 200 microns ainsi que 80 à 90 % des graisses et matières flottantes (soit 30 à 40 % des graisses totales).

• Une phase de traitement biologiques
  Ces traitements sont indispensables pour extraire des eaux usées les polluants dissous, essentiellement les matières organiques (pollution carbonée, parfois azotée et/ou phosphatée). Les bactéries se développent dans des bassins alimentés d’une part en eaux usées à traiter et d’autre part en oxygène par des apports d’air. Les bactéries, en suspension dans l’eau des bassins, sont donc en contact permanent avec les matières polluantes dont elles se nourrissent avec l’oxygène nécessaire à leur assimilation.

• Dans tous les cas
  La séparation de l’eau traitée et de la masse des bactéries (que l’on appelle « boues ») se fait dans un ouvrage spécifique appelé "clarificateur". La conséquence de l’assainissement des eaux usées est : la production de boues d’épuration, constituées de bactéries mortes et de matières organiques minéralisées.

• La valorisation des boues
  La méthanisation est le processus de transformation de la matière organique en biogaz. Ce biogaz est essentiellement composé de méthane (CH₄) et de gaz carbonique (CO₂).

 
Schéma de fonctionnement d'une station d'épuration à boues activées

• La plaquette DEGREMONT sur la digestion des boues de STEP

Le schéma ci-dessous présente de manière synthétique le fonctionnement d'une installation de traitement des eaux résiduaires urbaines conventionnelle dotée d'un processus de méthanisation des boues.
Il présente aussi quatre voies de valorisation possibles du biogaz produit ainsi que trois optimisations majeures envisageables.

La méthanisation des boues d'épuration, quels bénéfices pour les exploitants de stations d'épuration des eaux ?

- Environnementaux et sanitaires

Production d'énergie renouvelable - contribution à l'autosuffisance énergétique des installations de traitement des eaux usées;

• Amélioration de l'empreinte environnementale des installations;
• Réduction du volume des boues issues du traitement des eaux usées et donc réduction des nuisances environnementales liées au transport et au devenir de ces boues;
• Stabilisation et hygiénisation des boues;

- Économiques

Réduction des coûts d'exploitation découlant de la filière de traitement des boues;

• Revente d'énergie renouvelable à un tarif préférentiel;
• Réduction des besoins thermiques des installations;
• Création d'emplois locaux non délocalisables en construction,  maintenance,  exploitation.
  

L'optimisation de la production du biogaz

Il existe des méthodes, qu'il est possible d'utiliser simultanément, permettant de maximiser la production de biogaz :

• L'intégration d'une décantation primaire
  Les boues issues de la décantation primaire, dites « boues primaires » sont plus fortement chargées en matière organique que les boues issues de la clarification, dites « boues biologiques ». Ainsi la production de biogaz par digestion des boues mixtes (boues primaires + boues biologiques) est optimisée par rapport à celle obtenue uniquement par digestion des boues biologiques.

• La dégradation des boues d'épuration avant digestion
  Il est possible d'optimiser la production de biogaz en dégradant les boues d'épuration avant digestion par hydrolyse (notamment thermique et par ultrason. Les boues d'épuration ainsi dégradées libèrent une quantité plus importante de matière organique et permettent ainsi une production de biogaz plus importante.

• La co-digestion
  La technique de co-digestion consiste à méthaniser dans le même réacteur les boues issues du traitement des eaux usées et des biodéchets fermentescibles. La production de biogaz est ainsi dopée par ces apports externes. De plus, ces apports permettent de maintenir une production stable et constante. Il est important que ces filières soient bien préparées à l'amont avec les différents acteurs locaux (syndicats, collectivités).

La purification du biogaz avec PTC System

P.T.C. System s'inscrit aujourd'hui principalement dans le domaine de la méthanisation des déchets (purification des biogaz), un domaine particulièrement en pointe.

Selon l’Ademe, la filière pourrait assurer plus de 14 % de la consommation française de gaz en 2030.
Dans son document “Contribution à l’élaboration de visions énergétiques 2030-2050”, l’agence évalue qu’avec 600 installations de méthaniseurs par an (soit presque deux fois moins qu’en Allemagne), le gisement accessible serait de 6 Mtep primaires en 2030 (soit 20 % de la consommation de gaz estimée pour cette période).

Quelle que soit la nature du biogaz, le système PTC sépare le biogaz de ses impuretés (CO2, H2S, COV, Siloxanes).
Le taux de méthane du biogaz passe alors de 45 % à 98 % et peut être directement injecté dans le réseau national de distribution de gaz de ville.
L’avantage de notre procédé PTC est qu’il utilise une technologie fiable, robuste, largement éprouvée et provenant directement de l’industrie.
Ce système s'adapte en fonction de la variation de la richesse en méthane selon la composition du biogaz brut entrant.

Voir PTC System

Estimation de l'énergie produite à partir du biogaz

Les chiffres suivants sont calculés pour du biogaz à 65% de méthane

• Cogénération
  Lors de la cogénération du biogaz, 1 kg de matière volatile (MV) éliminée produit environ 1 Nm³ de biogaz.
  Cela signifie qu'environ 7 Nm³/an de biogaz sont produits par équivalent habitant.
  Après cogénération du biogaz on obtient une production d'environ 12,6 kWh/an/EH de chaleur et 15,4 kWh/an/EH d'électricité.

• Injection du biométhane dans le réseau de gaz naturel
  La production annuelle de biométhane injecté dans le réseau est estimée à environ 3,5 Nm³/an pour 1 EH (on estime que le biométhane produit correspond à 50 % du volume de biogaz produit et 75% du PCS du biogaz produit).
  La production de biométhane est ainsi équivalente à environ 35 kWh/an/EH PCS.

  Les 6 points forts de la méthanisation des boues de STEP

• Elle contribue à diminuer l’effet de serre pour tous les sous-produits à condition d’éliminer le CO₂, en évitant la décomposition à l’air libre de la matière organique et en se substituant aux énergies fossiles.

• Elle fournie un bio-engrais naturel hygiénisé qui peut être utilisé par les agriculteurs locaux.

• Elle assure des fonctions d’épuration et d’assainissement en transformant des effluents en engrais et amendements.

• Elle participe à la mise en place d’une économie circulaire territoriale en abaissant le coût de retraitement des déchets.

• Elle produit localement une énergie exploitable à bas coût : eau chaude, vapeur, biogaz et produit de l’électricité revendue à EDF

• C’est une solution pour la mise en conformité du recyclage des déchets permettant d’assurer traçabilité et valorisation.
  

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