Des stations d’épuration des eaux usées à énergie positive

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Le Centre de compétence eau de Berlin a développé le concept CARISMO : une station d’épuration synthétisant du biogaz utilisé sur place pour produire de l’électricité, tout en diminuant le nombre d’étapes mécaniques nécessaires à la filtration de l’eau.

Les eaux usées non traitées représentent une importante source d’énergie encore peu exploitée. Les substances organiques contenues dans celles-ci contiennent suffisamment d’énergie chimique pour compenser la quantité d’énergie nécessaire pour leur traitement, et même pour générer un surplus. Cette énergie est aujourd’hui sous-utilisée par les stations d’épuration, qui fonctionnent en utilisant principalement deux techniques : les techniques physico-chimiques et les procédés biologiques (aussi bien pour le traitement des eaux usées que pour la production d’eau potable). Le but des traitements biologiques est d’éliminer la pollution organique soluble au moyen de micro-organismes, des bactérie principalement. Les micro-organismes hétérotrophes, qui utilisent la matière organique comme source de carbone et d’énergie, ont une double action : la matière organique est éliminée lors de la minéralisation du carbone en partie sous forme gazeuse, avec production de CO2 dans le cas des digestions aérobies, et de biogaz (CO2 + CH4) dans le cas des digestions anaérobies. En outre, la matière organique est en partie transformée en particules solides constituées de micro-organismes issus de la multiplication bactérienne. Ces particules peuvent être facilement séparées de la phase liquide par des moyens physico-chimiques, tels que la décantation.

Lors de ces processus, le potentiel énergétique est complètement perdu. En Allemagne, environ 4 400 GWh d’électricité sont utilisées chaque année pour le traitement des eaux usées, soit la consommation annuelle d’une ville de 2,6 millions d’habitants [1]. Afin de mieux exploiter le potentiel énergétique considérable des eaux usées, un nouveau processus de traitement des eaux usées a été développé par le Centre de compétences eau, Veolia Allemagne et la Régie de l’eau de Berlin. Le projet CARISMO (« CARbone IS MOney », le carbone est de l’argent) vise à exploiter au maximum ce potentiel pour produire de l’électricité.

L’idée novatrice est de séparer les substances organiques de l’eau en amont du traitement, pour les transférer directement dans les installations de digestion et de traitement des boues. Grâce à l’ajout d’additifs chimiques, une grande partie de la matière organique peut être filtrée et utilisée comme « boues primaires » synthétisant du biogaz, lui-même utilisé sur place pour produire de l’électricité.

Nouveau principe de traitement des eaux usées 

Le concept Carismo - Cliquer pour agrandir.

Le concept Carismo – Cliquer pour agrandir.

La nouvelle méthode de filtration des eaux usées a été testée pendant 18 mois sur une installation pilote à la station d’épuration de Stahnsdorf à Berlin. Il a été constaté que les tamis à tambour peuvent être exploités de manière stable sur la durée et avec un faible entretien. Grâce à ce prétraitement, 70 à 80% des substances organiques et 80% de la substance fluorescente peuvent être séparées en amont. La boue organique récupérée après épaississement mécanique permet de produire 80% en plus de biogaz que dans le cas d’un système de traitement en aval. Dans le même temps, la consommation d’énergie diminue de 50% pour le traitement des eaux usées, y compris la post-purification. Le bilan énergétique du processus de traitement des eaux usées devient ainsi positif.

Pour l’ensemble de l’Allemagne, cette technologie représentera un potentiel d’au moins 1 640 GWhe, soit l’équivalent d’une petite centrale électrique. Le concept CARISMO se veut un outil pour aider les municipalités à mettre en place des actions concrètes pour le développement durable. D’autant que le surplus d’électricité peut être vendu à des tarifs préférentiels et ainsi alimenter le budget des régies communales de l’eau.

Note : [1] La consommation moyenne d’une famille en énergie électrique est de 6762 Kwh par an soit 0.0002 Kwh à chaque seconde. Un chiffre qui a eu tendance à augmenter avec la multiplication des appareils électriques dans les ménages. Un foyer français est composé en moyenne de 4 personnes. (calcul: 4400/0,006762 = 650695. 650695×4 = 2602780)

Site web du Centre de compétence eau (en anglais et allemand) : www.kompetenz-wasser.de/CARISMO

Origine : BE Allemagne numéro 698 (10/04/2015) – ADIT – www.bulletins-electroniques.com