Mise en œuvre d'installations de méthanisation économiquement rentables d'une capacité de 10 000 à 20 000 EH

Passage d'une stabilisation aérobie à une stabilisation anaérobie des boues

De plus en plus de communes allemandes s'efforcent d'optimiser l'efficacité énergétique de l'épuration des eaux usées dans leurs stations d'épuration. En règle générale, on fait la distinction entre l’optimisation énergétique et l'extension de la capacité de la station d'épuration. Une extension de la capacité de la station d'épuration est possible en construisant un nouveau niveau biologique, mais serait contre-productive en termes d'optimisation énergétique car un bassin d‘aérationbiologique supplémentaire implique un surplus considérable d'énergie pour l‘oxygénation. Cette solution, augmente aussi le coût d’élimination des boues. Le passage d'une stabilisation aérobie à une stabilisation anaérobie des boues constitue très souvent la solution la plus raisonnable d'un point de vue énergétique pour la réhabilitation de petites installations d'une capacité de 10 000 à 20 000 EH. Cette tansformation rend nécessaire l'intégration dans le système d'un clarificateurprimaire, mais aussi d'un méthaniseur pour la stabilisation anaérobie des boues. Jusqu'à présent, la littérature indiquait qu'une mise en œuvre économiquement rentable d'un méthaniseur n'avait de sens qu'à partir d'une extension de la capacité supérieure à 20 000 EH. La hausse du coût de l'énergie, mais aussi l'augmentation des frais d'élimination des sous-produits (boues), a, aujourd’hui,fondamentalement modifié cette donnée.

Tamis à tambour LIQUID de HUBER pour la décantation primaire. Meilleure performance de séparation qu'un décanteur primaire traditionnel primaire avec seulement 10% de l'encombrement.

Un passage rentable d'une stabilisation aérobie à une stabilisation anaérobie des boues recquiert non seulement la meilleure conception économique du méthaniseur, mais dépend aussi de la mise en place du décanteur primaire. . Le décanteur primaire ,tamis à tambour LIQUID de HUBER représente l'option la plus économique par rapport à un décanteur primaire traditionnel (ouvrage de décantation), comme le montrent de nombreuses études de faisabilité confirmé par les installations  réalisées.

La rentabilité d'une installation de digestion des boues dépend essentiellement de la conception du méthaniseur. On distingue généralement les méthaniseurs en béton, les silos en acier boulonnés avec chambre inférieure, les silos en acier boulonnés avec trémie en béton et les silos en acier soudés. Toutefois, il n'y a pas que la conception du méthaniseur qui a une influence sur la rentabilité, il y a aussi le  process de digestion des boues.

Comparé au méthaniseur traditionnel de type infiniment mélangé, le digesteur avec le process de « méthanisation en 2 phases », fonctionne par déplacement hydraulique ou par „empilement“ du bas vers le haut. Avec ce mode de fonctionnement, il n'y a pas de glissement du substrat frais et on peut obtenir un rendement en gaz jusqu'à 20% par rapport aux méthaniseurs traditionnels à brassage continu. Un autre avantage du déplacement hydraulique par rapport à un méthaniseur avec brassage (agitateur) est la réalisation d'une économie potentielle de 3-10 W/m³. Cette conduite du processus sans brassage permet, en raison du respect des phases de repos, un enrichissement et une sur-concentration des micro-organismes nécessaires, ce qui contribue à une augmentation de la production de gaz. 

Intégration économique du process :

Les frais d'électricité et le niveau des coûts d'élimination jouent un rôle déterminant pour la rentabilité d'une éventuelle conversion du système de stabilisation aérobie en une stabilisation anaérobie des boues. Dans le cas de stations d'épuration avec une capacité d'extension de 15 000 - 25 000 EH, les frais d'électricité et les coûts d'élimination des boues se montent au minimum à 200 000 euros. La production de biogaz et la capacité de déshydratation des boues sont calculées à l'aide de courbes de rendement de gaz. Si la comparaison entre l'état initial de la station d'épuration et sa transformation vers une stabilisation anaérobie des boues permet une économie minimum de 50 000 euros, il est intéressant d‚approfondirles études.

Représentation des variantes de la digestion en 2 phases

Références pour la digestion en 2 phases (passage d'un process aérobie à unprocess anaérobie)

  • Projet Hildburghausen : 20 000 EH (microturbine à gaz 50 kW)
  • Projet Kahla : 15 000 EH (microturbine à gaz 30 kW / 50 % de compensation d'énergie)
  • Projet Staßfurt : 70 000 EH (2 turbines à gaz 65 kW / 70 % de compensation d'énergie)
  • Projet Pocking : 17 000 EH (1 turbine à gaz 65 kW / 50 % de compensation d'énergie)

Avantages de la digestion en 2 phases :

  • Durée de séjour de 10 à 14 jours
  • Pas d'énergie pour l‘agitation (économie potentielle : 3-10 W/m³)
  • Augmentation de la production de gaz (jusqu'à 20% par rapport aux systèmes avec brassage)
  • Faible encombrement
  • Faibles coûts d'investissement
  • Structure en acier inoxydable entièrement soudée (variante privilégiée : silo en acier soudé)

La Figure 2 représente les différentes variantes d'une installation de digestion en 2 phases. Pour chaque variante, le volume est de 200 m³ pour une hauteur de construction entre 8 et 22 m. En raison de la durée de vie plus réduite des silos boulonnés, la version « silo en acier vissé » avec chambre inférieure constitue la variante la plus économique. En termes de prix, les autres variantes représentées sont 5 à 10% plus chères

 

Subventions pour une conversion du process

Le choix du système de méthanisation et les coûts d'investissement associés constituent un critère important dans le cadre de la demande de subventions.

En ce qui concerne le respect des valeurs de rejet, une concertation avec le syndicat des eaux est nécessaire. Pour la planification et la réalisation d'une installation de digestion des boues, aucune procédure d'autorisation conformément à la loi allemande sur la protection contre les immissions (BimSch) n'est nécessaire.

Il ressort du financement selon la directive communale 2020 que 40% des coûts éligibles aux aides peuvent bénéficier d'une subvention. La centrale de cogénération et les locaux d'installation des machines ne sont pas éligibles aux subventions. La condition préalable pour pouvoir solliciter des subventions est la présentation d'une étude de faisabilité pertinente. Etant donné qu'il s'agit d'une aide FEDER, cette subvention peut être combinée à la directive communale. Dans le lien ci-dessous, les aides sont réparties par Lander.