MÉMOIRE CONFIDENTIEL - AgroParisTechsiafee.agroparistech.fr/.../idea-2010-conf-2013-darlu.pdf · MÉMOIRE CONFIDENTIEL Présenté par Juliette Darlu Dans le cadre de la dominante

MÉMOIRE

CONFIDENTIEL

Présenté par Juliette Darlu Dans le cadre de la dominante d’approfondissement : IDEA (Ingénierie de l’Environnement, Eau, Déchets et Aménagements durab les)

Analyse technico-économique des filières de traitement des lixiviats

Pour l’obtention du :

DIPLÔME D’INGENIEUR d’AGROPARISTECH Cursus ingénieur agronome

et du DIPLÔME D’AGRONOMIE APPROFONDIE Stage effectué du : 15/03/10 au 17/09/10 A : Direction Technique, Scientifique et Développement Durable de Veolia Propreté 169 avenue Georges Clémenceau 92735 Nanterre Enseignante-responsable : Claire-Sophie Haudin

Maîtres de stage : Eric Camion et Boris Efremenko

Soutenu le : 22 septembre 2010

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ATTENTION !

Ce rapport est strictement confidentiel. Son contenu est la

propriété de VEOLIA Propreté. Merci de ne pas diffuser ou

communiquer à des tiers.

J. Darlu – Analyse technico-économique des filières de traitement des lixiviats

ConfidentielConfidentielConfidentielConfidentiel VeoliaVeoliaVeoliaVeolia Propreté Propreté Propreté Propreté –––– AgroParisTech AgroParisTech AgroParisTech AgroParisTech - 4 -

Remerciements

Je voudrais remercier Eric Camion et Boris Efremenko de m’avoir permis de réaliser ce

stage au sein de la DTSD, de m’avoir fait découvrir les deux métiers du stockage des

déchets et du traitement biologique et de m’avoir donné l’opportunité de me déplacer sur

site et de me confronter à la réalité du terrain. Je tiens aussi à remercier vivement

Monique Kallassy pour le temps qu’elle m’a consacré et qui a su orienter mon travail de

façon pertinente et de manière à ce que je puisse avancer sur de nombreux sujets. Merci à

Catherine Quirino d’avoir été présente tout au long de ces six mois et d’avoir relu et

corrigé mon rapport. Merci à Phil Abraham et Gérard Fries pour l’estime et le temps qu’ils

accordent aux stagiaires. Je tiens à remercier tous les exploitants et responsables des

traitements des lixiviats que j’ai rencontrés et qui m’ont consacré du temps pour répondre

à mes questions. Je remercie aussi Claire-Sophie Haudin d’avoir suivi le déroulement et

l’évolution de mon stage. Merci à tous les membres de la DTSD et aux stagiaires en

particulier pour m’avoir fait passer un stage dans une ambiance agréable. Je voudrais aussi

remercier mon père pour ses précieux conseils en statistiques et sur mon mémoire en

général.



Table des matières Remerciements.......................................................................................................................- 4 - Table des matières..................................................................................................................- 5 - Liste des abréviations.............................................................................................................- 6 - Liste des figures .....................................................................................................................- 7 - Liste des tableaux...................................................................................................................- 7 - Introduction............................................................................................................................- 8 - A. Généralités sur la gestion des lixiviats...........................................................................- 9 -

1. Présentation de Veolia Environnement et de la DTSD..............................................- 9 - 2. La production et le traitement des déchets...............................................................- 10 - 3. Le stockage et le compostage des déchets ...............................................................- 13 - 4. Définition et caractérisation des lixiviats.................................................................- 15 - 5. La production de lixiviat : stockage et compostage.................................................- 16 - 6. Les différentes filières de traitement des lixiviats ...................................................- 20 -

B. Contexte, problématique de l’étude et méthodologie ..................................................- 24 - 1. Contexte de l’étude et définition du projet ..............................................................- 24 - 2. Méthodologie ...........................................................................................................- 26 - 3. Limite de l’étude et problèmes rencontrés...............................................................- 31 -

C. Résultats.......................................................................................................................- 32 - 1. Exemple d’un site de stockage : le site de la Somme ..............................................- 32 - 2. Exemple d’un site de compostage : le site de Loire Atlantique...............................- 40 - 3. Synthèse des différents sites ....................................................................................- 44 - 4. Comparaison entre les différents traitements...........................................................- 45 - 5. Note globale pour tous les sites ...............................................................................- 49 - 6. Discussion sur la pertinence d’une telle comparaison .............................................- 49 -

Conclusion générale.............................................................................................................- 52 - Bibliographie........................................................................................................................- 54 - Table des annexes ................................................................................................................- 56 - Annexes................................................................................................................................- 57 - Summary..............................................................................................................................- 87 - Résumé.................................................................................................................................- 88 -



Liste des abréviations AGV : Acide Gras Volatile AOB : Ammonium Oxydante Bacteria AP : Arrêté Préfectoral BTP : Bâtiments et travaux publics CA : Charbon actif CGE : Compagnie Générale des Eaux COD : Carbone Organique Dissous Creed : Centre de Recherches pour l'Environnement, l'Énergie et le Déchet CRPE : Centre de Recherche pour la propreté et l’Energie DBO : Demande Biologique en Oxygène sur une période de 5 jours DCO : Demande Chimique en Oxygène DMA : Déchets ménagers et assimilés DREAL : Direction Régionale de l’Aménagement, de l’Environnement et du Logement DTSD : Direction Technique Scientifique et Développement Durable DV : Déchets verts ISDD : Installation de Stockage des Déchets Dangereux ISDND : Installation de Stockage des Déchets Non Dangereux ITOM : Installation de Traitement des Ordures Ménagères MES : Matières en suspension MO : Matière Organique NF : Nanofiltration NOB : Nitrite Oxydante Bacteria OI : Osmose Inverse OM : Ordures ménagères PEHD : Polyéthylène Haute Densité R&D : Recherche et Développement REFIOM : Résidus d’Epuration des Fumées d’Incinération des Ordures Ménagères SBR : Sequencing Batch Reactor Step : Station d’épuration UIOM : Usine d’Incinération d’Ordures Ménagères UF : Ultrafiltration VP : Veolia Propreté



Liste des figures Figure 1 : Production de déchets dans les pays européens en 2007 ([2])........................- 11 - Figure 2 : Répartition de la production de déchets en fonction du secteur d'activité en 2008

(source ADEME).............................................................................................- 12 - Figure 3 : Courbe théorique de l'évolution de la température au cours du compostage

([8])………………… .....................................................................................- 14 - Figure 4 : Etapes de la méthanisation ([12]) ...................................................................- 17 - Figure 5 : Evolution de la composition du lixiviat et du biogaz dans les décharges

([11])………. ..................................................................................................- 19 - Figure 6 : Fonctionnement général d'une plateforme de compostage (Darlu)................- 20 - Figure 7 : Localisation géographique des sites étudiés ...................................................- 27 - Figure 8 : Principe du Biosep (www.veoliawaterst.com/biosep).....................................- 33 - Figure 9 : Vue 3D du Biosep (www.veoliawaterst.com/biosep) .....................................- 33 - Figure 10 : Flux des différents effluents pour le système de traitement des lixiviats du site de

la Somme (Darlu) ...........................................................................................- 34 - Figure 11 : Evolution de la concentration en NH4

+ du lixiviat brut (site de la Somme) ...- 35 - Figure 12 : Résultat de la régression multiple sur StatView pour l'effet Temps/Température

sur la DCO du lixiviat brut..............................................................................- 36 - Figure 13 : Evolution des rendements épuratoires du bassin de lagunage depuis 2003....- 38 - Figure 14 : Schéma du système de traitement des lixiviats pour le site de Loire-Atlantique

(Darlu) ............................................................................................................- 41 - Figure 15 : Notation des sites de Loire Atlantique et de la Somme..................................- 45 - Figure 16 : Notes moyennes pour les différents sites audités ...........................................- 49 - Figure 17 : Bassin de stockage des lixiviats (Darlu).........................................................- 80 - Figure 18 : Bassin Tampon de Sédimentation (Darlu) .....................................................- 80 -

Liste des tableaux Tableau 1 : Principaux paramètres permettant de caractériser les lixiviats .......................- 16 - Tableau 2 : Composition du lixiviat en fonction de son âge ([15],[16] et [11]) ................- 18 - Tableau 3 : Caractéristiques physico-chimiques du lixiviat de compost ([17]).................- 20 - Tableau 4 : Les différents types de traitement disponibles et la pollution visée (Darlu) ..- 21 - Tableau 5 : Liste des coûts opératoires ..............................................................................- 28 - Tableau 6 : Echelle de notation de 1 à 5 pour les critères "Coût du traitement" et "Efficacité

du traitement"..................................................................................................- 30 - Tableau 7 : Coefficient de pondération pour la note globale.............................................- 31 - Tableau 8 : Synthèse des résultats des tests statistiques pour les rendements épuratoires du

site de la Somme.............................................................................................- 38 - Tableau 9 : Rendement épuratoire moyen de chaque étape de traitement.........................- 39 - Tableau 10 : Coûts opératoires du traitement par SBR et épandage sur saulaie..................- 43 -



Introduction

L’eau est une ressource vitale et précieuse. L’Homme, en tant qu’acteur de l’environnement, se doit de préserver sa qualité dans toutes ses activités. Une eau de qualité, sans polluant et éléments chimiques nocifs pour l’environnement et la santé humaine est nécessaire au bon fonctionnement des écosystèmes. Les Etats européens ont l’obligation de préserver et de contrôler la qualité de leurs eaux.

Dans le domaine du traitement des déchets, la gestion des eaux n’est pas l’activité principale. Pourtant, les lixiviats, effluents issus du ruissellement de l’eau de pluie dans le massif de déchets ou des andains de compostage, sont fortement pollués et doivent être traités avant d’être rejetés dans le milieu naturel. De par leur composition et le volume produit, ces effluents sont différents des eaux résiduaires urbaines qui sont envoyées en station d’épuration. Les traitements mis en place vont donc être différents.

Veolia Propreté, entreprise française spécialisée dans la gestion des déchets, doit traiter plus de 7 millions de m3 de lixiviats par an dans le monde. Afin de respecter à la fois l’environnement et de rester compétitif, la mise en place de filières de traitements des lixiviats efficaces et adaptées au contexte est nécessaire. De nombreuses filières variées sont disponibles au sein de Veolia Propreté. Actuellement, il n’existe pas de retour d’expérience et de comparaison sur le fonctionnement des différentes filières de traitement.

La DTSD, Direction Technique Scientifique et Développement Durable de Veolia Propreté, a compris l’enjeu que représentait la gestion des lixiviats pour le Groupe. Son objectif est de connaître avec précision tous les traitements disponibles dans le monde, leur efficacité et leur coût afin d’être en mesure de proposer et de conseiller des solutions à ses exploitants partout dans le monde. Les métiers du stockage et de compostage des déchets sont tous les deux concernés et l’étude s’effectuera de manière parallèle. L’étude qui va suivre est une première étape dans ce travail : il s’agira de mettre en place une méthode de travail pour auditer et comparer le fonctionnement des filières de traitement et d’appliquer cette méthode à 8 sites français et 3 sites anglais et de répondre principalement aux trois questions suivantes : Quels sont les systèmes de traitements des lixiviats disponibles au sein de Veolia Propreté ? Comment comparer différentes filières de traitements et dégager les points clés dans la gestion de ces effluents ? Quel est le coût de traitement en fonction de la filière ? Cette dernière question ne sera certainement pas facile à traiter.

Dans un premier temps, une vue générale sur la gestion des déchets et un tour d’horizon sur le traitement des lixiviats seront présentés. Le cadre de travail, la problématique et la méthodologie employée seront définis. Après s’être appuyés sur deux exemples de filières de traitement, les résultats finaux seront présentés globalement.



A. Généralités sur la gestion des lixiviats

1111.... Présentation de Présentation de Présentation de Présentation de Veolia Environnement et Veolia Environnement et Veolia Environnement et Veolia Environnement et de de de de la DTSDla DTSDla DTSDla DTSD

1) Présentation de Veolia Environnement

Veolia Environnement est une entreprise française travaillant dans le domaine de l’environnement. Créée en 1853 à Lyon sous le nom de Compagnie Générale des Eaux (CGE), l’entreprise était spécialisée dans le domaine de la distribution de l’eau. En 1980, elle se spécialise dans le traitement des eaux, l'énergie, les transports, la propreté, l'immobilier et la construction. En 1998, la CGE prend le nom de Vivendi. Puis deux ans plus tard, l’entreprise est scindée en Vivendi Universal et Vivendi Environnement. En 2003, Vivendi Environnement est renommé Veolia Environnement. Cette multinationale, implantée dans 74 pays, est présente sur tous les continents, emploie plus de 310000 salariés1 et son chiffre d’affaire est de 34,6 Mds €.

Le groupe est scindé en 4 grandes divisions : Veolia Eau, Veolia Energie (Dalkia), Veolia Transport et Veolia Propreté (ANNEXE 1). J’ai réalisé mon stage au siège de Veolia Propreté à Nanterre, au sein de la Direction Technique Scientifique et Développement Durable (DTSD). Veolia Propreté, N°1 mondial de la propreté, emploie 85600 salariés et son chiffre d’affaire est de 9,05 Mds €.

2) Présentation de la DTSD

La DTSD de Veolia Propreté est une direction corporate qui travaille sur et pour toutes les régions du monde. Elle est divisée en 3 principaux pôles : Sciences et Techniques, Développement Durable et Affaires Publiques. J’ai travaillé au sein du pôle Sciences et Technologies pour les métiers du stockage de déchets (Eric Camion) et du traitement biologique des déchets (Boris Efremenko). L’organisation de la DTSD est décrite en ANNEXE 2.

Les principales missions du pôle Sciences et Techniques sont de capitaliser, coordonner et développer l’expertise technique et scientifique du Groupe pour tous les métiers du traitement de déchets. Son rôle est aussi de diffuser au sein de Veolia Environnement les meilleures pratiques techniques et de développement durable.

La gestion et le traitement des lixiviats est une problématique qui n’est pas nouvelle pour le groupe, la Recherche et Développement (R&D) a déjà beaucoup travaillé sur le sujet. Depuis le début de l’année 2010, la DTSD a la volonté d’approfondir ses connaissances, notamment du point de vue technique, de se tenir au courant des nouveaux procédés sur le marché et de pouvoir émettre des recommandations et conseiller les exploitations. Mon stage s’inscrit dans le début de cette démarche. Il s’agit de faire un état des lieux des systèmes de traitements utilisés par Veolia Propreté en France, en Angleterre et en Allemagne, d’analyser le fonctionnement des unités de traitement et de proposer des améliorations éventuelles. A la suite de mon stage et à partir des résultats obtenus à partir de mes recherches, le travail sur les lixiviats sera continué par le pôle stockage de la DTSD.

1 http://www.veolia.com (chiffres 2009)



2222.... La production et le traitement des déchetsLa production et le traitement des déchetsLa production et le traitement des déchetsLa production et le traitement des déchets

Les lixiviats sont des résidus liquides issus de l’exploitation des centres de stockage de déchets et des centres de traitement biologique des déchets (compostage et méthanisation).

1) Les différents types de déchets

En France, au sens de la loi n°75-633 du 15 juillet 1975, est un déchet [1] « tout résidu d’un processus de production, de transformation ou d’utilisation, toute substance, matériau, produit ou plus généralement tout bien meuble abandonné ou que son détenteur a destiné à l’abandon ». Selon le code de l’environnement, article R541-8, les déchets se classent en 20 catégories. Les plus importantes en termes de quantité sont les déchets ménagers et assimilés, les déchets spéciaux et les déchets inertes.

Les déchets ménagers et assimilés

Les ordures ménagères sensu stricto sont des déchets produits seulement par les ménages mais l’on peut définir les Déchets Ménagers et Assimilés (DMA) comme étant l’ensemble des : • Ordures Ménagères (OM) ;

� Déchets produits par les ménages (1,16kg/hab/jour1), � Déchets assimilés : issus de commerces, de l’artisanat, des bureaux et entreprises

collectés dans les mêmes conditions que les déchets des ménages, • Déchets municipaux dont l’élimination relève des communes ;

� Déchets des collectivités (entretien des voiries et des espaces verts, déchets de l’assainissement)

� Encombrants (vieux meubles, appareils électroménagers types réfrigérateur), • Déchets Industriels Banals (DIB) : déchets non dangereux des industries (papiers, cartons,

bois, textiles, emballages).

Les déchets spéciaux

Les déchets spéciaux sont des déchets ménagers ou industriels présentant un danger pour l’homme et l’environnement. Parfois toxiques, ils nécessitent des précautions particulières lors de leur traitement. Parmi les déchets dangereux figurent notamment les produits explosifs, inflammables, irritants, nocifs, toxiques, cancérogènes, corrosifs, infectieux, les piles, aérosols, peintures… Leurs détenteurs ont l’obligation de les faire éliminer ou valoriser dans des installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE) de classe I, spécialisées dans le traitement de ces déchets et répondant à des normes particulières.

Les déchets inertes

Les déchets inertes sont définis comme des déchets qui ne subissent aucune modification physique, chimique ou biologique importante. Ils ne se décomposent pas, ne brûlent pas et ne produisent aucune autre réaction physique ou chimique. Ils ne sont pas biodégradables et ne détériorent pas d'autres matières avec lesquelles ils entrent en contact, d'une manière susceptible d'entraîner une pollution de l'environnement ou de nuire à la santé humaine [1]. Les déchets proviennent essentiellement des travaux des bâtiments et travaux publics ou BTP (démolition, construction, entretien) et des mines et carrières. Cependant, des déchets à priori inertes peuvent réagir avec certains composés et ne plus être considérés comme inertes. C’est notamment le cas du plâtre qui, en présence de matières organique (MO) produit des gaz sulfurés (H2S).

1 Observatoire et Statistiques de l’Environnement, Ministère de l’Ecologie, de l’Energie et du Développement Durable.



Les autres types de déchets

Il existe de nombreux autres types de déchets qui sont soumis à une réglementation particulière concernant leur traitement et leur stockage :

• les déchets d'activité de soins,

• les déchets agricoles,

• les déchets radioactifs.

Dans le cadre de l’étude, les déchets étudiés seront essentiellement les DMA et les déchets verts (DV) qui sont la plupart du temps inclus dans les DMA. Les paragraphes suivants aborderont la problématique de la gestion des lixiviats uniquement dans le cas du traitement de ce type de déchets.

2) La production de déchets en Europe et en France

En Europe

La production d’ordures ménagères est assez stable depuis 2000. La Figure 1 représente la production de déchets dans les pays européens [2]. Les différences entre les pays peuvent s’expliquer par une consommation différente mais aussi par une méthode de mesure et un type de déchets pris en compte différent. Globalement, les pays à forte consommation ont généralement une production de déchets importante. La production a tendance à se stabiliser depuis 2007 [2].

Production de déchets par habitant et par an pour l es pays européens en 2007

0

100

200

300

400

500

600

700

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Figure 1 : Production de déchets dans les pays européens en 2007 ([2])

En France

En 2008, la production de déchets a été de 868 millions de tonnes [3] (Figure 2). Les secteurs d’activités qui produisent le plus de déchets sont les déchets des mines, des carrières et des BTP (359 millions de tonnes) et les déchets de l’agriculture et de la sylviculture (374 millions de tonnes). Les déchets des ménages ne correspondent qu’à 31 millions de tonnes soit 3,5% de la production annuelle.



Les DMA correspondent à 47 111 000 tonnes de déchets produites annuellement.

Figure 2 : Répartition de la production de déchets en fonction du secteur d'activité en 2008

(source ADEME)

Les différentes filières de traitement des déchets

Après avoir été collectés, les DMA sont envoyés vers différents centres de traitement :

• directement en Installation de Stockage des Déchets Non Dangereux (ISDND).

• en Usine d’Incinération d’Ordures Ménagères (UIOM). La combustion des déchets permet de réduire le volume des déchets de 90% et leur masse de 70%. Les mâchefers (résidus de l’incinération) peuvent être valorisés ou envoyés en ISDND en fonction de leur pouvoir calorifique [4]. Les Résidus d’Epuration des Fumées d’Incinération d’Ordures Ménagères (REFIOM) sont stockés dans des Installations de Stockage de Déchets Dangereux (ISDD).

• en centre de tri : les déchets triés sont envoyés dans des usines de recyclage spécifique de ces matières. Les refus de tri sont envoyés en ISDND ou en UIOM.

• vers un centre de compostage : le compostage permet une dégradation aérobie de la MO et la stabilisation des matières fermentescible. Les DMA envoyés en plateforme de compostage sont principalement des DV issus des collectivités1. Le compost est valorisé agronomiquement et les refus sont envoyés en ISDND ou UIOM.

• valorisés par méthanisation (traitement anaérobie de la MO), puis compost. Les résidus de traitement et refus sont envoyés en ISDND.

En France, mais aussi généralement dans le monde, la majorité des déchets sont envoyés vers les filières de stockage ou d’incinération (plus de 70%) alors que le compostage et la méthanisation restent des filières encore minoritaires en France [5]. La répartition des différents traitements pour les déchets non dangereux est en ANNEXE 3.

Dans le cas de la production de lixiviats, ce sont les métiers du stockage et du traitement biologique qui sont concernés.

1 Selon les données e-report (Veolia Propreté)



3) Définition et gestion des lixiviats

Selon la Directive Européenne 1999/31/CE du 26 avril 1999 [6], un lixiviat est défini comme « tout liquide filtrant par percolation des déchets mis en décharge et s’écoulant d’une décharge ou contenu dans celle-ci ». L’exploitant du centre de stockage ou de la plateforme de compostage a l’obligation de « traiter les eaux contaminées et les lixiviats recueillis dans la décharge afin qu’ils atteignent la qualité requise pour pouvoir être rejetés ». Un casier (lieu ou les déchets sont enfouis) doit être complètement étanche et empêcher l’infiltration des lixiviats dans le sol ou les nappes phréatiques grâce à « une barrière géologique assortie d’un revêtement étanche » et permettre que les lixiviats soient « recueillis de manière efficace, en temps opportun et dans les conditions requises ».

En France, l’exploitation est tenue d’avoir « des équipements de collecte et de stockage avant traitement des lixiviats […] réalisés pour chaque catégorie de déchets faisant l'objet d'un stockage séparatif sur le site. L'installation comporte ainsi un ou plusieurs bassins de stockage des lixiviats correctement dimensionnés ».

De plus, « les conditions de traitement des lixiviats sont fixées par un arrêté préfectoral (AP)» et les lixiviats ne peuvent être rejetés dans le milieu naturel que s’ils respectent les normes de rejets minimales pour la France [7] décrites en ANNEXE 4. Il est interdit de diluer les lixiviats et de les épandre sauf cas particulier spécifié dans l’AP. L’AP est différent pour chaque exploitation : l’AP peut être plus exigeant par rapport aux normes minimales de rejet ou interdire le rejet en milieu naturel.

En Angleterre, les normes de rejets ne sont pas définies nationalement et la plupart des sites envoient leurs effluents épurés en station d’épuration (step1).

• Normes de rejets : pour un rejet en milieu naturel, il faut un « permit » (permis) délivré par l’ « Environmental Agency » (équivalent des DREAL2 en France).

• Envoi en step : un accord est passé entre l’exploitant et la step : un « trade effluent consent » ou un « trade effluent agreement » est signé. Dans certains cas, une autorisation supplémentaire d’envoi d’effluent est exigée par « l’environmental regulator » qui est le plus souvent représenté par l’ « Environmental Agency ».

3333.... Le stockage Le stockage Le stockage Le stockage et le compostage et le compostage et le compostage et le compostage des déchetsdes déchetsdes déchetsdes déchets

1) Le fonctionnement d’une installation de stockage des déchets

Une ISDND est une zone fermée et étanche : les déchets enfouis ne doivent pas pouvoir sortir de l’enceinte du site d’une quelconque manière : envol des déchets (principalement plastiques), ruissellement des eaux de pluies, infiltration des lixiviats dans la nappe…

Une ISDND est constituée de plusieurs casiers, eux-mêmes séparés en alvéoles. Ces alvéoles vont être remplies les unes après les autres de déchets (ANNEXE 6).

En entrant dans l’ISDND, les déchets sont pesés et il est vérifié qu’ils correspondent bien à des déchets catégorisés comme étant non dangereux. Ils sont ensuite déchargés dans l’alvéole en cours d’exploitation. Dans certains cas, les déchets sont préalablement déchargés dans un hangar, sommairement triés pour homogénéiser l’alvéole puis envoyés dans le casier. Une fois dans l’alvéole, le déchet est compacté grâce à un tracteur-compacteur à larges roues et chaque soir, une couverture provisoire naturelle ou synthétique est disposée sur l’alvéole pour limiter l’envol des déchets et la diffusion d’odeur. Une fois qu’une alvéole est remplie, elle

1 http://www.netregs.gov.uk/netregs & http://www.environment-agency.gov.uk 2 Direction Régionale de l’Aménagement, de l’Environnement et du Logement



est partiellement refermée par une couche d’argile. Lorsque le casier entier est plein, une couverture finale est posée, constituée le plus souvent d’une géomembrane (membrane artificielle étanche) et d’une couche de terre et de végétation (ANNEXE 5). Au cours du stockage, la matière organique se dégrade et produit du biogaz qui est collecté. Il peut être valorisé en énergie thermique et/ou électrique si la teneur en méthane est suffisante.

La collecte des lixiviats

Lors de la construction de l’ISDND, une couche protectrice au fond du casier est mise en place et est constituée d’une barrière passive de 5 m constituée d’une couche naturelle imperméable type argile et d’une barrière active constituée d’une géomembrane en Polyéthylène Haute Densité (PEHD) imperméable, d’un géotextile protégeant la géomembrane et d’une couche drainante de graviers de 50 cm d’épaisseur.

Les drains pour lixiviats sont déposés sur le fond du casier. Les lixiviats peuvent ensuite être collectés par voie gravitaire ou grâce à des puits de relevage activés par des pompes.

Ces dispositions permettent de limiter au maximum le risque de ruissellement et d’infiltration de lixiviats dans le milieu naturel.

2) Le fonctionnement d’une plateforme de compostage

Les déchets peuvent être valorisés principalement de deux manières : par voie aérobie, c'est-à-dire en présence d’oxygène (compostage) ou par voie anaérobie, c'est-à-dire absence d’oxygène (méthanisation). Il existe deux types de centres de compostage : les centres industriels, en dur et fermé pouvant traiter une quantité importante de déchets par an (jusqu’à 100000 t/an) et des plateformes de compostage, en plein air traitant de plus faible quantité (environ 10000 t/an). Les centres industriels produisent très peu de lixiviat. Dans cette étude, il sera considéré uniquement les petites plateformes de compostage et la méthanisation ne sera pas abordé.

Principe du compostage

Le principe du compostage est la diminution du volume de déchets en favorisant la dégradation de la MO grâce à des microorganismes fonctionnant en aérobie. On peut décomposer le traitement par compostage en deux grandes phases : une première phase de fermentation1 suivie d’une phase de maturation.

Figure 3 : Courbe théorique de l'évolution de la température au cours du compostage ([8])

1 On utilise le terme « fermentation » bien que les réactions s’effectuent en aérobie.



Phase de fermentation

Durant la phase de fermentation, les composés facilement biodégradables vont être décomposés grâce à des bactéries mésophiles (croissance à température modérée, 25 à 40°C) puis thermophiles (croissance à haute température, ~70°C) qui se développent naturellement dans le milieu. Cette première phase s’accompagne d’une augmentation de la température, le tas de compost pouvant atteindre jusqu’à 70°C, signe d’une forte activité microbienne [8]. Cela permet la destruction des bactéries pathogènes et du pouvoir germinatif des graines susceptibles de germer lors de l’épandage du compost [9]. Lors de cette phase, une quantité importante de CO2 est libérée dans l’atmosphère et cela entraine souvent une déshydratation du compost. Il est important de conserver une humidité suffisante afin que les réactions puissent s’effectuer correctement. Cette phase de fermentation dure environ 2-3 mois et dépend fortement du climat (pluviométrie, température), des déchets et des méthodes d’aération.

Phase de maturation

Lors de la maturation, ce sont les composés organiques les moins biodégradables comme les polymères de cellulose qui sont décomposés. Ce sont principalement des champignons actinomycètes, déjà présents dans le milieu, qui décomposent la MO. La température diminue au fur et à mesure pour atteindre 20°C environ (étape de refroidissement). Il suit une phase d’humification où de l’humus va être produit. Cette phase dure environ 2-3 mois et de la même manière que la phase de fermentation elle dépend des conditions extérieures.

Dans le cas où le site est ouvert, on appelle lixiviat, l’effluent issu du ruissellement de l’eau de pluie sur les andains et sur la surface étanche de la plateforme ainsi que la production liquide issue du processus de compostage. Dans les cas des sites fermés, la production de lixiviat est très faible et résulte uniquement de la production liquide due au compostage.

4444.... Définition et caractérisation des lixiviatsDéfinition et caractérisation des lixiviatsDéfinition et caractérisation des lixiviatsDéfinition et caractérisation des lixiviats

Pour pouvoir traiter efficacement les lixiviats, il faut choisir un traitement adapté à ces caractéristiques. Il existe plusieurs indicateurs de la composition du lixiviat qui permettent d’évaluer son évolution. Le Tableau 1 détaille les indicateurs physico-chimiques les plus utilisés pour caractériser le lixiviat [10]. On définit comme la charge, la concentration en polluant du lixiviat.

Paramètres Définitions

pH Mesure l’acidité du lixiviat.

Carbone Organique

Dissous

Mesure le carbone dissous disponible pour la biodégradation.

Demande Chimique

en Oxygène (DCO)

La DCO correspond à la quantité d'oxygène (en milligramme) qui a été

consommée par voie chimique pour oxyder l'ensemble des matières oxydables

présentes dans un échantillon de 1 litre d’effluent. C’est un indicateur de

l’oxydabilité du milieu et donc la quantité de carbone oxydable par les

bactéries. Il est moins précis que la DBO5 quant à la biodégradabilité du milieu

mais est facilement mesurable et reproductible.

Demande biologique

en Oxygène sous 5

jours (DBO5)

La DBO5 mesure la quantité d’oxygène consommée en 5 jours à 20°C par les,

microorganismes vivants présents dans l’effluent. Cela permet d’estimer la

quantité de matières biodégradables dans le lixiviat.

Rapport de

Biodégradabilité

DBO5/DCO

Ce rapport donne une indication de la fraction biodégradable d’un effluent. En

général, on considère que si le rapport DBO5/DCO>0,3, l’effluent est

biodégradable. Si le rapport DBO5/DCO<0,3 l’effluent est peu biodégradable

[10].



Paramètres Définitions

Conductivité La conductivité de l'eau est proportionnelle à la concentration en ions (sels

minéraux principalement) dissous dans l'eau. Plus une eau aura une

conductivité importante plus elle comportera d’ions. C’est un indicateur qui

permet de mesurer la charge saline de l’eau.

Matières En

Suspension (MES)

Il s'agit de l'ensemble des particules minérales et/ou organiques présentes dans

une eau naturelle ou polluée. Connaître la composition en MES permet de

savoir s’il y aura besoin d’une filtration importante ou s’il y a un gros risque

d’encrassement.

Azote ammoniacal

N-NH4+ 1

C’est une des formes réduites de l’azote. C’est un indicateur de la dégradation

de la MO dans le massif de déchets ou dans les andains de compostage.

Azote Kjedhal NTK Représente l’ensemble de l’azote réduit soit N-NH4+ et l’azote organique.

Azote global NGL Représente à la fois les formes réduites et oxydées de l’azote soit :

NGL = NTK + N-NO3- + N-NO2-

Tableau 1 : Principaux paramètres permettant de caractériser les lixiviats

5555.... La production de lixiviatLa production de lixiviatLa production de lixiviatLa production de lixiviat : s: s: s: stockage et composttockage et composttockage et composttockage et compostageageageage

1) La production des lixiviats dans les centres de stockage

Vue générale

Lors de son enfouissement, le déchet va subir une lente décomposition2 (Figure 4). Le massif de déchets va alors évoluer et passer par plusieurs étapes de décomposition [11] produisant alors du biogaz et des lixiviats :

• Etape I : initiale aérobie.

• Etape II : hydrolyse et acidogenèse.

• Etape III : acétogenèse.

• Etape IV : méthanogenèse.

Durant ces différentes phases, les caractéristiques du lixiviat évoluent (pH, composition physico-chimique…) en fonction de l’évolution des déchets dans le massif. La quantité de biogaz produit dépend aussi de la décomposition des déchets. Lors de la mise en place de filières de traitement, il faudra alors dimensionner celle-ci en fonction de la possible évolution du volume et de la qualité du lixiviat.

1 Les quantités d’azote sont toujours exprimées en unités de N (d’où la formulation N-N…). Il suffit ensuite d’appliquer un diviseur spécifique pour chaque type d’azote. 2 Dans la littérature, les différentes phases de décomposition de massif de déchets peuvent être différentes et sont plus ou moins détaillées en sous phases.



Figure 4 : Etapes de la méthanisation ([12])

Phase I : aérobie

Pendant cette première phase, l’oxygène contenu dans les casiers va être complètement consommé par la respiration aérobie de bactéries qui dégradent la matière organique (MO). L’oxygène est rapidement consommé en quelques jours. Même si cette phase est relativement courte, elle est nécessaire car la dégradation en aérobiose de la MO limite ensuite la production d’acide par des réactions de fermentation. La respiration bactérienne conduit à la production de CO2 dans le milieu par la réaction : CxHyOz + O2 � CO2 + H2O

Les lixiviats issus de cette première phase proviennent principalement de la compaction des déchets et des précipitations. Le lixiviat est encore peu chargé (voir Tableau 2), la dégradation des déchets étant peu avancée.

Phase II : hydrolyse et acidogenèse

Après la disparition du dioxygène dans le massif de déchets, il y a un développement de bactéries anaérobies (strictes ou facultatives) hydrolysant la MO complexe. La majeure partie de la MO présente dans le massif de déchets est composée de cellulose et d’hémicellulose [13]. Les matières organiques sont dépolymérisées par des enzymes lytiques exocellulaires : cellulase, amylases, protéases, lipases. Les produits de l’hydrolyse sont principalement des sucres simples, des acides gras et des acides aminés. Ils sont ensuite convertis en Acides Gras Volatils (AGV), alcool et NH4

+. Cette étape est réalisée par des bactéries acidogènes fonctionnant en anaérobie stricte ou facultative [14].

Les lixiviats issus de l’hydrolyse et de l’acidogenèse ont une concentration en DCO supérieure à 10000 mg/L et un rapport DBO5/DCO>0,3 (Tableau 2). La DCO est majoritairement composée d’AGV (95%) et les molécules à haut poids moléculaire correspondent à moins de 2% de la DCO [11]. La production d’acide diminue le pH,



contribuant à la solubilisation des métaux : la concentration en métaux lourds est plus élevée pendant la phase II et la phase III que pendant la méthanogenèse.

Phase III : acétogenèse

Ces AGV vont ensuite être transformés en acétate (CH3COOH), H2 et CO2 via des bactéries acétogènes. Cette étape conduit à la formation des précurseurs du méthane. Le dihydrogène est rapidement consommé lors de l’étape suivante : la méthanogenèse [12].

Le rapport DBO5/DCO commence à diminuer, la MO dégradable étant transformée en acétate [10].Le processus de méthanisation peut se dérouler en même temps que la fin de l’acétogenèse [11]. Il existe deux voies métaboliques conduisant à la production de méthane :

• via des bactéries acétotrophes utilisant l’acétate comme donneur d’électron ;

CH3COOH � CH4 + CO2

• via des bactéries hydrogénotrophes utilisant H2 comme donneur d’électron ;

CO2 + 4 H2 � CH4 + 2 H2O

C’est durant cette dernière phase que la production de méthane est la plus importante.

Le ratio DBO5/DCO est généralement faible : la matière organique est quasiment dégradée et il ne reste plus que la MO non biodégradable. La consommation d’acétate tend à faire remonter le pH et à complexifier ou solubiliser les métaux lourds.

La concentration en NH4+des lixiviats issus de la méthanogenèse est élevée. L’ammonium est

principalement issu de la dégradation des protéines et il n’est pas dégradé dans les conditions de méthanogenèse. La seule manière de faire diminuer la concentration en N-NH4 est la lixiviation (entrainement des polluants par le passage d’un fluide, ici, l’eau de pluie).

2) Caractéristiques physico-chimiques d’un lixiviat de stockage

Selon l’état d’avancement de la décomposition du déchet, les caractéristiques physico-chimiques du lixiviat vont être différentes. Le Tableau 2 donne un ordre de grandeur de la composition du lixiviat en fonction de son âge ([11], [15] et [16]).

Acidogenèse Intermédiaire Méthanogenèse Kjledsen

(2002)

Renou (2008)-Abbas(2009)

Renou (2008)-Abbas(2009)

Kjeldsen (2002) Renou (2008)-Abbas(2009)

Age (an) <5 5-10 >10 pH 4,5-7,5 6.5 6.5-7.5 7,5-9 >7.5 DCO (mg/L) 6000-60000 >10000 4000-10000 500-4500 <4000 BOD5/DCO 0,58 >0,3 0,1-03 <0,1 Composés organiques

80% AGV 5-30% AGV + acide humique et fulvique

Acide humique et fulvique

Biodégradabilité Importante Moyenne Faible NH4-N (mg/L) <400 400 740 >400 Métaux lourds (mg/L)

>2.0 <2.0 <2.0

Tableau 2 : Composition du lixiviat en fonction de son âge ([15],[16] et [11])

Toutefois, il faut garder à l’esprit que ce ne sont que des ordres de grandeurs et qu’il est extrêmement difficile de prévoir la composition d’un lixiviat car d’autres facteurs rentrent en compte : type et volume de déchets, pluviométrie, géomorphologie du site…



Figure 5 : Evolution de la composition du lixiviat et du biogaz dans les décharges ([11])

3) Organisation d’une plateforme de compostage de déchets verts et

récupération des eaux de ruissellement et de lixiviation

Les déchets verts (DV) sont collectés puis sont acheminés vers la plateforme de compostage. Après avoir été pesées, les bennes de DV sont déversées et stockées. Elles sont ensuite broyées puis criblées (élimination des particules grossières indésirables comme le plastique). Les DV sont ensuite disposés en andain1 afin que la phase de fermentation s’effectue. En général, la ventilation du compost se fait grâce à une soufflerie située sous les andains. Lorsque la phase de fermentation est achevée, les andains sont déplacés dans une nouvelle zone, sans ventilation artificielle pour subir la phase de maturation. Les andains peuvent être retournés intégralement, une ou plusieurs fois selon les besoins. Lorsque le compost est mature, c'est-à-dire lorsque le compost est en fin de phase de maturation (humification de la matrice), il est déplacé vers une zone de stockage avant d’être vendu comme amendement.

Les lixiviats de compost sont composés à la fois de l’eau ruisselant sur les andains, qui n’est pas absorbée, et de l’eau ruisselant sur le sol de la plateforme. Le lixiviat est en général collecté par voie gravitaire puis récupéré par un caniveau situé dans la partie inférieure conduisant l’eau dans un bassin de stockage. L’installation est construite légèrement en pente (1,5 à 2%) pour faciliter l’écoulement des lixiviats et des eaux de pluies vers les points de collecte. Une vue d’ensemble d’une plateforme est présentée dans la Figure 6.

1 Un andain est la mise en tas de 3 m de hauteur et de 20 à 50 m de long de section trapézoïdale (6 m) de déchets à composter afin de faciliter leur décomposition.



Figure 6 : Fonctionnement général d'une plateforme de compostage (Darlu)

4) Caractéristiques physico-chimiques d’un lixiviat de compost

Un lixiviat de compost est généralement moins chargé en polluants qu’un lixiviat de stockage. Cela est dû à la nature des déchets enfouis (les DV sont moins biodégradables que les OM) et à la dilution importante du lixiviat de compost avec les eaux de ruissellement. Le Tableau 3, ci-dessous, présente les gammes de valeurs que l’ont peut retrouver pour les lixiviats de compost [17].

Lixiviat de compost

Moyenne Minimum Maximum

pH 6,32 3,6 7,9

COD (mg/L) 1320 510 2770

BOD5 830 72 2000

Biodégradabilité 1,6 1,38 7,08

MES (mg/L) 200 49 400

NTK (mg/L) 95 35 215

Conductivité (µS/cm) 2130 1350 5450

Tableau 3 : Caractéristiques physico-chimiques du lixiviat de compost ([17])

6666.... Les différentes filières de traitement des lixiviatsLes différentes filières de traitement des lixiviatsLes différentes filières de traitement des lixiviatsLes différentes filières de traitement des lixiviats

Il existe différents procédés de traitement des lixiviats. Certains sont assez proches de ceux rencontrés en station d’épuration des eaux usées résiduaires (lagunage – nanofiltration) alors que d’autres sont plus spécifiques aux lixiviats (évapoconcentration). Le Tableau 4 présente les principaux types de traitements et les procédés disponibles [16][15]. On définit une filière de traitement des lixiviats comme une combinaison de plusieurs procédés afin d’obtenir un effluent en sortie qui réponde aux critères de qualité souhaités.



Type de

traitement Process Pollution visée Principe

Traitement

membranaire

Filtres

Ultrafiltration

Nanofiltration

Osmose Inverse

MES

DCO dure résiduelle

Sels

Filtration

Traitement

thermique

Evaporation

Evapoconcentration

Incinération

Métaux

MES

MO

Sels

Concentration des

polluants dans la

phase liquide ou

résidu de

combustion

Oxydation Ozonation Pollution organique Oxydation puissante

Traitement

biologique

Lagunage aéré

Culture fixée

Bioréacteur à membrane

Nitrification/Dénitrification

N organique/ions

DCO

DBO5

Dégradation

microbiologique

Traitement

physico-chimique

Coagulation/Floculation

Charbon actif

Résine échangeuse d’ion

DCO dure / Ions

MES

Eléments métalliques

Adsorption

Sédimentation

Tableau 4 : Les différents types de traitement disponibles et la pollution visée (Darlu)

1) Le traitement membranaire

Le principe du traitement membranaire est la filtration de l’effluent au dessus d’un certain seuil granulométrique.

Les filtres : Il existe de nombreux types de filtres qui sont utilisés en prétraitement pour enlever les particules les plus grossières à l’échelle du mm.

L’ultrafiltration (UF) est la filtration des particules supérieures au µm. Les particules évacuées sont principalement les bactéries et la MES. Ce procédé est souvent utilisé après un prétraitement biologique, pour évacuer les bactéries avant d’envoyer l’effluent vers une filière membranaire plus sélective type osmose inverse (OI).

La nano-filtration (NF) permet de filtrer les molécules d’un poids supérieur à 300 Da [16] (métaux, DCO dure). La pression en entrée va de 6 à 30 bars. La nanofiltration est un bon intermédiaire entre l’UF et l’OI pour abattre une majeure partie des polluants. Cependant, les membranes se colmatent assez rapidement et il faut veiller à les contrôler régulièrement.

L’osmose inverse (OI) est un des procédés les plus fréquemment utilisés pour traiter les lixiviats. Il est aussi utilisé pour produire de l’eau potable ou dessaliniser l’eau de mer. L’OI permet de concentrer tous les solides dissous ou en suspension en filtrant les molécules autres que la molécule d’H2O. Elle est extrêmement efficace et les rendements épuratoires sont généralement très bons (>98% pour la DCO) [15]. Un des points faibles de ce procédé est l’encrassement récurrent des membranes et la production d’un volume important de saumures (concentrat), qu’il faut ensuite traiter par surconcentration ou incinération.

2) Les traitements thermiques

Le principe des traitements thermiques est de concentrer la pollution dans une phase solide ou liquide. Les principaux procédés disponibles sont l’évaporation naturelle accélérée, l’évapo-concentration ou l’incinération.



L’évaporation naturelle accélérée permet d’évaporer à pression ambiante l’effluent en augmentant la surface d’échange et sa température. Il est peu courant d’avoir recours à ce type de procédé pour le traitement des lixiviats.

L’évapoconcentration permet de séparer les polluants du lixiviat brut en les concentrant dans la phase liquide alors que l’effluent épuré est évacué sous forme gazeuse. En général, le traitement s’effectue à très basse pression (moins de 0,1 bar) pour favoriser l’évaporation, les vapeurs sont collectées puis condensées et les concentrats restent au fond de l’évapo-concentrateur. Il existe de nombreux systèmes d’optimisation énergétique comme la récupération de la chaleur lors de la condensation de l’effluent ou l’échange de chaleur avec les moteurs fonctionnant au biogaz.

L’incinération concentre les polluants dans la phase solide, résidu de la combustion. La température dans le four va de 850 à 1100°C1. Les vapeurs, avant d’être rejetées dans le milieu naturel, sont traitées afin d’éliminer les polluants résiduels.

3) L’oxydation

L’oxydation par ozonation est un procédé très efficace pour détruire toute forme de pollution organique. L’ozoneur va bombarder l’effluent d’O3, molécule très oxydante préalablement produite grâce au dioxygène de l’air (exposition aux UV ou application d’un courant électrique puissant, scindant la molécule en deux radicaux d’oxygène distincts). Ce procédé est souvent utilisé dans les usines de production d’eau potable en fin de traitement. Il est encore très peu utilisé pour traiter les lixiviats.

4) Les traitements biologiques

Le principe du traitement biologique est d’utiliser la croissance microbienne pour dégrader les molécules polluantes. La charge abattue est la fraction biodégradable de l’effluent. Les principales réactions chimiques et microbiologiques impliquées sont décrites dans les ANNEXE 7 et ANNEXE 8.

Le lagunage aéré permet à l’effluent d’être en conditions aérobies (oxygène dissous en quantité maximale) et favorise la prolifération de bactéries hétérotrophes par rapport au carbone (utilisant le carbone organique comme source d’énergie). L’azote organique et les molécules biodégradables jouent le rôle de nutriments. La fraction biodégradable de l’effluent et la teneur en azote organique sont donc abattues. On retrouve souvent ce procédé en prétraitement. Il a l’avantage d’être peu coûteux et de demander peu d’entretien.

Le traitement par culture fixée fonctionne sur le même principe que le traitement par lagunage aéré. La différence est que les bactéries sont fixées sur des supports qui encouragent le développement de biofilms [15]. Cela permet d’avoir une bonne croissance bactérienne et un meilleur contact entre bactéries et effluent que lors du lagunage aéré. Par exemple, dans les lits bactériens, les bactéries vont se fixer sur les porosités du support (pouzzolane, plastiques, roches volcaniques…) et l’effluent est aspergé sur ce support, permettant la minéralisation de la MO.

Le traitement par nitrification/dénitrification permet d’abattre la charge azotée.

Les réactions de nitrification s’effectuent en conditions aérobies (présence d’oxygène) par des bactéries AOB (ammonium oxydante bacteria) et NOB (nitrite oxydante bacteria) qui utilisent l’ammonium comme source d’énergie [18].

NH4+ + 2O2 + H2O � NO3

- + 2H3O+

1 http://www.incineration.org/



Les nitrates sont ensuite convertis en N2 grâce à des bactéries hétérotrophes qui ont besoin d’un substrat carboné supplémentaire. Cette réaction de dénitrification s’effectue en milieu anaérobie (absence d’oxygène).

En général, les réactions de nitrification/dénitrification s’effectuent successivement dans un sens ou dans l’autre. Ces réactions peuvent abattre jusqu’à 99% de la charge azotée.

Le bioréacteur à membrane est un procédé qui couple traitement biologique et filtration membranaires [19]. Des réactions de nitrification ou de dégradation de la MO en condition aérobie s’effectuent en même temps que la filtration de l’effluent. Cela permet d’abattre la charge organique et la teneur en MES.

5) Les traitements physico-chimiques

Ils sont souvent utilisés en prétraitement ou fin de traitement.

La coagulation/floculation a pour objectif de décanter les matières colloïdales qui ont des vitesses de sédimentation très faibles, d’une part à cause de leur petite taille (diamètre 1 nm-1 µm), d’autre part, elles sont chargées négativement se repoussant donc entre elles. Pour les agglomérer, on ajoute des sels métalliques qui permettent de supprimer les répulsions (coagulation) puis des polymères qui vont provoquer l’agglomération des matières colloïdales (floculation) et donc leur décantation.

Le traitement par charbon actif (CA) permet de traiter les métaux, la DCO dure résiduelle et les ions. Lors du passage de l’effluent à travers le charbon, les molécules vont s’adsorber dans les nombreuses porosités du charbon. Le charbon doit être renouvelé ou lavé régulièrement, lorsque sa surface d’absorption est pleine. Le charbon se présente sous forme de granulé ou de poudre [16].

La résine échangeuse d’ions permet d’échanger les ions indésirables par une quantité équivalente d’autres ions de même charge électrique. La résine va fixer l’ion indésirable et relâchera dans la solution un ion « inoffensif » comme H+. Les échangeurs d’ions se présentent sous forme de résine en poudre ou en billes conditionnées dans des grandes bouteilles. De la même manière que le charbon actif, il faut renouveler les résines régulièrement.

6) Le traitement des sous-produits

Les procédés décrits ci-dessus génèrent de nombreux sous produits : concentrat d’évapo-concentration, saumure d’OI, boues issues des bassins de traitement biologique. Généralement, ces sous-produits sont envoyés vers les usines d’incinération de déchets dangereux. Les concentrats peuvent être recirculés dans les bassins de stockage des lixiviats bruts ou stabilisés par coulage en béton puis enfouis dans le massif de déchets. La recirculation des concentrats dans le massif de déchets ne se fait plus car cela augmente la charge du lixiviat à traiter [20].



B. Contexte, problématique de l’étude et méthodologie

1111.... ContexteContexteContexteContexte de l’étude et définition du de l’étude et définition du de l’étude et définition du de l’étude et définition du projetprojetprojetprojet

La gestion des lixiviats concerne deux métiers au sein de Veolia Environnement : le stockage et le traitement biologique. Au sein du groupe, 7 000 000 m3/an de lixiviat issus du stockage doivent être traités dans le monde. En France, environ 800 000 m3 doivent être traités chaque année pour un coût moyen de traitement1 de 19€/m3. Cela correspond à un budget de 15,5M€/an pour traiter les lixiviats. Il n’y a pas de chiffres disponibles pour les lixiviats de compost mais pour les sites visités, cela correspond à 0,25 m3/t de déchets. A noter que la production de lixiviat dépend du type de déchets, de la pluviométrie et de la surface en enrobé.

Avec des normes de rejets en milieu naturel de plus en plus exigeantes, la gestion des lixiviats est devenue un enjeu technique et économique pour Veolia Propreté. D’autre part, la production de lixiviat dans le monde va avoir tendance à augmenter dans les prochaines années : les stations d’épurations acceptent de moins en moins les lixiviats comme effluents et la recirculation des lixiviats sur les andains de compost est quasiment arrêtée.

Le rôle de la DTSD est d’apporter une expertise technique et économique sur les problématiques des métiers de la propreté. Conscient de l’importance et de l’enjeu que représentent le traitement des lixiviats pour le groupe, un travail d’analyse des filières de traitement devenait nécessaire pour une synthèse des retours d’expérience.

De nombreuses technologies et procédés de traitement existent dans le groupe sans qu’il y ait systématiquement de retour sur l’efficacité épuratoire ou sur les coûts opératoires de chaque système. Dans le métier du stockage, le traitement des lixiviats est souvent sous-traité à des filiales du groupe ou à des entreprises extérieures. Il y a donc trop rarement un retour sur l’efficacité de la filière. Afin de proposer les meilleures solutions de traitements aux exploitants, il est dans l’intérêt de la DTSD d’avoir une idée précise et critique sur ces types de traitements disponibles, leur efficacité et leur coût.

La qualité du lixiviat est très variable pour chaque site. La composition physico-chimique d’un lixiviat est liée majoritairement à la pluviométrie et au climat, au type de déchets enfouis et à la durée d’exploitation de l’ISDND. En fonction de cette qualité, les types de traitements mis en place vont être différents et un traitement pertinent pour un effluent ne sera pas forcement pertinent pour un autre.

Dans le cas du compostage, les effluents liquides sont encore envoyés en step mais les sites se dotent progressivement de leurs propres systèmes de traitement. Les volumes à traiter sont inférieurs à ceux du stockage ainsi que les budgets alloués par m3 au traitement des lixiviats. Le traitement des lixiviats de compost est simple et ne comporte souvent pas de techniques coûteuses comme l’évaporation ou la filtration. Dans le groupe, il y a donc très peu de recul sur les filières de traitement des lixiviats de compostage.

Pour pouvoir avoir un regard d’expert et comprendre le fonctionnement du système « production de lixiviats-filière de traitement » des connaissances fines et approfondies sont nécessaires, à la fois sur le fonctionnement du process mais aussi sur la qualité des effluents 1 Chiffres Audit DTSD 2007



bruts et intermédiaires. Pour comprendre l’efficacité du traitement biologique par nitrification/dénitrification, il faut connaître les caractéristiques du process ; mais aussi avoir une idée de la biodégradabilité de l’effluent brut. C’est en confrontant ces deux aspects que l’on pourra faire un retour d’expérience rigoureux.

L’efficacité épuratoire et le respect des normes de rejets sont les objectifs prioritaires de Veolia Propreté. L’objectif qui vient ensuite est la diminution des coûts opératoires des filières de traitement. Grâce au détail des postes de dépenses et la compréhension du système de traitement, les points clés qui sont responsables de la majorité des dépenses pourront être identifiés. Si une filière d’osmose inverse est mal dimensionnée par rapport à la charge entrante, les membranes vont se colmater, il faudra un lavage plus fréquent et un renouvellement des membranes tous les 2 ans au lieu de tous les 3 ans ce qui augmentera les coûts. A partir de ce constat, plusieurs questions doivent être posées :

� Quels sont les systèmes de traitement de lixiviats de centre de stockage et de centre de compostage disponibles au sein de VP ?

� Comment comparer différentes filières de traitements des lixiviats et dégager des points clés dans la gestion de ces effluents ?

� Comment déterminer quelles sont les filières les plus adaptées en fonction de l’effluent?

� Quels sont les coûts opératoires d’une filière de traitement des lixiviats ?

Afin de répondre à ces quatre principales questions, le travail a été divisé en fonction des objectifs avec les méthodes et les moyens suivants :

Objectifs Moyens et méthodes Connaître les différents systèmes de traitement des lixiviats utilisé en France et en Grande Bretagne et faire un retour d’expérience

� Audit de 11 sites avec des systèmes de traitement différents

� Collecte de données � Réalisation d’une fiche spécifique de

site Relier le fonctionnement de ces systèmes avec la composition physico-chimique de ces lixiviats

� Collecte de données physico-chimiques � Estimation des rendements épuratoires � Analyse statistiques et interprétation

Estimer le coût de traitement et la répartition entre les différents postes (réactifs, maintenance, main d’œuvre, etc.)

� Collecte et synthèse des données concernant les différents postes

Comparer les différentes filières de traitement en utilisant des indicateurs pertinents

� Choix des indicateurs � Définition de l’échelle de notation � Attribution de notes à chaque site

Identifier les points clés sur le fonctionnement des filières de traitement en fonction de la composition physico-chimique des lixiviats

� Détermination des points clés



2222.... Méthodologie Méthodologie Méthodologie Méthodologie

Le travail a été divisé en 3 grandes parties :

• Audit des sites.

Pour pouvoir évaluer le système de traitement, il faut une description précise du procédé et connaître les caractéristiques de l’effluent entrant. Un audit détaillé des systèmes de traitement a été réalisé sur 11 sites (8 de stockage, 3 de compost) qui présentent chacun des filières de traitement différentes. Les informations concernent les caractéristiques générales du site, le détail du process, la composition physico-chimique des effluents, les opérations de maintenance effectuées et les coûts opératoires.

• Analyses et interprétation des données physico-chimiques.

Des données physico-chimiques des effluents bruts et intermédiaires ont été collectées. Un traitement statistique si nécessaire et une interprétation des résultats ont été réalisés.

• Synthèse, évaluation et comparaison des traitements.

Une synthèse des résultats sous forme de fiche de site a été réalisée. Un système de notation et de comparaison des différents traitements selon plusieurs critères pertinents est mis en place. Une note globale sera attribuée à chaque site en pondérant les différents critères selon leur importance.

1) Audit des sites

Choix des sites visités

Stockage

Les sites ont été choisis en fonction :

• du type de traitement des lixiviats utilisé.

Pour pouvoir réaliser un retour d’expérience complet, il fallait choisir des sites avec des filières de traitement variées. En s’appuyant sur les données de l’audit lixiviat 2007 de la DTSD, 8 sites parmi 30 ont été choisis.

• de la proximité géographique.

Pour les sites français, il est plus facile de visiter les sites qui sont à moins de 3h en voiture de la région parisienne. Dans le cas où le même système de traitement était utilisé sur plusieurs sites, le site le plus proche a été choisi. Les sites anglais ont été choisis en concertation avec le responsable VP en Angleterre.

• relation avec la DTSD.

Il était important que l’exploitant et le responsable de la filière de traitement soient disponibles. 5 sites ont donc été choisis en France et 3 en Angleterre.

Compostage

Peu de sites ont des systèmes de traitement des lixiviats in situ. Les choix étaient plus restreints et 3 sites français ont été visités.

La Figure 7 ci-dessous indique la localisation des sites visités.



Figure 7 : Localisation géographique des sites étudiés

Informations collectées

Un questionnaire à questions ouvertes a été élaboré pour servir de trame aux entretiens avec les exploitants.

Caractéristiques générales du site

De nombreuses informations concernant l’environnement général du site sont collectées. Il s’agit d’avoir des informations essentielles pour pouvoir interpréter pertinemment les résultats des analyses physico-chimiques et dégager une problématique correcte :

• Superficie du site exploité/non exploité,

• la quantité et le type de déchets de déchets enfouis ou compostés par an,

• le système de collecte de lixiviats,

• L’arrêté préfectoral contenant les normes de rejets dans le milieu naturel.

Fonctionnement du procédé de traitement des lixiviats

Des informations précises concernant le fonctionnement du procédé sont collectées :

• le type d’équipement utilisé (pompes, moteurs…) et les caractéristiques des équipements,

• les caractéristiques de l’effluent en entrée,

• la présence de prétraitement,

• les bilans massique et volumique de la filière,

• les principales opérations de maintenance préventives et curatives réalisées et leur fréquence,

• le volume de réactifs chimiques consommé.



Caractéristiques physico-chimiques des lixiviats

Il s’agit de connaître avec précision la nature du lixiviat brut et des effluents intermédiaires. Les responsables d’exploitations ont été sollicités pour fournir les relevés d’analyses physico-chimiques des effluents. A chaque fois, ont été précisés le lieu de prélèvement et la méthode d’échantillonnage.

Coûts opératoires

Les détails des dépenses décrites dans le Tableau 5 sont demandés.

Dépenses €/m3/an Consommation de carburant Consommation électrique Consommation d’eau Coût d’analyses Coût de maintenance :

- Maintenance préventive1 - Maintenance curative

Coût de traitement des concentrats Consommation de produits consommables

- Produits chimiques - Autres

Recettes éventuelles Tableau 5 : Liste des coûts opératoires

Disfonctionnement éventuels et perspectives

Au cours de l’entretien, les problèmes de fonctionnement global de la plateforme sont soulevés :

• arrêts du process,

• diminution de l’efficacité du rendement,

• fréquence et type de problèmes rencontrés,

• problèmes à anticiper pour l’avenir.

2) Analyses et interprétation des données physico-chimiques

Les données physico-chimiques des effluents peuvent varier selon :

• le type de paramètres (DCO, Conductivité, N-NH4+…),

• la fréquence d’échantillonnage (tous les jours ou une fois tous les 6 mois),

• la période d’échantillonnage.

• le type d’effluent (lixiviat brut, lixiviat intermédiaire…).

1 On appelle maintenance préventive toutes les opérations de routine d’entretiens des équipements. La maintenance curative comprend les réparations et changements de pièces.



Pour chaque site, le traitement des données sera différent. Lorsque le nombre de données est supérieur à 12, un traitement statistique sera possible alors qu’à l’inverse, seules quelques hypothèses pourront être faites. Afin d’effectuer une interprétation la plus rigoureuse et la plus juste possible, Arnaud Ponthieux, un statisticien et Vassilia Vigneron, une spécialiste des lixiviats du CRPE (Centre de recherche de VP) ont été sollicités. L’ANNEXE 9 indique le type et la quantité de données disponibles pour les différents sites.

Méthode statistique utilisée

L’analyse des données physico-chimiques permet de déterminer les tendances d’évolution de la concentration des lixiviats bruts dans le temps et des rendements épuratoires. Le cas d’une saisonnalité est étudié. Les données sont traitées avec le logiciel StatView par ANOVA, ANCOVA ou régressions linéaires multiples1. Pour des raisons de délais, l’étude utilisant les séries temporelles n’a pas été utilisée. L’erreur statistique engendrée par ces procédures n’aura à priori pas un impact décisif sur les résultats de l’étude selon le statisticien sollicité.

3) Synthèse, évaluation et comparaison des traitements

Une synthèse de chaque visite de site et de l’interprétation des résultats est réalisée sous forme de fiche. Un exemple de fiche est en ANNEXE 10.

A partir de ces synthèses, des points clés dans la gestion et le traitement des lixiviats sont dégagés et plusieurs critères de comparaison du traitement sont définis

1. Capacité de traitement

La capacité de traitement est un des paramètres les plus importants pour juger un procédé. On définit la capacité de traitement comme la capacité à traiter un volume et une charge donnée. Un bon procédé de traitement doit pouvoir abattre la charge polluante du lixiviat brut et traiter un volume suffisant.

2. Coût du traitement

Avec la capacité du traitement, c’est le point le plus important. Le traitement des lixiviats prend une part importante dans le budget d’un centre de stockage et une différence de quelques euros sur le prix au m3 traité n’est pas négligeable

3. Coût énergétique

Il existe de grandes disparités dans la consommation énergétique en fonction du procédé. Sans faire un bilan carbone ou un calcul d’empreinte écologique, le coût énergétique (en kWh/m3) permet d’avoir un ordre de grandeur des émissions de gaz à effet de serre de la filière.

4. Aspect réglementaire

Le respect de la loi est obligatoire et les exploitants sont censés la respecter. Cependant, en cas de durcissement de la réglementation, notamment concernant les normes de rejet, les procédés vont pouvoir s’adapter plus ou moins facilement.

5. Taux de conversion

Le taux de conversion est le volume de sous-produits obtenus pour un volume de lixiviats traités. Certains procédés produisent des concentrats qui doivent eux-mêmes être traités. Ce traitement coûte cher et peut parfois représenter de 7,5 à 50% du prix de traitement des lixiviats2.

1 Procédures statistiques permettant de déterminer une influence de certains paramètres (par exemple : la température, le pH) sur une variable (l’activité bactérienne) 2 Audit Direction Technique Veolia Propreté France, chiffres 2009



6. Main d’œuvre mobilisée

Dans tous les sites, une personne est responsable de la filière de traitement mais le temps passé sur place à effectuer une maintenance préventive et curative est un aspect important lorsque l’on veut mettre en place un procédé.

7. Maintenance et réparations (fiabilité du procédé)

La fréquence des réparations et des renouvellements des pièces est un bon indicateur de la fiabilité du procédé.

8. Capacité de stockage des lixiviats bruts

Au cours de l’étude, il est apparu que la capacité de stockage des lixiviats bruts était souvent mal évaluée et que cela conduisait l’exploitant à faire appel à des prestataires externes pour le traitement du surplus de lixiviats. Ce critère a donc été considéré comme important pour juger un procédé de traitement.

9. Pertinence du dimensionnement

Les installations ne sont pas toujours bien dimensionnées, tant du point de vue de la charge entrante que du volume à traiter. Ce critère a donc aussi été pris en compte. Pour juger si le process est bien dimensionné, on comparera les résultats du logiciel WaterDiag, qui préconise un traitement avec celui effectivement mis en place.

Notation des différents sites :

Chacun des sites visités est noté selon ces 9 critères. La note finale est représentative du système « procédé-type de lixiviat-configuration du site ». Il conviendra donc de replacer à chaque fois cette évaluation dans son contexte.

Mise en place de l’échelle de notation :

Sur chaque critère, une échelle de notation a été mise en place, allant de 1 à 5. La note 1 étant la moins bonne note et 5 la meilleure. Lorsque les critères de notation peuvent être exprimés de manières quantitatives, chaque note se situe sur une échelle de valeurs qui correspond à une appréciation définie préalablement. Le Tableau 6 donne l’échelle de notation pour les critères « coût du traitement » et « efficacité du traitement ». L’ensemble des échelles de notations est répertorié dans l’ANNEXE 11

Note Coût du traitement Capacité de traitement

1 > 25€/m3

Le traitement ne permet pas de traiter le volume de lixiviat

produit annuellement. Il faut alors faire appel à un prestataire

externe. Le rendement des installations est très en-dessous de ce

qui était escompté.

2 15 < /m3 < 25

Tout le lixiviat produit annuellement ne peut pas être traité. Les

concentrats ou les sous-produits sont recirculés dans le bassin de

stockage. Le rendement des installations est légèrement inférieur

à ce qui est attendu.

3 10 < €/m3 < 15

La filière de traitement parvient à traiter tous les effluents

produits. L'efficacité de la filière est celle prévue. Si la charge du

lixiviat augmente, la filière risque d'être moins performante.

4 4 < €/m3 < 10 Le traitement est correct. L'efficacité est celle attendue et la filière

peut s'adapter à des variations de charge.

5 < 4€/m3 Le traitement est correct. La filière peut traiter tous les effluents

et peut traiter des effluents plus chargés et un volume supérieur.

Tableau 6 : Echelle de notation de 1 à 5 pour les critères "Coût du traitement" et "Efficacité du

traitement"



A la fin de la notation, une note moyenne sur 5 sera obtenue. Afin de donner un poids plus important aux critères clés, on appliquera les coefficients suivants, présentés dans le Tableau 7, ci-dessous.

Coefficient 3 Coefficient 2 Coefficient 1 • Capacité de traitement • Coût du traitement • Aspect réglementaire

• Coût énergétique • Taux de conversion • Capacité de stockage • Pertinence du choix de la

filière de traitement

• Maintenance et réparation

• Main d’œuvre mobilisée

Tableau 7 : Coefficient de pondération pour la note globale

3333.... Limite de l’étude et Limite de l’étude et Limite de l’étude et Limite de l’étude et problèmproblèmproblèmproblèmeeeessss rencontrés rencontrés rencontrés rencontrés

Pour une raison de temps, l’étude se limite à 11 sites et tous les systèmes de traitement au sein de Veolia Propreté n’ont pas pu être étudiés. Cependant, ce travail constitue une mise en place de méthodologie d’audit pour les études futures.

Le centre de recherche de Veolia a élaboré un logiciel, WaterDiag, qui permet, à partir de données physico-chimiques du lixiviat brut, de déterminer quelle serait la filière de traitement des lixiviats la plus adaptée. Ce logiciel tient compte de la charge saline, de la biodégradabilité, de la présence de silice, etc. La plupart des sites n’ont pas les analyses complètes requises pour l’utilisation de ce logiciel. Son utilisation et l’analyse des diagnostics qu’il fournit faisaient partie de mes objectifs de stage. Je suis donc allée échantillonner les lixiviats bruts sur site. Malheureusement, des délais imprévus dus au laboratoire d’analyses n’ont pas permis de compléter ce travail le critère « pertinence du choix de la filière de traitement » n’a pas pu être évalués.

Dans beaucoup de sites, le traitement des lixiviats est sous-traité à des filiales de Veolia Propreté ou à des prestataires externes. Il n’a pas été possible d’obtenir toutes les informations notamment concernant les coûts opératoires. Certains coûts ont été estimés en croisant les informations déjà existantes.

Les analyses physico-chimiques des sites sont toutes indépendantes et ne sont pas toujours comparables entre elles. La méthode, la date et le lieu d’échantillonnage et les méthodes analytiques de laboratoires sont différents. Il est donc difficile de comparer la DCO d’un échantillon de lixiviat brut prélevé en sortie de casier en été avec la DCO d’un échantillon de fond de bassin de stockage prélevé en hiver.

Les installations de traitement des lixiviats de compost sont récentes (moins d’un an d’exploitation) et il est difficile d’avoir des résultats sur l’efficacité et le coût réel du traitement sur une plus longue période d’exploitation.

Les unités de méthanisation produisent aussi des lixiviats appelés résidus de digestats. J’ai pu visiter une usine de méthanisation en Allemagne. En accord avec mes maîtres de stages, j’ai décidé de ne pas aborder cet aspect là dans ce mémoire car je n’ai qu’un site en exemple et que cette usine n’avait qu’un système de pasteurisation à 70°C de ses effluents. Il n’aurait pas été cohérent de développer ce cas.

La méthode s’applique à tous les sites de stockage et de compostage que j’ai visité et je m’appuierai sur deux exemples pour présenter les résultats que j’ai obtenu à l’issu des visites de sites. Ensuite, je présenterai le résultat global : comparaison de tous les sites et propositions et perspectives d’avenir.



C. Résultats

1111.... Exemple d’un site de stockageExemple d’un site de stockageExemple d’un site de stockageExemple d’un site de stockage : le site de : le site de : le site de : le site de la Sommela Sommela Sommela Somme

1) Description du site et du système de traitement des lixiviats


Le site est situé dans la région d’Amiens (Somme). Il est en exploitation depuis 1972 avec un casier fermé car fini d’être exploité et un casier en exploitation. Les principaux déchets enfouis sont des ordures ménagères (30% du tonnage reçu) et des déchets industriels banals (70% du tonnage reçu). Pour une surface de 29 ha, la production de lixiviat est de 7500 m3/an. Ces 29 ha comprennent 18 ha de casier fermé et 11 ha de casier actuellement en exploitation.

Filière de traitement des lixiviats

Description générale

Le lixiviat brut est traité par une station de lagunage (quatre bassins dont un aéré) suivi par un traitement par Biosep® (traitement bio-membranaire) puis par 2 osmoses inverses.

La station traite actuellement 10 000 m3 par an : 7500-8000 m3 provenant du site et 2000-2500 m3 provenant d’un site extérieur. Ces derniers effluents sont moins chargés.

Prétraitement par lagunage

Le site dispose de 4 bassins rectangulaires pouvant contenir jusqu’à 1500 m3. Le 3ème bassin est équipé d’un système d’aération. Le lixiviat est transféré successivement d’un bassin à un autre par pompage. Ce prétraitement par aération permet une réduction de la concentration en N-NH4 du lixiviat via des réactions de dénitrification et nitrification. Le temps de passage du lixiviat dans les bassins de lagunage est d’environ un mois. Au printemps, la reprise de l’activité biologique dans les bassins conduit souvent à la formation intense de mousse due à une croissance bactérienne dispersée sur des flocs en surface [10].

Traitement par BIOSEP®

Le Biosep® est un bioréacteur à membrane immergée. Il s’agit d’une combinaison de deux traitements :

Un traitement biologique par boues activées (en aérobie) assure une réduction des pollutions carbonées, azotées et phosphorées. C’est un traitement biologique à fortes charges (Matières En Suspension : 10-14g/l).

La filtration par membrane immergée permet la séparation (seuil de coupure à 0-2µm) entre la boue activée et l’eau épurée qui est aspirée par une pompe vers une cuve de stockage. La boue en excès est extraite quotidiennement. Le maintien de la performance du média filtrant est assuré par le lavage automatique à contre-courant (aspiration et refoulement avec dégazage), une injection d’air et un lavage chimique. Une série de 8 filtres est mise en place en batterie parallèle à la direction du flux.

L’eau est filtrée de l’extérieur vers l’intérieur des fibres par aspiration sous faible pression (<0.5 bars). Le décolmatage des fibres est assuré par une pompe qui refoule le perméat à contre-courant à travers les membranes. Le flux ascendant d’air contribue également au décolmatage.



Figure 8 : Principe du Biosep

(www.veoliawaterst.com/biosep)

Figure 9 : Vue 3D du Biosep

(www.veoliawaterst.com/biosep)

L’injection d’air s’effectue au niveau de la membrane. Il existe en plus un système d’aération par microbulle au niveau du bassin de traitement microbiologique qui peut maintenir l’activité bactérienne dans le réacteur en cas d’arrêt du système principal.

Ce traitement permet une réduction de la teneur en N-NH4 et des MES. Le débit de traitement est de 2-3m3/h. La concentration en oxygène dans le liquide est de l’ordre de 2 mg/l quand les microorganismes sont en pleine activité. En cas d’inhibition du développement bactérien (par le froid en hiver par exemple) la concentration en oxygène augmente jusqu’à 12 mg/l. La température optimale de fonctionnement est comprise entre 18 et 20°C.

Remarque : afin d’assurer un bon fonctionnement du Biosep®, il est nécessaire d’avoir une concentration en entrée de N-NH4 < 1200mg/L car l’activité bactérienne est inhibée au-dessus de ce seuil.

Traitement par Osmose Inverse (OI)

L’alimentation des 2 osmoses inverse s’effectue à l’aide d’une pompe à piston1 (pression = 30 bars) couplée à une pompe de gavage2.

Il y a deux osmoseurs : le premier à module tubulaire3 et le second à module spiralé4. Ce dernier n’est utilisé que lorsque le perméat en sortie du premier osmoseur n’est pas assez épuré et qu’il ne respecte pas les normes de rejet (ANNEXE 4). En pratique, cette situation se rencontre pratiquement tout le temps. Lorsque la température est inférieure à 8°C, les bactéries des bassins de lagunages et du Biosep® ont une activité fortement réduite, il est alors nécessaire de mettre en place un filtre à sable à l’entrée de l’osmoseur et d’augmenter la pression à l’entrée.

Le débit en entrée du premier osmoseur est de 2,1-2,2 m3/h, il sort 1,6-1,7m3/h de concentrat.

Traitement du concentrat et du perméat

Les concentrats d’osmose ont été réinjectés dans le casier de 1973 à 2009. Une réinjection de concentrats dans le casier peut avoir un effet inhibiteur sur le développement bactérien et

1 Pompe à piston : Pompe qui utilise un piston coulissant de manière étanche dans un cylindrepour repousser un fluide, admis précédemment dans le cylindre par l'intermédiaire d'un clapet, d'une soupape. 2 Pompe de gavage : pompe auxiliaire de carburant utilisée pour empêcher le désamorçage de la pompe d'alimentation du moteur. 3 Une membrane tubulaire est fixée sur un support poreux. 4 Dans un module spiralé, les membranes planes sont enroulées autour d’un tube perforé et creux destiné à collecter le perméat.



affecter directement la production de biogaz. Par ailleurs, une recirculation de concentrats affecte l’évolution de qualité de lixiviats produits : effluents de plus en plus chargés et de plus difficile à traiter [19].

Le perméat alimente un bassin de stockage qui sert à arroser le jardin paysager du centre de stockage.

La Figure 10 décrit les différents flux pour le système de traitement des lixiviats.

Diagramme des flux

Figure 10 : Flux des différents effluents pour le système de traitement des lixiviats du site de la

Somme (Darlu)

Légende

BL : bassin de lagunage

L3 : lixiviat en sortie du bassin de lagunage 3 (avec aérateur)

L4 : lixiviat en sortie du dernier bassin de lagunage

P1 : perméat en sortie du Biosep®

P2 : perméat en sortie de l’osmoseur avec modules tubulaires

P’2 : perméat en sortie de l’osmoseur tubulaire à destination

de l’osmoseur à module spiralé

P3 : perméat en sortie de l’osmoseur à modules spiralés

C : concentrat en sortie de l’osmoseur

2) Evolution de la composition du lixiviat brut

Données disponibles

La quantité de données disponibles est importante. Il y a une donnée par semaine par effluent depuis 2003. Les paramètres considérés sont le pH, la température, la concentration en DCO, NH4

+, la conductivité et la colorimétrie. La quantité de données est suffisante pour pouvoir faire un traitement statistique de ces données.

Avant de faire un test statistique, une analyse des graphes est réalisée (la Figure 3 est un exemple pour la charge en NH4

+). Il semble que le lixiviat brut soit plus chargé lorsque la température est élevée et qu’il y ait une tendance à l’augmentation de la charge globale depuis



2003. L’ensemble de ces graphes sont en ANNEXE 12. Pour confirmer ces hypothèses, des tests statistiques sont réalisés.

Figure 11 : Evolution de la concentration en NH4+ du lixiviat brut (site de la Somme)

Traitement statistique – Résultats et interprétations

Le but d’un test statistique est d’accepter ou de réfuter une hypothèse H0. Dans ce cas, H0 est l’absence d’effet du temps et de la température sur la charge de l’effluent. Le résultat du test ou niveau de signification est donné sous la forme probabilité d’une probabilité appelée p-value qui est la probabilité d’observer des données sous l’hypothèse H0. Lorsque cette probabilité, la p-value, est inférieure à 0,051, on rejette H0, ce qui conduit à rejeter, avec un risque d’erreur de 5%, l’absence d’un effet du temps et/ou de la température sur la charge de l’effluent.

On définit donc le temps et la température comme les variables indépendantes. La charge de l’effluent (DCO, Conductivité ou NH4

+) est la variable dépendante. On utilise comme modèle statistique un modèle de régression multiple.

La Figure 12 présente les résultats pour la régression multiple « DCO en fonction du temps et de la température ». Les autres résultats sont présentés dans l’ANNEXE 13.

La p-value pour la régression multiple globale et pour les effets indépendants des 2 paramètres est inférieure à 0,05. On rejette donc H0 : on en déduit que la température et le temps ont un effet sur la DCO de l’effluent. On retrouve des résultats similaires pour la teneur en NH4

+ et la conductivité.

1 Pvalue = 0,05 est la valeur communément prise pour accepter ou rejeter H0. On peut très bien choisir une p-value plus faible comme p=0,01.



Figure 12 : Résultat de la régression multiple sur StatView pour l'effet Temps/Température sur la

DCO du lixiviat brut

Interprétation :

Lorsque les températures sont basses, la charge de l’effluent est faible (corrélation positive). Cela peut s’expliquer par :

• des températures plus basses dans le massif de déchets, induisant un faible métabolisme de dégradation de la MO,

• dans cette région de la France, de faibles températures sont synonymes de fortes pluviométries. Des pluies importantes en hiver auraient comme conséquences une dilution de l’effluent à la fois dans le massif de déchets et dans le bassin de stockage des lixiviats bruts. Cette hypothèse pourrait se vérifier en étudiant l’effet de la pluviométrie sur la charge du lixiviat brut. Il n’a pas été possible de le vérifier car les données pluviométriques depuis 2003 n’étaient pas disponibles.

Le temps a un effet significatif sur la charge du lixiviat : il y a une augmentation depuis 2003 de la charge de l’effluent. Cela est sûrement dû à la recirculation des concentrats dans le massif de déchets. Les concentrats sont beaucoup plus chargés que les lixiviats bruts. La recirculation peut permettre d’accélérer la dégradation dans le massif de déchets en le réhydratant [21] mais reconcentre aussi les molécules non biodégradables, comme la DCO dure. A partir de ce constat, il est intéressant d’observer l’efficacité du traitement et son évolution.



3) Efficacité du traitement

Définitions et approche graphique

On définit le rendement épuratoire pour un polluant comme :

([Polluantentrée] – [Polluantsortie]) / [Polluant entrée]

Les effluents considérés sont :

- LB = le lixiviat brut dans la première lagune,

- L3 = le lixiviat en sortie de la troisième lagune aérée,

- L = le lixiviat en sortie des 4 bassins de lagunage et avant son entrée dans le Biosep®,

- P1 = le perméat en sortie de Biosep® et avant son entrée dans le premier osmoseur,

- P2 = le perméat en sortie du premier osmoseur et avant son entrée dans le second,

- P3 = le perméat en sortie du deuxième osmoseur : c’est l’effluent rejeté en milieu naturel.

Les compositions moyennes des différents effluents sont présentées dans l’ANNEXE 14.

Pour chaque étape, le rendement est calculé. Y a-t-il une évolution des rendements dans le temps comme pour le lixiviat brut ? La température a-t-elle un impact sur les rendements épuratoires ? Y a-t-il un impact de l’augmentation globale de la charge et des variabilités saisonnières sur le fonctionnement de l’OI et du Biosep® ?

De la même manière que pour le lixiviat brut, une approche graphique est réalisée. Pour observer visuellement une tendance, un lissage par moyenne mobile d’une période de 12 semaines est réalisé. La Figure 13 représente le rendement épuratoire de la troisième lagune aérée. Il n’apparait pas une diminution ou une augmentation des rendements épuratoires depuis 2003. Par contre, il semble y avoir une tendance saisonnière. L’analyse statistique permettra de confirmer s’il y a une influence du paramètre température.



Evolution des rendements du bassin de lagunage depu is 2003

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 52 104 156 208 260 312 364 416

semaines depuis janvier 2003

Ren

dem

ent

RDT Conductimétrie LB-->L3RDT DCO LB-->L3RDT N-NH4 LB-->L3Moy. mobile sur 12 pér. (RDT Conductimétrie LB-->L3)

Moy. mobile sur 12 pér. (RDT N-NH4 LB-->L3)Moy. mobile sur 12 pér. (RDT DCO LB-->L3)

Figure 13 : Evolution des rendements épuratoires du bassin de lagunage depuis 2003

De la même manière que pour le lixiviat brut, des régressions multiples sont réalisées (Temps et températures en variables indépendantes). Le Tableau 8 présente la synthèse de ces résultats. Dans l’ANNEXE 15, le détail des résultats est présenté.

Etape du traitement Conclusion

Lagunage aéré - légère augmentation des rendements depuis 2003

- rendement plus élevé lorsque la T(°C) est élevée pour NH4+

Quatrième lagune - légère augmentation des rendements depuis 2003 pour NH4+

- pas d’effet de la Température

Biosep® - pas d’évolution du rendement depuis 2003 (léger effet pour le rendement en

NH4+)

- rendement plus élevé lorsque la T(°C) est élevée pour rendement NH4 et

DCO

Osmose Inverse 1 - pas d’évolution du rendement depuis 2003 (coefficient très faible même si la

p value est positive).

- rendement légèrement plus faible quand la température est élevée pour les

rendements en NH4+et DCO.

Osmose Inverse 2 - pas d’évolution du rendement depuis 2003

- pas d’influence de la T(°C) sur le rendement

Tableau 8 : Synthèse des résultats des tests statistiques pour les rendements épuratoires du site de

la Somme



Efficacité épuratoire

Le Tableau 9 réunit les rendements épuratoires pour chaque étape du process.

ET = écart

type

Conductivité DCO N-NH4

Abattement Par rapport

à l’effluent

précédent

Par rapport

à la charge

initiale

Par rapport

à l’effluent

précédent

Par rapport

à la charge

initiale

Par rapport

à l’effluent

précédent

Par rapport

à la charge

initiale

Lagunage

aéré (LB/L3)

26%

ET = 9%

26% 34%

ET = 14%

34% 47%

ET = 17%

47%

Dernier

bassin de

lagunage

(L3/L)

15%

ET = 10%

11,1% 15%

ET = 15,4%

9,9% 27%

ET = 38,2%

14,3%

Biosep®

(L/P1)

12%

ET = 9%

7,5% 18,3

ET = 15.2%

10% 51%

ET = 19,8%

19,7%

Osmoseur 1

(P1/P2)

90%

ET = 6,7%

49% 98%

ET = 9,8%

45% 83%

ET = 4%

15,7%

Osmoseur 2

(P2/P3)

83%

ET = 11,3%

4,6% 60%

ET = 50,3%

0,6% 74%

ET = 42%

3,2%

Tableau 9 : Rendement épuratoire moyen de chaque étape de traitement

Ce sont des moyennes annuelles depuis 2003. On remarque que le prétraitement en lagunage aéré est efficace pour abattre la DCO et l’ammonium. A l’inverse, le Biosep® n’abat que 20% environ de NH4

+ alors qu’il est censé abattre quasiment toute la charge azotée restante.

L’autre résultat étonnant est la capacité épuratoire du dernier bassin de lagunage, non aéré et donc en condition d’anaérobie. Dans ces conditions, le NH4

+ ne peut pas être métabolisé par les bactéries classiques. Une des hypothèses, pour expliquer ce bon rendement épuratoire, serait la présence de bactéries « annamox » qui ont la capacité de métaboliser le N-NH4 en N2 en condition anaérobie via la réaction suivante [22] :

NH4 + NO2 � N2 + H2O.

Pour confirmer cette hypothèse, il faudrait faire des tests microbiologiques.

Conclusions

• La charge du lixiviat brut a tendance à augmenter depuis 2003.

• De manière logique, les traitements biologiques sont plus efficaces lorsque les températures sont élevées. Lorsque les températures sont très faibles, l’abattement de la charge est inférieur à ce qui est attendu : la charge en entrée de l’OI est beaucoup plus élevée que ce qui est prévu lors de son dimensionnement initial.

• Le rendement épuratoire reste constant mais le colmatage des membranes du Biosep® et de l’OI est de plus en plus fréquent selon les rapports d’activités. Le changement des membranes s’effectue plus souvent que ce qui est initialement prévu pour un fonctionnement normal. Le lavage des membranes consomme des réactifs (soude – acide) qui ont des coûts non négligeables. L’analyse économique n’a pas pu être réalisée ici car les données n’étaient pas disponibles.

• Le procédé Biosep® est peu efficace notamment au niveau de l’abattement de l’azote et lorsque les températures sont basses.

• L’OI abat la majorité de la DCO et de la conductivité.



• Le changement des membranes des osmoseurs n’a pas d’impact sur les rendements épuratoires mais ralentit le colmatage des membranes.

4) Perspectives et discussions

Capacité de stockage

Pour l’instant, le volume des bassins est suffisant pour pouvoir stocker tout le lixiviat produit par l’ancien casier. Cependant, le lixiviat provenant du nouveau casier en exploitation commence à être pompé et les volumes vont augmenter progressivement limitant alors la capacité de stockage. Il faudrait alors augmenter la capacité quotidienne de traitement du Biosep® et de l’OI, ce qui n’apparait pas comme faisable dans les conditions actuelles. De plus, en juin-juillet 2010, une panne dans la pompe de l’osmose inverse a empêché le fonctionnement de la filière pendant 3 semaines environ. Le volume dans les bassins est donc resté élevé malgré la saison.

Augmentation de la charge des lixiviats

En plus de l’augmentation du volume de lixiviat, la tendance est à l’augmentation de la charge du lixiviat (DCO et NH4

+). Le traitement par lagunage et par Biosep® n’étant pas performant toute l’année, il est fort probable que ce soit le traitement par OI qui doit supporter cette augmentation. Cela implique donc des colmatages des membranes et des lavages et changement de membranes plus fréquents.

Efficacité du Biosep®

Le Biosep® est un traitement biologique avec filtration. Des bactéries nitrifiantes permettent d’abattre la DBO5 et la charge azotée. Cependant, le rapport DBO5/DCO est assez faible pour une minéralisation totale de la matière organique et le rendement en NH4

+ est assez faible en hiver à cause des faibles températures qui inhibent la dégradation. Le Biosep® a été conçu pour traiter le volume et la charge actuelle des effluents. Toute augmentation de ces deux paramètres nécessitera une extension de l’unité. De plus, le Biosep® est un traitement qui nécessite un lavage hebdomadaire, un entretien régulier et une consommation de réactifs importante pour l’entretien de la membrane.

2222.... Exemple d’un site de compostageExemple d’un site de compostageExemple d’un site de compostageExemple d’un site de compostage : le site : le site : le site : le site de Loire Atlantiquede Loire Atlantiquede Loire Atlantiquede Loire Atlantique

1) Description du site et du système de traitement des lixiviats


Ce site de compostage accueille des DV (14 000 t/an broyés, 500 t/an bruts), des BioDéchets (3 800 t/an) et des boues de STEP (5 000 t/an). La surface totale du site est de 3,2 ha. La dalle étanche du site (enrobé1) a une surface d’1,8 ha. Après réception, les déchets sont mélangés dans les proportions : 1 t de boues ou Biodéchets pour 4 t de DV.

La phase de fermentation, d’une durée de 3 mois pour le mélange de DV et de boues, s’effectue en andains ventilés dans un hangar fermé. Les andains sont ensuite déplacés à l’extérieur en andains non aérés et sont maturés pendant 3 mois sans retournement. Le criblage s’effectue la première semaine du 5ème mois.

La phase de fermentation pour les Biodéchets en mélange avec DV s’effectue à ciel ouvert en andains ventilés. Elle dure 6 semaines. Les déchets sont ensuite placés en andains non ventilés pour la phase de maturation.

1 On définit l’enrobé comme la surface imperméable des plateformes de compostage. Elle peut être composée de plusieurs matériaux comme le bitume



Les eaux de ruissellement sont collectées de manière gravitaire et sont stockées dans des bassins avant d’être traitées par nitrification/dénitrification et épandues sur une saulaie de 2 ha. La saulaie appartient au site et est située à côté des bassins de stockage.

Contexte

Avant l’installation du système de traitement par Sequencing Batch Reactor ou SBR (nitrification/dénitrification) puis épandage, les lixiviats étaient collectés dans des bassins puis utilisés pour arroser les andains. Cela permettait d’évacuer le surplus de lixiviats. Cette méthode avait l’avantage d’évacuer rapidement le lixiviat excédentaire sans générer des coûts supplémentaires. Cependant, cela nuisait à la qualité du compost et le lixiviat récupéré était de plus en plus chargé. En cas de débordement des bassins, un traitement par OI d’urgence était effectué (unité mobile déplacée sur site). Ces solutions n’étaient pas durables et le site a voulu se doter de son propre système de traitement.

Description du système de traitement

Description générale : Le lixiviat est collecté de manière gravitaire puis stocké dans des bassins dédiés. Il passe ensuite par le SBR qui fonctionne toute l’année. Une fois traité, l’effluent est stocké dans d’autres bassins avant d’être pompé pour être épandu par irrigation souterraine sur une saulaie. La Figure 14 présente une vue globale du système de traitement des lixiviats sur la plateforme de Petit Mars.

Le stockage des lixiviats : ils sont collectés dans 3 bassins différents (en fonction du lieu de production) avant d’être envoyés dans le SBR. Les bassins ont été dimensionnés de telle sorte qu’il n’y ait pas de problème de stockage : la capacité de traitement du SBR et le volume épandu sur les saulaies permettent de ne pas avoir de débordement même en période hivernale. En effet, le système de traitement a été dimensionné pour pouvoir traiter 8 500 m3/an d’effluents et le bilan hydrique du site. Le volume annuel de lixiviat à traiter a été calculé à 7 540 m3.

Figure 14 : Schéma du système de traitement des lixiviats pour le site de Loire-Atlantique (Darlu)



Le SBR

Le principe du SBR est d’alterner les réactions de nitrification et dénitrification grâce à l’alternance des situations aérobie et anaérobie. La charge azotée de l’effluent est ainsi diminuée. L’effluent traité est épandu et l’azote constitue le seul paramètre restrictif au niveau réglemtaire. Deux aérateurs fonctionnent alternativement. Une plateforme d’injection automatique de soude et de nutriments carbonés (en hiver) doit être installée.

Le SBR fonctionne différemment en période de faible température et en période de haute température, l’activité bactérienne dépendant de la température.

En période chaude, le processus de dégradation de l’azote se déroule en trois étapes :

• Assimilation du NH4 et de l’azote organique pour les opérations de synthèse cellulaire.

• Nitrification : oxydation du NH4 en NO2- puis NO3-. Cette étape diminue le pH (ajout de soude) et nécessite de l’oxygène (aération du bassin).

• Dénitrification : les nitrates sont réduits en N2 gazeux. Cette étape se réalise en anaérobie (bassin aéré en alternance).

En période froide, l’azote ammoniacal est traité par assimilation bactérienne : l’azote est utilisé comme source d’énergie. Les nutriments doivent être carbonés, d’où un rajout de nutriments en hiver. Le SBR est dimensionné pour abattre le NTK au minimum à hauteur de 40 mg/L.

Le fonctionnement du SBR est détaillé en ANNEXE 16.

L’épandage des effluents traités

L’effluent traité par le SBR est stocké dans deux bassins provisoires puis épandu en fonction de la concentration en N et de la période de l’année afin de ne jamais dépasser le seuil de 170 kg d’azote organique/ha/an. Il est ensuite épandu sur 2 ha de saule.

Les saules sont irrigués grâce à un système de goutte à goutte via des tuyaux enterrés à 10 cm de profondeur dans le sol. Cela permet à l’effluent d’être directement en contact avec les racines pour une meilleure absorption racinaire.

Il y a 2 ha de saulaies, 1 ha planté en 2009 et 1 ha planté en 2010. Les rangées de saules sont espacées d’1 m 50 et les saules espacés de 40 cm environ. Une rangée sur 2 est irriguée. En 2009, il n’y a pas eu de problème de croissance ni d’implantation de la culture. De nombreuses plantes adventices se développent et une fauche est nécessaire au printemps. Normalement, lorsque les saules se seront développés, ces adventices seront beaucoup moins nombreux. Les saules peuvent atteindre des hauteurs de 2 m.

Le volume épandu dépend de la saison et il a été calculé lors du dimensionnement en fonction du bilan hydrique, de la capacité au champ et de la capacité de stockage des différents bassins sur une base d’un effluent à 40 mg Norganique/L. En ANNEXE 17 et ANNEXE 18 sont représentés la quantité épandue/jour et le lieu de stockage des différents effluents.

2) Coût du traitement

Les informations ont été collectées sur site, suite à un entretien avec le responsable de l’activité traitement biologique de la région de Nantes. Le Tableau 10 récapitule les différents postes et les coûts correspondants.



Poste Quantité Coût annuel Commentaire

Electricité Aérateur 14 kW 13797 € Au tarif EDF de 0.1125 €/kWh (principale post consommateur)

Analyses chimiques 1x/trimestre – 200 €/analyse

800 €

Vidange de la cuve 1 vidange = 1000 €

2000 € (2 vidanges/an)

Taillage des filtres et des parcelles d’épandage

négligeable

Produits phytosanitaires la première année

3,5L/ha – 82,84 €/L

58 € (dotations

amortissemen

ts)

Dose conseillée Considéré comme un investissement

Transport 0 0

Eau 0 0

Main d’œuvre 1 à 2 h /semaine négligeable La personne en charge de la plateforme qui s’occupe du SBR. On peut considérer que

cela est négligeable.

Réactifs : soude 5400L – 39€20 pour 20kg

10584 € prix obtenu pour un autre site

Réactifs : nutriments carbonés

inconnu - Pas d’information car c’est la

première année de traitement

Taillis tous les 3 ans - Pas de recul

Dotation aux amortissements

13500 € Amortissement sur 10 ans

Total 27239 €

Tableau 10 : Coûts opératoires du traitement par SBR et épandage sur saulaie

Le prix au m3 reviendrait à au moins 3,20€ ce qui est nettement en dessous du coût de traitement par OI ou par évapoconcentration qui est de l’ordre de 20€/m3. Les dépenses d’électricité et de réactifs sont majoritaires (plus de 90% du coût total). En cas de disfonctionnement, il y a un risque d’augmentation des dépenses.

3) Perspectives et discussions

Bilan hydrique et capacité de stockage

Le système de traitement a été conçu pour pouvoir traiter 8000 m3/an. Le bilan hydrique officiel est de 7540 m3/an. Cependant, il est fort probable que le réel bilan hydrique soit autour de 10000 m3/an. Dans ce cas-là, il faut s’assurer que le SBR fonctionne efficacement pour traiter la charge azotée.

Fonctionnement du SBR

Il n’y a pour l’instant pas de recul sur les capacités d’épurations du SBR, même si le dimensionnement a été prévu plutôt large, il faudra s’assurer que le fonctionnement répond aux attentes (fonctionnement correct des aérateurs, nitrification/dénitrification…).

Respect de la réglementation

Avec une surface de 2 ha et 8 000 m3 traités et épandu, la concentration maximale à apporter pour respecter la réglementation est de 425mg/L



Colmatage du filtre et du réseau

Il semblerait que le filtre se colmate assez facilement, il faut alors le nettoyer. Le réseau d’irrigation ne se bouche pas. Le filtre en amont permet d’éviter le colmatage.

Consommation de réactifs

La consommation de réactifs ne doit pas être trop importante pour que le coût de traitement global ne soit pas trop élevé.

Développement Taillis courte durée

Les saules n’ont pas rencontrés de problèmes lors de leur croissance. Ils se sont bien implantés.

3333.... Synthèse des différents sitesSynthèse des différents sitesSynthèse des différents sitesSynthèse des différents sites

Pour chaque site, le travail présenté précédemment a été réalisé. Il n’a pas toujours été possible de collecter toutes les informations attendues. Une description des filières étudiées est en ANNEXE 19. Certains exploitants avaient une charge de travail importante et n’étaient pas forcément disponibles pour répondre aux sollicitations par mail. D’autre part, certaines informations, notamment au niveau des coûts opératoires, sont confidentielles : les filiales de Veolia ou les prestataires extérieurs ne voulaient pas communiquer sur ce sujet. Cela n’a pas permis d’effectuer une analyse économique précise et détaillée des filières. Les seules données fiables sont celles transmises par la Direction Technique France (DT France) et les seules qui sont prises en compte pour la comparaison des sites.

Concernant les sites anglais, la visite s’est effectuée début juillet et la période de vacances a freiné les échanges et l’acquisition de données. Les résultats concernant ces sites ne seront pas présentés dans ce rapport.

Néanmoins, une synthèse a été réalisée pour chaque site sous forme de fiche complète. La synthèse conduit à la notation des différents sites, selon les 9 critères. Voici la notation des deux sites présentés par rapport à la note moyenne des sites (Figure 15). Pour le site de Loire Atlantique, il n’y a pas de note pour la capacité de traitement. Pour chaque système de traitement, des points forts et des points faibles se dégagent.

Le critère « Pertinence du choix de filière » n’a pas pu être évalué car il dépend des résultats du logiciel WaterDiag qui n’a pas pu être utilisé.



0

1

2

3

4

5Capacité de traitement

Main d'œuvre

Coût du traitement

Coût énergétique

Maintenance et réparation

Taux de conversion

Capacité de stockage

Aspect réglementaire

Pertinence choix de filière

NOTE TOTALE avec pondération

Moyenne des sites

Somme

Loire Atlantique

Figure 15 : Notation des sites de Loire Atlantique et de la Somme

4444.... Comparaison entre les différents traitementsComparaison entre les différents traitementsComparaison entre les différents traitementsComparaison entre les différents traitements

Pour chaque critère de notation et de caractérisation du système de traitement, on détaillera les résultats site par site. Pour tous les sites, la description de la filière et sa notation est en ANNEXE 19 et ANNEXE 20.

ISDND : Site de la Somme

Filière Lagunage �� Traitement biomembranaire �� OI

Points Forts Coût énergétique Capacité de Stockage

Points Faibles Taux de conversion Dimensionnement

Commentaires

Après analyses, le rapport de biodégradabilité DBO5/DCO est assez faible alors qu’un traitement biologique est mis en place. On peut se demander si seul un lagunage aéré très peu coûteux ne suffirait pas à abattre la part biodégradable. Dans le cas d’un effluent peu ou moyennement biodégradable, il faut favoriser les traitements biologique « classique » plutôt que les procédés biomembranaires qui demandent un entretien et consomment beaucoup de réactifs.

ISDND : Site de Gironde Filière A

Filière Traitement thermique �� Osmose Inverse �� Charbon Actif �� Résine échangeuse d’ions

Points Forts Taux de conversion Maintenance et réparations

Points Faibles Coût énergétique Capacité de stockage (inhérent au site)



Commentaires

L’arrêté d’exploitation du site de Gironde est très exigeant pour le rejet en milieu naturel. La filière est très complète avec des posts traitements efficaces (charbon actif et résine échangeuses d’ions) ce qui a l’avantage de produire un effluent très propre – on peut même le boire, dixit l’exploitant – mais qui demande beaucoup d’énergie pour son traitement (60% de plus que la moyenne des sites visités). Cela ne génère pas un coût supplémentaire car la filière utilise l’énergie produite grâce au biogaz de la décharge.

ISDND : Site de Gironde Filière B

Filière Nitrification/Dénitrification �� Nanofiltration �� OI

Points Forts Capacité de traitement Maintenance et réparation Coût Energétique

Points Faibles Taux de conversion Capacité de stockage (inhérent au site)

Commentaires

A partir du même effluent brut que pour la filière décrite précédemment, la filière biologique permet de traiter une quantité plus importante de lixiviat brut pour une consommation énergétique beaucoup plus faible. Le point noir est la recirculation des saumures dans le bassin de stockage des lixiviats bruts contrairement à la filière précédente. Combiner les deux filières : traitement des saumures par évapoconcentration puis OI pourrait être un compromis. Cette éventualité est à l’étude mais demande des accords préalables entre les deux entreprises qui exploitent les filières.

ISDND : Site de l’Oise

Filière Traitement thermique et Osmose Inverse

Points Forts Taux de conversion Points Faibles Coût énergétique

Commentaires

Ce site à la particularité d’avoir deux filières de traitement en parallèle et les saumures de l’OI sont ensuite mélangées avec les effluents traités par évapoconcentration. Ce système a l’avantage d’avoir un taux de conversion faible (moins de 5% de concentrats) mais il y a un risque de concentration du lixiviat brut avec



accumulation de composés, comme les chlorures, qui pourraient nuire à long terme à la filière thermique.

ISDND : Site de la Seine et Marne

Filière Evapoconcentration �� OI (distillat) et surconcentration (concentrat)

Points Forts Taux de conversion Capacité de stockage Capacité de traitement

Points Faibles Coût du traitement

Commentaires

Ce site a décidé d’augmenter sa capacité de stockage des lixiviats bruts. Cela permet d’avoir un effluent avec une composition moins variable (effet tampon du bassin). En comparaison avec le même type de filière que pour le site de Gironde, la consommation énergétique est deux fois plus faible. Cette différence pourrait s’expliquer par le procédé qui serait plus efficace énergétiquement (meilleure récupération de la chaleur, etc.). Il faudrait faire une étude plus détaillée pour mieux comprendre l’origine de cette différence.

ISDND : Site de la Manche

Filière OI �� Traitement des concentrats par évaporation naturelle accélérée

Points Forts

Points Faibles

Dimensionnement Coût du traitement Coût énergétique Capacité de stockage (inhérent au site) Capacité de traitement

Commentaires

Ce site a initialement choisi un traitement par évaporation naturelle accélérée qui n’est plus adapté aux volumes produits et à la charge de l’effluent. En effet, l’effluent est extrêmement biodégradable et il n’y pas de prétraitement par lagunage possible. Le site ne pouvant plus stocker et traiter tous ses lixiviats, il a du faire appel à un prestataire extérieur d’OI pour traiter le surplus. Cela a conduit à l’augmentation du coût du traitement. Le site n’ayant pas de surface au sol disponible et une interdiction de rejet en milieu naturel, il est difficile de trouver un traitement efficace et peu coûteux. L’évaporation naturelle accélérée – utilisée dans l’agro-alimentaire – ne correspond pas aux effluents type lixiviats, que l’on retrouve en France et qui sont trop chargés et qui s’évaporent difficilement.

Plateforme de compostage : Site de la Manche et Site du Calvados

Filière Bassin de tampon sédimentation �� Filtre vertical à roseau �� épandage sur saulaie

Points Forts Main d’œuvre mobilisée Coût du traitement



Coût énergétique Points Faibles Aspect réglementaire

Commentaires

Pour les sites de compostage, il n’y a pas de recul sur la capacité de traitement. Il est encore assez difficile de savoir si la quantité d’azote organique épandue via l’effluent épuré sera nettement en-dessous des normes ou pas. Cependant, on peut affirmer que la main d’œuvre mobilisée et le coût économique et énergétique du traitement seront très faibles. Ce type de filière est bien adapté au métier du compostage. Dans le cas du stockage de déchets, les volumes à traiter sont supérieurs et la surface d’épandage devra être plus grande, ce qui est difficilement réalisable vu la pression sur le foncier.

Plateforme de compostage : Site de la Loire Atlantique

Filière Sequencing Batch Reactor �� Charbon Actif �� épandage sur saulaie

Points Forts Main d’œuvre mobilisée Coût du traitement Coût énergétique

Points Faibles

Commentaires

Par rapport au traitement par Filtre Vertical à Roseau, le traitement par SBR peut traiter un volume plus important de lixiviat (8000m3 contre 2000 m3). De plus, la filière a été conçue pour ne jamais dépasser les normes d’épandage, grâce à un contrôle avant épandage. Le système vient d’être installé et il n’existe pas de retour sur l’efficacité du traitement. A noter, que le coût de remplacement du charbon actif et d’achats des réactifs pourrait être un point faible de ce système.



5555.... Note globale pour tous les sitesNote globale pour tous les sitesNote globale pour tous les sitesNote globale pour tous les sites

Figure 16 : Notes moyennes pour les différents sites audités

La Figure 16, ci-dessus, présente la note moyenne pour chaque site visité (hors UK). On remarque que les sites de compostage obtiennent une meilleure note que les autres sites : ce sont des traitements très peu coûteux avec une faible demande en énergie. De plus, la charge en entrée pour les lixiviats de compostage est plus faible, ce qui facilite le traitement. Cependant, le traitement étant encore récent, ces sites n’ont pas été notés concernant la capacité du traitement et les opérations de maintenances (curatives et préventives) nécessaires.

Le traitement par évaporation naturelle obtient une mauvaise notation, principalement parce que le traitement n’est pas adapté car il ne permet pas de traiter tout le volume de lixiviat et son coût est très élevé (~40€/m3).

6666.... Discussion sur la pertinence d’une telle comparaisonDiscussion sur la pertinence d’une telle comparaisonDiscussion sur la pertinence d’une telle comparaisonDiscussion sur la pertinence d’une telle comparaison

1) Méthodologie

Cette comparaison donne un premier aperçu de la qualité du système de traitement mis en place. Cependant, certains indicateurs ne sont pas toujours pertinents et il convient de les prendre pour ce qu’ils sont :

• le coût du traitement est assez opaque et englobe tous les coûts dont les dotations aux amortissements (cf §B.2.1). Afin de mieux caractériser le coût du traitement, on devrait pouvoir distinguer tous les types de coûts opératoires, ce qui n’était pas possible pour la majorité des sites (données non disponibles).

• La capacité de traitement et la main d’œuvre mobilisée pourraient être ramenées à la quantité de volume à traiter : il est normal que l’on passe plus de temps pour la maintenance lorsqu’il faut traiter 8000 m3 plutôt que 2000 m3. Il existe aussi des effets d’échelle et il faut pouvoir définir un barème le plus juste possible.

• L’ajout d’un critère « adaptabilité du traitement » à l’évolution de la qualité et de la quantité d’effluent serait pertinent. Dans le cadre de cette étude, il n’a pas été possible d’aller aussi loin car les données concernant le fonctionnement historique et l’évolution des effluents ne sont pas disponibles dans la plupart des cas. Ce critère « adaptabilité du traitement » dépend de la composition de l’effluent. Il faut alors s’assurer que les



prélèvements sont faits de la meilleure manière qu’il soit et que toutes les mesures analytiques se font en suivant le même protocole expérimental. La mesure DBO5 doit notamment être réalisée rigoureusement (mesure de la concentration d’O2 dès la réception de l’échantillon).

Cette méthode de comparaison des différents traitements ne permet pas uniquement d’évaluer la filière. En effet, dans le cadre de ce travail, c’est surtout le traitement et son contexte qui sont évalués. Par exemple, certains sites ont peu de surface au sol disponible, et donc mettre en place un traitement par lagunage aéré n’est pas possible, même si cela aurait été pertinent. D’autre part, certains sites appartiennent aux collectivités alors que d’autres appartiennent à Veolia. Les compétences dans le domaine du traitement et de la gestion des lixiviats sont donc différentes.

Pour évaluer objectivement une filière, il faudrait pouvoir la comparer à d’autres pour le même effluent brut ou comparer son efficacité en fonction de plusieurs effluents différents en entrée. Il faudrait alors mettre en place une typologie des types d’effluents en fonction de différents paramètres. Continuer le travail réalisé sur un panel de site plus important devrait être une piste à suivre à l’avenir.

2) Perspectives

Malgré la difficulté d’extraire une filière qui serait meilleure qu’une autre, l’audit réalisé a permis de dégager ou de confirmer quelques points qui permettrait d’améliorer la gestion des lixiviats :

• Bilan hydrique : dans la majorité des sites, le volume de lixiviats produits est sous évalué conduisant à un mauvais dimensionnement des structures de stockage et parfois à un mauvais choix de filière. La quantité de lixiviat produit dépend de la quantité et du type de déchets enfouis, des conditions météorologiques, de la dégradation des déchets mais aussi de la topographie du site. La topographie du site joue un rôle non négligeable sur la quantité de lixiviat produit : un site situé sur une pente ou dans une vallée récupère une quantité de lixiviat plus importante. Evaluer cette production supplémentaire pour mettre en place des barrières naturelles ou artificielles pour stopper l’arrivée de ce volume supplémentaire contribuerait à diminuer le volume traité.

• Suivi de la qualité du lixiviat : connaître avec précision la composition du lixiviat et de son évolution permet une meilleure gestion des lixiviats : traitement mis en place, mélange de plusieurs effluents pour avoir une concentration standard, etc. Malheureusement, un suivi régulier et une analyse de l’évolution du lixiviat ne sont pas toujours réalisés. Le nombre d’analyse est conforme à la demande réglementaire mais n’est pas souvent suffisant pour permettre un suivi détaillé du fonctionnement du procédé. La création d’une base de données sur les lixiviats bruts et effluents permettrait d’avoir une idée de l’évolution de la qualité du lixiviat brut et du traitement. Une mesure trimestrielle sur quelques paramètres clés (N-NH4, Conductivité, DCO, pH) pourrait permettre d’anticiper l’évolution du lixiviat et donc d’adapter le traitement.

• Main d’œuvre sur site : avoir un technicien à temps plein qui s’occupe de la plateforme induit peut être un coût supplémentaire mais cela permet d’effectuer régulièrement des opérations de maintenances préventives et donc de limiter les opérations de maintenances curatives. Cela évite aussi que la station de traitement s’arrête pendant longtemps en cas de panne et donc l’accumulation de lixiviat brut diminue le temps de la réparation et améliore la capacité de stockage. Cette situation concerne surtout les plateformes avec beaucoup d’équipements (traitement thermique ou membranaire). A noter que cette réflexion est à mener en fonction de la taille du site et concerne essentiellement l’activité



de stockage, les sites de compostage sont très petits et souvent il n’y a qu’une ou deux personnes qui travaillent sur le site.

• Prétraitement biologique : la mise en place d’un prétraitement biologique, comme un lagunage aéré, permet d’abattre une bonne partie de la charge pour un coût relativement faible. Cela pourrait permettre de diminuer l’encrassement des membranes d’OI et d’augmenter la capacité de traitement.

• Consommation énergétique : la consommation énergétique par m3 des différents traitements est très variable. Evaluer le bilan carbone de chaque filière pourrait être intéressant et permettrait d’évaluer leur impact environnemental.

• Comparaison entre différents pays : Les systèmes de traitement mis en place en Angleterre sont très différents des français. Les fournisseurs sont différents et il n’y a pas la même approche pour les systèmes de traitement. Par exemple, en Angleterre, toutes les pièces mécaniques sont doublées (deux moteurs, deux pompes) au cas où l’une d’entre elles tombe en panne. En continuant ce travail d’audit, la connaissance sur les traitements des lixiviats est centralisée et de nombreuses idées et savoir-faire de différentes régions peuvent être alors transmises.

• Gestion en amont des déchets : la gestion de l’exploitation a un impact sur la quantité et la qualité du lixiviat produit. Plus la surface d’exploitation des déchets est faible, plus la quantité de lixiviat produite sera réduite. Pour les lixiviats de compost, séparer systématiquement les zones propres des zones souillées et récupérer les eaux pluviales réduirait aussi le volume. En mettant en place de meilleures pratiques, on améliore le traitement et on diminue son coût.



Conclusion générale

Cette étude avait comme objectif de faire un état des lieux de la gestion des lixiviats au sein de Veolia Propreté. Onze sites avec un traitement différent des lixiviats ont été choisis et audités. Dans tous les cas, la filière de traitement a été décrite et comprise intégralement.

Réunir, sélectionner, synthétiser et analyser les informations en quantités et qualités variées constituaient les axes de travail adoptés pour couvrir le champ très vaste de l’étude. Des outils techniques et scientifiques tels que les statistiques, analyses physico-chimiques ou l’étude de procédés ont été utilisés pour réaliser ce travail. Une comparaison des systèmes de traitements fonctionnant dans un contexte hétérogène (déchets, âge du site, climat, méthode d’exploitation…) a été également entreprise.

A l’exception des 3 sites de compostage, la partie économique et financière de l’étude n’a pas pu être complétée par manque de données et de temps. Seules les données mises à ma disposition avant le mois de septembre ont été intégrées dans l’étude. Cela a certes limité une partie de l’analyse financière, qui n’a pas été développée dans cette étude mais n’a pas empêché d’avoir une réflexion sur les potentiels coûts.

Les données physico-chimiques de l’évolution des effluents obtenues auprès des exploitants, ainsi que les analyses des échantillons des effluents entrants ont été étudiées. L’analyse de l’ensemble des données, a permis d’évaluer le fonctionnement du type de procédés utilisés. Dans le cas du site de la Somme par exemple, cela nous a permis de se rendre compte que le traitement bio-membranaire, pourtant coûteux et sophistiqué, est moins efficace qu’un simple lagunage aéré lorsque les températures sont froides. Le chauffage de l’effluent en entrée du traitement biomembranaire a été proposé comme piste d’amélioration

De manière plus générale, cela montre l’importance d’un suivi régulier de la qualité des effluents sur quelques paramètres (DCO, Conductivité, pH, NH4

+). Cette mesure est facile et rapide à mettre en place et contribue à améliorer la gestion des lixiviats.

Au cours des audits et analyse de données, certains paramètres sont apparus comme importants et ont ensuite été traduits en critères de notation pondérés. Une note a ainsi été attribuée à chaque site. Les points forts et les points faibles de chaque filière de traitement ont été dégagés. Cependant, l’appréciation de la pertinence d’un traitement dépend autant du procédé que de son contexte. Afin d’évaluer le plus rigoureusement possible une filière, il faudrait pouvoir comparer les filières de traitement en fonction de la typologie de l’effluent en entrée.

Les points déterminants dans la gestion des lixiviats ont été dégagés :

• dimensionnement quantitatif : la réalisation d’un bilan hydrique pour estimer la production de lixiviat permet de dimensionner correctement l’installation et limite les risques de débordements et de traitement d’urgence.

• dimensionnement qualitatif : une bonne connaissance du lixiviat brut et de sa potentielle évolution permet de faire un choix pertinent de filière et permet d’optimiser l’emploi des traitements biologiques, peu chers (moins de 10€/m3) et qui demandent peu d’énergie (moins de 10 kWh/m3).

• entretien régulier : une maintenance préventive, même si elle nécessite une main d’œuvre plus importante permet de limiter la réparation et le renouvellement des pièces.



Cette étude a donné un premier aperçu de la gestion des lixiviats au sein de Veolia Propreté et le travail réalisé sera une base pour un travail élargi à l’international et sur de nouveaux sites en France.

L’impact environnemental des filières de traitement n’a été que peu abordé dans cette étude. La réalisation d’un bilan Carbone par la DTSD est en projet. Cela permettrait de nuancer l’avantage de certaines filières.

Le volume de déchets produits dans le monde augmente. Dans les Pays en Voie de Développement, ces déchets sont essentiellement organiques et très humides. Leur enfouissement conduit à une production de lixiviat importante. Encourager et développer un traitement par compostage (traitement exothermique) suivi par une valorisation agronomique pourrait être une solution pour limiter à la fois les volumes enfouis et donc la production de lixiviat mais aussi pour produire un amendement de qualité et à moindre coût.



Bibliographie

Ouvrages et documents

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[17] M. Robustelli, Caractérisation des lixiviats de compost, Veolia Propreté - CREED - Confidentiel: 2004.

[18] J. Ruffin, Suivi et Optimisation d'une filière biologique de traitement de lixiviat par biofiltration à l'échelle pilote, Anjou Recherche, Confidentiel, 2006.

[19] A. Robinson, “Landfill leachate treatment,” The 5th International Conference on Membrane Bioreactors, Cranfield University, 2005.

[20] Q. Huang, Y. Yang, X. Pang, et Q. Wang, “Evolution on qualities of leachate and



landfill gas in the semi-aerobic landfill,” Journal of Environmental Sciences, vol. 20, 2008, p. 499-504.

[21] C. Benson, M. Barlaz, D. Lane et J. Rawe, “Practice review of five bioreactor/recirculation landfills,” Waste Management, vol. 27, 2007, p. 13-29.

[22] M.C. Schmid, B. Maas, A. Dapena, et K. van de Pas-Schoonen, “Biomarkers for In Situ Detection of Anaerobic Ammonium-Oxidizing (Anammox) Bacteria,” Applied and Environmental Microbiology, vol. 71, Avr. 2005, p. 1677-1684.

Sites internet : www.veolia-proprete.com www.veoliaeau.com www.veolia.com/ http://www.veoliawaterst.com/biosep/fr/ http://www.stats.environnement.developpement-durable.gouv.fr http://aquatrop.cirad.fr http://www.environment-agency.gov.uk http://www.netregs.gov.uk Syndicat Mixte Bil Ta Garbi, Pyrénées Atlantiques : www.biltagarbi.fr



Table des annexes

ANNEXE 1 : Présentation de Veolia Environnement.....................................................- 57 - ANNEXE 2 : Organisation de la DTSD..........................................................................- 57 - ANNEXE 3 : Répartition des différentes filières de traitement des DMA .....................- 58 - ANNEXE 4 : Critères minimaux applicables aux rejets d’effluents liquides dans le milieu

naturel .......................................................................................................- 58 - ANNEXE 5 : Schéma de casier et d'alvéoles (source

www.biltagarbi.fr/schema_enfouissement_grand.gif) ..............................- 59 - ANNEXE 6 : Photos d'une ISDND.................................................................................- 60 - ANNEXE 7 : Réaction biologique ..................................................................................- 61 - ANNEXE 8 : Vue globale des mécanismes réactionnels de la dégradation de l’azote par

nitrification/dénitrifiaction........................................................................- 61 - ANNEXE 9 : Données disponibles pour les différents sites ...........................................- 62 - ANNEXE 10 : Exemple de fiche de site ...........................................................................- 63 - ANNEXE 11 : Echelle de notation pour les différents critères.........................................- 67 - ANNEXE 12 : Graphe d’évolution du lixiviat brut pour DCO et la conductivité ............- 70 - ANNEXE 13 : Résultats de la régression multiple pour le LB du site de la Somme........- 71 - ANNEXE 14 : Composition du lixiviat brut et des effluents pour le site de la Somme –

valeur 2009-2010 ......................................................................................- 72 - ANNEXE 15 : Résultats statistiques pour l'étude des rendements épuratoires.................- 73 - ANNEXE 16 : Fonctionnement du SBR...........................................................................- 76 - ANNEXE 17 : Quantité épandue/jour en fonction des mois de l’année pour le site de Loire-

Atlantique..................................................................................................- 76 - ANNEXE 18 : Lieu de stockage des différents effluents..................................................- 77 - ANNEXE 19 : Description des différentes filières de traitement pour tous les sites........- 77 - ANNEXE 20 : Notation pour les différents sites ..............................................................- 82 -



Annexes

ANNEXE 1 : Présentation de Veolia Environnement

ANNEXE 2 : Organisation de la DTSD



ANNEXE 3 : Répartition des différentes filières de traitement des DMA

Mode de traitement Nombre d’unité de traitement

Quantité de déchets entrants

(kT)

Part de déchets entrants

Tri 330 7191 15,25%

Compostage 518 5293 11,3% Méthanisation 6 206 0,45%

Incinération avec valorisation énergétique

112 12999 27,5%

Incinération sans valorisation énergétique

17 522 1,1%

Stockage des déchets non dangereux (ISDND)

256 20899 44,4%

Total 1239 47111 100%

Plate-forme de maturation des mâchefers

52 2074 -

ANNEXE 4 : Critères minimaux applicables aux rejets d’effluents liquides dans le milieu naturel

(Arrêté du 31 décembre 2001, article 1er ) Matières en suspension totale (MEST) < 100 mg/l si flux journalier max. < 15 kg/j

< 35 mg/l au delà Carbone organique total (COT) < 70 mg/l Demande chimique en oxygène (DCO) < 300 mg/l si flux journalier max. < 100 kg/j

< 125 mg/l au delà Demande biochimique en oxygène (DBO5) < 100 mg/l si flux journalier max. < 30 kg/j

< 30 mg, au delà Azote global Concentration moyenne mensuelle < 30 mg/l si

flux journalier max > 50 kg/j Phosphore total Concentration moyenne mensuelle < 10 mg/l si

flux journalier max. > 15 kg/j Phénols < 0,1 mg/l si le rejet dépasse 1g/j Métaux totaux dont : < 15 mg/l Cr6+ < 0,1 mg/l si le rejet dépasse 1g/j Cd < 0,2 mg/l Pb < 0,5 mg/l si le rejet dépasse 5 g/j Hg < 0,05 mg/l As < 0,1 mg/l Fluor et composés (en F). < 15 mg/l si b rejet dépasse 150 g/l CN libres < 0,1 mg/l si b rejet dépasse 1 g/j Hydrocarbures totaux < 10 mg/l si le rejet dépasse 100 g/j Composés organiques halogénés (en AOX ou EOX)

< 1 m g/l si le rejet dépasse 30 g/j

Note : Les métaux totaux sont la somme de la concentration en masse par litre des éléments

suivants : Pb, Cu, Cr, Ni, Zn, Mn, Sn, Cd, Hg, Fa, Al.



ANNEXE 5 : Schéma de casier et d'alvéoles (source www.biltagarbi.fr/schema_enfouissement_grand.gif)



ANNEXE 6 : Photos d'une ISDND

Compaction des déchets dans une alvéole (photo : J. Darlu)

Casier divisé en plusieurs alvéoles vides (photo J. Darlu)



ANNEXE 7 : Réaction biologique

D’après Suivi et optimisation d’une filière biologique de traitement de lixiviats par biofiltration à

l’échelle pilote (Ruffin, 2006)

ANNEXE 8 : Vue globale des mécanismes réactionnels de la dégradation de l’azote par nitrification/dénitrifiaction

D’après Suivi et optimisation d’une filière biologique de traitement de lixiviats par biofiltration à

l’échelle pilote (Ruffin, 2006)



ANNEXE 9 : Données disponibles pour les différents sites

Site Effluent Paramètres physico-chimiques

Fréquence Commentaires

Oise Lixiviat Brut (Ancienne Zone et Nouvelle Zone)

DCO DBO5 NH4 MES Conductivité

Une données tous les 3 mois depuis 2005

Existe des trous dans les données

Somme Lixiviat brut Effluents intermédiaires

pH, T°C, N-NH4, Conductivité, Colorimétrie DCO

1 donnée/ semaine Depuis 2003

Série de données la plus complète

Seine et Marne Lixiviat Brut Effluents intermédiaires

pH DCO DBO5 N (NTK, N-NH4+-NGL) MES Conductivité

1x tous les 3 mois depuis 2003

Effluents intermédiaires, seulement mesure de la conductivité

Manche - ISDND Lixiviat Brut Effluent épuré

pH N (NTK, N-NH4+-NGL) Conductivité DCO DBO5 COT

6 données depuis 2007

Analyses statistiques impossible

Gironde Lixiviat Brut

pH Azote Conductivité DCO

Une fois par mois depuis un an

UK 1 Lixiviat Brut UK 2 Lixiviat Brut

UK 3 Lixiviat Brut

Complet (plus de 20 analyses

1x tous les 2-3 mois depuis 2006

Lieux de prélèvement pour l’instant inconnus – pas d’interprétation possible

Calvados Lixiviat Brut Effluents Intermédiaires

DCO DBO5 Conductivité N-NH4+

1 ou 2 échantillonnage depuis exploitation

Loire Atlantique Lixiviat Brut Analyse complète 1 seule analyse Manche - Compostage

Lixiviat Brut Effluents Intermédiaires

DCO DBO5 Conductivité N-NH4+

1 ou 2 échantillonnage depuis exploitation

Pas assez de recul depuis installation du process de traitement



ANNEXE 10 : Exemple de fiche de site









ANNEXE 11 : Echelle de notation pour les différents critères

Capacité de traitement

1

Le traitement ne permet pas de traiter le volume de lixiviat produit annuellement. Il faut alors faire appel à un prestataire extérieur. Le rendement des installations est très en-dessous de ce qui était escompté.

2

Tout le lixiviat produit annuellement ne peut pas être traité. Les concentrats ou les sous-produits sont recirculés dans le bassin de stockage. Le rendement des installations est légèrement inférieur à ce qui est attendu.

3 La filière de traitement arrive à traiter tous les effluents produits. L’efficacité de la filière est celle prévue. Si la charge du lixiviat augmente, la filière risque d’être moins performante.

4 Le traitement est correct. L’efficacité est celle attendue et la filière peut s’adapter à des variations de charge.

5 Le traitement est correct. La filière peut traiter tous les effluents et peut traiter des effluents plus chargés et un volume supérieur.

Coûts du traitement

1 >25€/m3 2 15<€/m3<25 3 10<€/m3<15 4 4<€/m3<10 5 <4€/m3

Consommation énergétique

1 >1000 kWh/m3 2 500<kWh/m3<1000 3 50<kWh/m3<500 4 10<kWh/m3<50 5 <10kWh/m3



Aspect Réglementaire

1 Non respect de la réglementation

2 Respect de la réglementation – Difficile d’atteindre les normes et seuils de rejets. Il faut faire appel à des prestataires extérieures (OI) ou d’autres moyens pour effectuer le bon traitement

3 Respect de la réglementation – Si durcissement de la réglementation, la filière de traitement devra être modifiée

4 Respect de la réglementation – Si durcissement de la réglementation, une adaptation est possible sans devoir modifier la filière

5 Respect de la réglementation – Zéro rejet en milieu naturel, pas d’adaptation nécessaire

Taux de conversion

1 >20% du volume de lixiviat brut 2 15% - 20% du volume de lixiviat brut 3 10% - 15% du volume de lixiviat brut 4 5 % – 10% du volume de lixiviat brut 5 <5% du volume de lixiviat brut

Main d’œuvre

1 >15JH/semaine 2 5<JH/semaine<15 3 2,5<JH/semaine<5 4 0,5<JH/semaine<2,5 5 <0,5 JH/semaine

Maintenance et réparation

1 Arrêts de process répétitifs qui nécessitent d’utiliser un traitement alternatif

2 Entretien important & Réparations fréquentes 3 Réparations curatives fréquentes 4 Réparations curatives ponctuelles

5 Maintenance préventive et Fréquence normale de changement des pièces des équipements



Capacité de stockage Vp = Volume produit/an CS = capacité de stockage

1 2 Vp > CS 2 Vp> CS 3 Vp = Vs 4 Vp < CS 5 2 Vp < CS

Pertinence du dimensionnement

1 Mauvais dimensionnement de l’installation (volume produit, charge en entrée). Les préconisations de WaterDiag sont l’inverse de la filière de traitement en place

5 Le dimensionnement de l’installation correspond au volume produit, à la charge en entrée. Les préconisations de WaterDiag concordent avec la filière mise en place



ANNEXE 12 : Graphe d’évolution du lixiviat brut pou r DCO et la conductivité



ANNEXE 13 : Résultats de la régression multiple pour le LB du site de la Somme



ANNEXE 14 : Composition du lixiviat brut et des effluents pour le site de la Somme – valeur 2009-2010

Lagunage Biosep® Osmose 1 Osmose 2

LB

L3 L P1 P2 P3 C

Norme

s de rejets

N-NH4 (mg/L) 2200

1250 657 420 44 <10 1800

-

2000

NTK <1000

DCO (mg/L) 7300 4300 3750 2490 <50 <10 8000 125

Coloration 10000 15000 12800 10200 28 2 -

pH 7,7

8,4 8,5 8 (7,3

tampon)* 6,7 6 6,8 -

1450 250 Conductivité

(µS/cm)

26 000 18

300 16 100 13300 En moyenne

(P2+ P3) = 500

1500

Débit (m3/h) 1.4 1.2 5



ANNEXE 15 : Résultats statistiques pour l'étude des rendements épuratoires







ANNEXE 16 : Fonctionnement du SBR

Etape 1 : Alimentation en eau brute et réaction

Pendant cette période, le bassin est alimenté en effluent liquide à traiter et, en même temps, se déroule la phase de réaction par alternance de phases d’aération et de non aération.

Etape 2 : Réaction L’alimentation est terminée, mais la période de réaction se poursuit pour terminer la dégradation de la pollution

Etape 3 : Décantation La pollution étant dégradée toute aération et agitation est arrêtée dans le bassin, la période de décantation démarre. Le bassin n’étant pas alimenté, cette décantation se déroule à vitesse ascensionnelle nulle.

Etape 4 : Vidange de l’eau traitée

À l’issue de la période de décantation, on observe dans le bassin deux parties : une tranche d’eau traitée en partie haute et, les boues en partie basse. La tranche d’eau traitée est alors évacuée via la Saulaie ou bien elle passe par un charbon actif en cas de rejet au milieu naturel.

Etape 5 : Extraction des boues

Les boues en excès sont évacuées après la période de décantation périodiquement.

ANNEXE 17 : Quantité épandue/jour en fonction des mois de l’année pour le site de Loire-Atlantique

Quantité épandue par jour pour les différents mois de l'année

0

10

20

30

40

50

60

jan fev mars avril mai juin juillet aout sept oct nov déc

m3

Qté /j en m3 sur 2 ha



ANNEXE 18 : Lieu de stockage des différents effluents

Stockage des différents effluents (site de Loire At lantique)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

jan fev mars avril mai juin juillet aout sept oct nov déc

m3

d'ef

fluen

t

Stockage amont lixiviats bruts

Stockage produit traité (m3/mois)

ANNEXE 19 : Description des différentes filières de traitement pour tous les sites Oise Il y a deux filières en parallèle : traitement des lixiviats venant de la nouvelle zone (NZ) c’est-à-dire un casier toujours en exploitation, et des lixiviats provenant de l’AZ (exploitation terminée) Lixiviat AZ : après avoir subit une acidification et un traitement anti-mousse, les lixiviats sont filtrés. Le lixiviat est ensuite traité par OI. La saumure est évacuée dans le bassin de stockage des lixiviats nouvelle zone.

Lixiviat NZ : après avoir subi une acidification et un traitement anti-mousse, le lixiviat est filtré (seuil du µm). Le filtrat est ensuite envoyé dans le premier évapo-concentrateur. Le distillat, s’il respecte les normes de rejet, est rejeté dans la rivière, sinon il retourne dans le bassin NZ. Le condensat est traité avec le surconcentrateur. Le distillat obtenu est envoyé dans le bassin AZ et les concentrats sont stockés avant d’être incinérés.

Gironde – Filière thermique Le lixiviat est prélevé du bassin de stockage grâce à deux pompes pneumatiques qui fonctionnent en alternance. Le débit de la pompe est d’environ 1400 L/h. Le lixiviat subit un premier prétraitement à l’acide chlorhydrique à 33% pour obtenir un pH à

5,5. Le lixiviat subit un dégazage. De l’air est injecté par le fond de la cuve, ce qui entraine les gaz dissous qui remontent à la surface et qui sont ainsi libérés dans l’atmosphère. En même temps, le lixiviat subit un traitement antimousse.

Avant d’entrer dans l’évapoconcentrateur, le lixiviat passe par des filtres à poche (1µm). En sortie d’évapoconcentrateur, le condensat est stocké dans une cuve. Le rendement de l’évaporateur est de 95%. Le distillat est envoyé dans une cuve tampon avant d’être envoyé

vers l’OI. En sortie de l’OI, le perméat passe à travers 2 filtres à charbon actif montés en parallèle. Le but du passage par CA est de diminuer la charge en NH4+ et en DCO. En sortie du CA, le pH est rétabli à 7 grâce à un ajout de soude. Le perméat passe à travers les résines échangeuses d’ions. Il y a deux résines fonctionnant alternativement et le perméat est rejeté en milieu naturel. Les concentrats du premier évapoconcentrateur sont traités par un surconcentrateur et les résidus sont envoyés en incinération.



Gironde – Filière biologique

La filière de traitement est composée d’un traitement biologique (nitrification – dénitrification

– nitrification) suivi d’une ultrafiltration (UF) puis d’une OI.

L’effluent subit une nitrification dans deux premières cuves. La réaction de dénitrification est effectuée dans une troisième cuve. Une source de carbone supplémentaire est injectée. En sortie de la cuve de dénitrification, l’effluent subit une nitrification dans une quatrième cuve (diamètre 4m, hauteur 8m). A l’issu de ce traitement biologique, la charge en NH4+ est diminuée de 99%. Après le traitement biologique, l’effluent est envoyé vers une ultrafiltration.

L’ultrafiltration filtre les particules supérieures au µm. cela permet d’évacuer principalement les bactéries en sortie de traitement biologique afin d’éviter qu’elles ne colmatent l’OI. Une partie du perméat est envoyé vers l’OI et l’autre partie est renvoyée au début du traitement biologique. Avant entrée dans les membranes d’osmose inverse, l’effluent subit un traitement biocide, pour éradiquer les bactéries qui n’auraient pas été filtrées par l’UF et un traitement par filtre à chaussette, pour éviter l’encrassement. Les perméats sont rejetés dans un bassin

de perméats où ils sont mélangés avec les perméats de la filière Cogelix. Lorsqu’ils sont en-dessous des normes de rejet, ils sont rejetés en milieu naturel. Manche : Osmose Inverse et Evaporation naturelle accelérée

Le lixiviat est stocké dans un premier bassin couvert. Il subit un premier traitement par Osmose

Inverse. La saumure subit ensuite un traitement physico-chimique, puis un traitement par filtre presse. Le filtrat est stocké dans 4 bassins de stockage avant d’être traité par évaporation naturelle grâce au procédé Nucleos. Le gâteau du filtre presse est envoyé en incinération chez SARPI.

Après passage par l’OI, la saumure subit un traitement par coagulation floculation. Le but est de décanter les matières colloïdales qui ont des vitesses de sédimentation très faible, d’une

part à cause de leur diamètre très faible (diamètre 1nm-1µm), d’autre part, elles sont chargés négativement, se repoussant donc entre elles. Pour les agglomérer, on ajoute des sels métalliques, ici le FeCl3 qui permet de supprimer les répulsions intercolloïdales, c’est la coagulation. Ensuite, un ajout de polymère va jouer le rôle de floculant, provoquant l’agglomération des matières colloïdales et donc favorisant leur décantation. La boue obtenue est appelée le floc. Le perméat est envoyé en bassin de stockage avant d’être

traité par Nucleos®.

Le floc passe ensuite par un filtre à plateau qui le déshydrate. Le filtre à plateau est constitué de plusieurs modules de bases, eux-mêmes constitués d’une toile de filtration et d’une chambre pour le dépôt du gâteau de filtration. Les modules sont alignés, pressés les uns à la suite des autres. Lorsque les modules sont pleins et qu’il ne reste que la galette de boue, on ouvre la presse et on récupère la galette. Le filtrat est envoyé en bassin de stockage avant

d’être traité par Nucleos® et les galettes de boues sont envoyées en incinération.



Traitement par Nucleos : L’effluent est pompé, puis est projeté sur des mailles en polyéthylène haute densité qui jouent le rôle d’échangeur de chaleur. Le débit d’entrée du lixiviat n’est pas connu, il est variable et dépend du taux d’évaporation. L’effluent s’évapore en partie : la vapeur est rejetée à l’extérieur, le condensat retombe dans la cuve de stockage. Les mailles en polyéthylène sont chauffées par de l’eau chauffée par une chaudière

fonctionnant au biogaz. L’eau ressort à 60°C du module et est directement réchauffée à 85°C (fonctionnement en circuit fermé). La cuve de stockage des condensats est vidée régulièrement et les condensats envoyés en incinération. Site de la Seine et Marne : évapoconcentration et OI

Le lixiviat est stocké dans une première lagune de 20 000 m3. Il est ensuite envoyé dans un second bassin aéré de 800 m3. Le lixiviat est ensuite traité par un évaporateur sous vide (ESV) puis une osmose inverse (OI). Le concentrat issu de l’ESV est surconcentré dans un évaporateur. Les saumures issues de l’OI sont réinjectées en tête du process, dans le bassin de lagunage et le perméat est rejeté en milieu naturel.

Site de la Manche et du Calvados (compostage)

Le lixiviat est collecté de manière gravitaire et stocké dans un bassin de 2000 m3. Il passe ensuite par un BTS (Bassin Tampon de Sédimentation) qui permet de décanter une grande partie des MES. L’effluent est ensuite envoyé sur un lit filtrant vertical de roseau. L’effluent en sortie est en partie renvoyé dans le BTS et l’autre partie est épandue sur une noue de saule et de roseau où l’eau s’infiltre naturellement.

L’eau est collectée grâce à des caniveaux qui conduisent l’eau vers un puisard grille reliée au bassin. Le bassin de capacité 2000 m3 est agité grâce à un agitateur Oloïde® d’une puissance de 400 W fonctionnant en continu. Son but est d’homogénéiser l’effluent et d’empêcher une sédimentation des MES et n’a pas un rôle d’aérateur.

Ce procédé de traitement est inspiré des systèmes de traitement d’effluents d’élevage. Le

bassin a un volume de 55 m3, non aéré et donc en situation d’anoxie favorisant les réactions de dénitrification et la sédimentation des MES. Le temps de séjour du lixiviat est de 5 jours. Il est ensuite envoyé vers le filtre vertical à roseaux via le puits de relevage.



Figure 17 : Bassin de stockage des lixiviats (Darlu)

Figure 18 : Bassin Tampon de Sédimentation (Darlu)

Le filtre vertical à roseaux

C’est un traitement biologique culture fixée combiné combiné avec des plantes macrophytes.. Il présente l’avantage d’être peu coûteux et de demander des opérations de maintenance réduites. Cependant, il demande une surface importante. Le principe est de

développer des plantes rhizomateuses sur un support type galet assimilant l’azote et l’oxygène ainsi qu’un biofilm bactérien capable de réactions de nitrification principalement et de minéralisation de la MO. A Valognes, les plantes utilisées sont des roseaux communs.

Il y a 3 filtres d’une surface de 90 m2 au total, disposés en parallèle qui sont alimentés grâce à une pompe en lixiviat par batch. Il est prévu d’arroser chaque filtre une semaine toutes les 3 semaines mais pour le début de l’installation et la croissance des roseaux, les filtres sont

arrosés pendant 2 jours tous les 6 jours.

Un filtre est composé d’une succession de 3 couches de galets de granulométrie variable (grosse granulométrie en profondeur, granulométrie plus fine en surface) d’une hauteur de 40 cm. Il y a six arrivées d’eau (fonctionnant en puits artésien) arrosant les roseaux. Les roseaux, au cours de leur croissance vont développer des rhizomes qui vont servir de support à des bactéries formant alors un biofilm.

Les filtres sont alimentés par batch. Un arrosage intermittent par un volume d’effluent est déclenché automatiquement grâce à un puits de relevage composé de 2 flotteurs. Lorsque l’effluent provenant du TBS atteint le flotteur-haut du puits, l’alimentation est déclenchée automatiquement vidant le puits jusqu’au flotteur bas. Chaque batch est de 1 m3 : le filtre reçoit 1 m3 d’effluent pendant quelques minutes.

Les eaux traitées par le filtre sont récupérées et 20% sont envoyées vers la noue et les 80%

sont recirculées vers le BTS.

L’intérêt de la recirculation de l’effluent traité dans le BTS est d’alterner les réactions de nitrifications (dans le filtre) et de dénitrification (dans le BTS) et d’obtenir de meilleurs rendements épuratoires au niveau de l’azote.



L’épandage sur la noue

L’effluent provenant du filtre vertical est épandu sur la noue, tranchée de 285 m2 d’environ 4 m de large. La noue est donc creusée en profondeur et le sol est en argile tassée laissant peu l’eau s’infiltrer. Des saules et des roseaux sont plantés depuis le 15/05/10. Le but de la noue est de créer une infiltration naturelle de l’eau avec croissance de végétaux prélevant des

nutriments.



ANNEXE 20 : Notation pour les différents sites











Summary Leachate is the effluent from the combined action of rainwater and the natural fermentation of waste during landfilling or during processing on platforms of composting. These effluents must be treated. There are several methods for treating these effluents and most often, a combination of these processes is established.

Leachate treatment is a financial and technical challenge for Veolia Environment. In France, this represents a budget of 15 millions euros per year. Despite R & D projects carried out by Veolia Environment, there is still no feedback on the treatment plant running. To better understand and be able to suggest solutions to improve these treatments, an initial audit of 11 sites (8 sites for landfill and three composting sites) was conducted as part of my internship. After field trips and audit site, information is gathered on the global context, the physico-chemical effluent composition, preventive maintenance of equipment and chemicals consumption. Benchmarks for treatment plant assessment were selected and each site is rated according to these benchmarks coupled with a coefficient. Comparison of treatment plant did not make specific findings in a heterogeneous technical environment and science.

Knowledge of raw and intermediate leachate composition is fundamental for predicting potential impact on the treatment system. Storage basins are not always adequately sized and water balance assessment on sites could improve storage and limit risk of basin running over. Biological treatment should be more optimized because it is easy to implement, consumes little power and is inexpensive. Optimizing waste management upstream is also a way to restrict leachate production.

Key Words: leachate, compost, waste, landfill, experience feedback



Résumé

Les lixiviats sont les effluents issus de l’action conjuguée de l’eau de pluie et de la fermentation naturelle des déchets lors de leur stockage ou lors de leur traitement sur des plateformes de compostages. Ces effluents doivent être traités. Il existe plusieurs procédés pour traiter ces effluents et le plus souvent, une combinaison de ces procédés (ou filière) est mis en place.

Le traitement des lixiviats est un enjeu technique et financier pour Veolia Propreté. En France, cela représente un budget de 15 millions d’euros par an. Malgré les travaux de la R&D réalisés par Veolia Environnement, il n’existe pas encore de retour d’expérience sur le fonctionnement de ces filières. Afin de mieux comprendre et de pouvoir proposer des solutions pour améliorer ces traitements, un premier travail d’audit sur 11 sites (8 sites de stockage et 3 sites de compostage) a été réalisé dans le cadre de mon stage. Après déplacements et audits de site, des informations sont collectées concernant le contexte global, la composition physico-chimiques des effluents, la maintenance curative et préventive des équipements, de consommations de réactif. Des critères pour la caractérisation des filières de traitement ont été choisis et chaque site est noté selon ces critères couplé avec une pondération. La comparaison des filières de traitement de cette manière n’a pas rendu des conclusions précises dans un environnement technique et scientifique hétérogène.

Une connaissance de la composition des effluents bruts et intermédiaire est essentielle pour prévoir leur évolution et ses impacts potentiels sur le système de traitement. Les installations de stockage ne sont pas toujours dimensionnées adéquatement et un travail sur le bilan hydrique des sites permettrait d’optimiser es traitements. Le traitement biologique des effluents doit être optimisé car il est facile à mettre en place, consomme peu d’énergie et reste peu coûteux, mais il ne faut pas perdre de vue que c’est d’abord par une optimisation de la gestion des déchets en amont que l’on peut agir.

Mots Clés : lixiviat, compost, déchets, ISDND, retour d’expérience

Documents

MÉMOIRE CONFIDENTIEL - AgroParisTechsiafee.agroparistech.fr/.../idea-2010-conf-2013-darlu.pdf · MÉMOIRE CONFIDENTIEL Présenté par Juliette Darlu Dans le cadre de la dominante