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Septembre 2009

ECOCENTRE LA TUILERIE

Proposition de substitution du procédé

Nucléos par un mode de traitement

alternatif des lixiviats : le Cogébiome

Proposition de substitution du procédé Nucléos par un mode de traitement alternatif des lixiviats : le Cogébiome

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Introduction

L"article 4.3.11 de l"arrêté préfectoral du 18 juillet 2008 précise que les lixiviats

devront être traités sans rejets d"effluents liquides dans le milieu naturel. Le dispositif de traitement préconisé est de type Nucléos, dont le principe de fonctionnement repose sur l"évaporation des lixiviats par chauffage direct.

Afin de valoriser les dernières techniques éprouvées, Valor"Aisne via la société

VALNOR qui aura en charge l"exploitation du CSD La Tuilerie, propose un mode alternatif de traitement des lixiviats qu"elle souhaite substituer au procédé de type

Nucléos.

Valor"Aisne propose ainsi que la prise en charge des lixiviats soit assurée par la société BIOME (sous-traitant de VALNOR), qui exploitera in situ une unité de traitement utilisant un procédé d"évaporation sous vide des lixiviats en cogénération (utilisation de l"énergie thermique du moteur de valorisation). La mise en place d"une unité autonome de traitement des lixiviats par évapoconcentration sur l"Ecocentre La Tuilerie permettra : ▪ de valoriser une partie de l"énergie potentielle du biogaz produit par la fermentation des déchets qui doit être capté et détruit par brûlage car le procédé qui est développé par BIOME utilise le pouvoir calorifique du méthane contenu dans le biogaz. ▪ de s"affranchir des contraintes et des incertitudes sur la pérennité de l"acceptation des lixiviats dans les stations de traitement des eaux usées urbaines, ▪ De disposer d"une station de traitement de capacité nominale de 8 000 m

3/an adaptée à la production totale estimée de lixiviats

Il est rappelé ici qu"en cas de besoin, VALNOR disposera en complément de cette station in situ de capacités de traitement extérieures grâce à : ▪ La station de traitement des lixiviats sur le CSD de Boves (80) autorisée à traiter jusqu"à 10 000 m

3/an de lixiviats extérieurs

▪ Une convention de rejet à la station d"épuration de Soissons exploitée par Veolia Eau. ▪ De plus, l"entreprise Biome dispose de deux unités mobiles (osmose et évaporateur sous vide) pouvant être mobilisés en cas de nécessité

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3 Présentation du procédé Cogébiome : généralités

Concept

Les lixiviats sont constitués principalement d"une pollution soluble en grande partie sous forme minérale (80 à 85%) et en moindre partie sous forme organique (15 à 20%). L"évapoconcentration permet de séparer les polluants sous forme de matières sèches contenues dans le lixiviat et l"eau, en concentrant les matières sèches dans un moindre volume d"eau. L"énergie nécessaire pour assurer le fonctionnement de l"évapoconcentration est fournie par l"eau chaude des moteurs thermiques, ce qui constitue une valorisation de la cogénération.

Hypothèses de production

Dès sa mise en exploitation, l"Ecocentre va produire des lixiviats qui seront stockés dans deux bassins étanches qui représentent un volume total de 4 200 m 3. Dès la première année d"exploitation (année " 0 »), les calculs estimatifs de bilan hydriques prévoient une production annuelle de lixiviats de 3 115 m 3. Une estimation de la production de biogaz a été faite par BIOME de laquelle il ressort une disponibilité de biogaz exploitable à partir de l"année " 1 ». Sur la base raisonnable d"un taux de récupération de 60% du biogaz effectivement produit sur le site, la puissance effectivement disponible sous forme d"eau chaude en année 1 serait de 311 kW en moyenne sur l"année avec un rendement en chaudière de 90%.

Performances attendues

Les projections de production de lixiviats et de biogaz ont été mis en parallèle afin

d"évaluer la possibilité de traiter les lixiviats par évapo-concentration avec deux

systèmes sensiblement différents : ▪ D"une part à l"aide d"un évaporateur sous vide de conception BIOME à chauffage indirect.

▪ D"autre part à l"aide d"évaporateurs atmosphériques Nucléos à chauffage

direct.

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4 Il ressort de cette comparaison que dès l"année 1, la performance énergétique de l"évaporateur sous vide Biome permet d"assurer 100% de la production moyenne estimée de lixiviats car 700 kW d"eau chaude permettent d"entretenir un

évaporateur de 1m

3/h (8 000m3/an de lixiviats).

Inversement la performance énergétique des évaporateurs forcés Nucléos permettra de n"assurer que le tiers du besoin puisque un module de 300 kW thermique évapore théoriquement 1 000 m

3/an, ce qui nécessiterait donc 2 400 kW

thermiques pour assurer le traitement de 1m

3/h de lixiviats (8 modules Nucléos).

La solution de traitement proposée par BIOME devrait permettre de surcroît de subvenir au traitement de tous les lixiviats, ceux de l"année " 0 » pouvant être stockés dans les bassins puis déstockés dès l"année 1 avec la mise en service de la chaudière à biogaz et de l"évaporateur sous vide.

Planning

Année 0 : démarrage du traitement biologique sur l"un des 2 bassins (aérateur flottant de 22 kW). Année 1 à 2 : Installation d"une chaudière au biogaz de 800 kW, d"une boucle de réchauffage du bassin de 200 kW, d"un aérateur sur le second bassin et d"un évaporateur sous vide Biome avec production de concentrats à 30% de matières sèches et ré-évaporation des condensats dans un aéro-réfrigérant de 700 kW. Année 3 ou 4 : Installation d"un moteur au biogaz permettant de produire de l"électricité avec valorisation de l"eau chaude des moteurs pour alimenter en énergie l"évaporateur sous vide Biome. Selon le taux de disponibilité du moteur et du biogaz, un appoint thermique vers l"évaporateur pourra être effectué à partir de la chaudière. Au-delà de l"année 4 : le moteur à biogaz est suffisant pour assurer l"appoint

thermique vers l"évaporateur, la chaudière à biogaz peut être repliée, l"excédent

éventuel de calories peut permettre de renforcer le réchauffage des bassins avec adjonction d"un échangeur supplémentaire.

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5 Présentation du procédé Cogébiome :

Descriptif détaillé du traitement

Concentration des lixiviats par évapoconcentration avec valorisation d"eau chaude à 90°C.

Objectif

Valoriser l"énergie résiduelle de moteurs fonctionnant au biogaz par alimentation d"un

évaporateur destiné à traiter par évapo-concentration les lixiviats du site. Le nouveau centre de stockage des déchets produira des lixiviats dès l"année 0 (2010). Selon une projection effectuée par la Société Biome, la production de biogaz valorisable sera effective dès l"année 1 (2011). A terme l"installation d"un moteur électrique alimenté en biogaz permettra d"assurer le traitement par cogénération des lixiviats par valorisation de l"eau chaude de refroidissement du moteur sur une boucle 70°C 90°C. Dans un premier temps, le biogaz sera valorisé dans une chaudière afin de permettre le traitement de la totalité des lixiviats. Les lixiviats n"étant pas encore produits, leurs caractéristiques probables sont estimées ci-après :

DCO 1000 à 4000 mg/l

pH 7,9 à 8,6

NH4+ 500 à 1000 mg/l

MST 0,5 à 1%

Conductivité 15 000 μS/cm

La concentration de 1% de MST a été retenue pour servir de base au dimensionnement de l"évaporateur.

Energie disponible

La puissance disponible par le biogaz évoluant avec le site, une simulation a été établie

afin de vérifier la possibilité de traiter la totalité des lixiviats. Pour obtenir un concentrat à 30% de MST, la société BIOME a conçu un évaporateur à deux étages : Un premier étage à flot tombant permettra de monter la concentration de 1% à 20% environ, puis un finisseur à circulation forcée permettra de pousser la concentration à

30% environ.

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Données générales

Chaîne de traitement prévue

Le premier étage de traitement des lixiviats sera assuré par voie biologique. Une boucle d"eau chaude et un échangeur permettront le réchauffage du traitement biologique afin d"améliorer ses performances. Le deuxième étage de traitement est la concentration par évaporation qui permettra de

séparer les polluants non volatils en séparant l"eau et un concentrat porté à 30% de

Matières Sèches Totales..

Les condensats obtenus en sortie d"évaporateur sont ensuite évaporés à l"atmosphère par

un aéroréfrigérant. Un schéma général de l"installation est donné ci-après.

Caractéristiques des effluents

Ces données sont estimées sur la base d"autres sites récents de conception comparable, elles servent de base au dimensionnement de l"installation.

Puissance thermique disponible

Le régime de croisière de l"installation pouvant être atteint en 3 à 4 ans, un moteur à

biogaz de puissance électrique 1 000 kW permettra de produire en parallèle de l"eau

chaude à 90°C provenant du refroidissement moteur et du refroidissement des gaz de combustion. Puissance en eau chaude : 700 à 1 000 kW disponibles entre 90°C et 70°C

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Descriptif détaillé du traitement

Traitement biologique

La fonction du prétraitement biologique est d"assurer la dégradation d"une fraction des polluants contenus dans les lixiviats et en particulier : ▪ La fraction la plus facilement biodégradable de la DCO qui représente en moyenne de 50% à 70% de la DCO totale. Ce prétraitement permet aussi de limiter la présence de DCO résiduelle volatile qui pourrait donner des COV par ré-

évaporation de l"eau traitée.

▪ L"azote réduit et ammoniacal (NTK) qui est facilement dégradé en lagune aérée sous réserve d"une température suffisante de la biomasse active. Le NTK est oxydé en nitrates principalement, dont une partie peut éventuellement être dénitrifiée bien que ce ne soit pas la finalité du traitement. Les nitrates résiduels ne sont pas volatils et seront concentrés avec les matières sèches dans l"évaporateur qui suit. Les lixiviats collectés sont envoyés vers 2 bassins tampons dont le dimensionnement a

été déterminé afin de lisser les périodes de forte production et de faible production pour

permettre un traitement final avec un débit annuel quasi-constant. Selon les hypothèses, la production annuelle moyenne de lixiviats devrait se situer entre

5 000 et 8 000 m

3/an. Le débit de lissage retenu est donc de 1 m3/h, ce qui constitue le

débit de dimensionnement de l"évaporateur. La capacité totale de stockage des bassins représente 4 000 m

3 soit en tout de 6 à 9

mois de production de lixiviats.

▪ L"un des deux bassins sera maintenu plein et servira de lagune aérée (bassin

d"aération) en constituant le premier étage de traitement. Ce bassin de 2 000 m 3 sera équipé d"un aérateur flottant de puissance 22 kW. Le temps de séjour des lixiviats dans ce bassin sera en moyenne de 3 à 6 mois. Il sera réchauffé par l"intermédiaire d"un échangeur de chaleur couplé au circuit d"eau chaude du moteur. Cet échangeur permettra d"assurer une température minimale de 18°C en hiver ce qui permettra une nitrification aérobie suffisante. La température de ce bassin pourra atteindre au maximum 30°C en été. La puissance dédiée au réchauffage du lixiviat sera modulable. Il est par ailleurs prévu de réserver 200 à 300 kW sur les 1 000 kW potentiellement disponibles. ▪ Le deuxième bassin servira de lagune de décantation. D"une capacité de 2 000 m

3, il assurera le tampon de l"installation, soit 3 à 6 mois de production de

lixiviats. Le niveau de ce bassin sera donc variable. Une pompe sur flotteur permettra la reprise de l"eau de surface qui sera refoulée vers la cuve de stockage située à l"amont de l"évaporateur.

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Préchauffage des lixiviats

Un échangeur platulaire (ou équivalent) sera alimenté côté chaud par le circuit d"eau

glycolée venant des moteurs. L"optimisation énergétique sera assurée en reprenant une partie des retours du fluide thermique sortant des calandres des évaporateurs. Selon le débit d"alimentation de l"évaporateur, ce circuit permettra de moduler de 200 à

300 kW l"excédent d"énergie disponible et de la restituer vers le bassin de stockage des

lixiviats brut par une boucle de circulation dédiée à cet usage. Une pompe immergée sera installée dans le bassin de stockage des lixiviats et une conduite de refoulement en PEHD de diamètre 110 mm cheminera (aller-retour) du

bassin jusqu"à l"échangeur platulaire. Le débit de circulation de cette boucle est fixé à 17

m

3/h et permettra de réchauffer de 5 à 20°C environ les lixiviats prélevés selon l"énergie

résiduelle disponible. Une vanne de régulation assurera une température fixe de 70°C vers les retours moteurs par mesure de température à laquelle cette vanne sera asservie.

Evaporateur à flot tombant

Les eaux prétraitées seront envoyées vers une petite cuve de stockage en amont de

l"évaporateur. Cette cuve de 2000 litres environ permettra d"assurer la correction du pH de l"eau prétraitée, si nécessaire. Elle servira en outre aux opérations de nettoyage en place de l"évaporateur.quotesdbs_dbs7.pdfusesText_13

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