La mise en application de la performance énergétique des stations d'épuration en boues activées
Résumé
Beside suitable treatment performance for ensuring protection of the natural receiving environment, activated sludge wastewater treatment plants have, from now on, to reduce their non-renewable energy consumption and to use or even to produce renewable energy for the needs of the treatment. Hence, implementing their energy performance leads to reconsider their design. The biological reactor must be relevantly designed and cogeneration on biogas produced by anaerobic digestion as well as solar drying of sewage sludge may be promoted. The results of the process simulation of an existing low-design capacity wastewater treatment plant show that implementing anaerobic digestion only is not sufficient to achieve regulation requirements. Anaeroboc co-digestion fed with external high-potential methane substrates is necessary and can allow, by itself, to achieve those requirements. However, such solution implies additional regulation requirements and operational restrictions which should be fully considered by the employers. Furthermore, solar drying of sewage sludge can allow, by itself, to attain the binding target for energy from renewable sources. Last but not least, the current operating conditions and energy performance of the scrutinised wastewater treatment plant underline the important matter of reducing clear water in the influent. Capital expenditures for implementing energy performance would amount to approximately half of those of the wastewater treatment plant itself. Moroever, the expected income from the sale of electricity produced by cogeneration would not cover the expenditure for purchasing electricity from the public networks. As a solution to the raised issues, nitrogen removal by using anamnox bacteria and two-phase co-digestion with pre-treated co-substrates might be implemented on a wider scale over the coming years.
En plus d'assurer une performance de traitement indispensable au bon état écologique des milieux naturels récepteurs, les stations d'épuration en boues activées doivent dorénavant, pour les besoins du traitement, consommer moins d'énergie non renouvelables et utiliser des énergies produites à partir de sources renouvelables. La mise en application de leur performance énergétique induit de reconsidérer leur destination. Celle-ci nécessite une conception adaptée du réacteur biologique et représente de fait une opportunité pour la valorisation par cogénération du biogaz formé durant la digestion anaérobie et pour le séchage des boues par énergie solaire. La simulation par le calcul de ces procédés sur une station d'épuration existante - de petite capacité nominale, démontre que la digestion anaérobie des boues biologiques seules est insuffisante pour répondre aux objectifs réglementaires. La mise en oeuvre d'une co-digestion avec l'admission de co-substrats extérieurs à fort potentiel méthanogène est indispensable et peut permettre, à elle seule, de les atteindre. Celle-ci conduit toutefois à des contraintes réglementaires et d'exploitation supplémentaires qui devraient être pleinement considérées par les maîtres d'ouvrages. D'autre part, le séchage solaire peut permettre, à lui seul, d'atteindre l'objectif réglementaire en termes de part d'énergies renouvelables. Enfin, le fonctionnement et la faible performance énergétique actuels de la station d' épuration étudiée rappellent l'importance de réduire les eaux claires dans l'influent. Les dépenses d'investissement pour la mise en application de ces procédés représenteraient environ la moitié de celles de la station d'épuration seule. En outre, la recette attendue de la vente d'électricité produite par cogénération ne permettrait pas de couvrir la dépense liée à l'achat d'électricité depuis le réseau public. En réponse aux contraintes soulevées, le traitement de l'azote par les bactéries anamnox et la co-digestion en deux phases avec un prétraitement des co-substrats, pourraient être plus largement étendus à la pratique dans les années à venir.
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