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Beaucoup de gens entendent le mot "eaux usées" et pensent simplement à une étendue sale et désagréable de saleté. En fait, les eaux usées sont cela et bien pire : elles contiennent diverses bactéries, champignons, parasites et virus qui nuisent à la santé individuelle et publique. E-coli, salmonelle, typhoïde, ascaride et hépatites (A et B) figurent parmi les organismes trouvés dans les eaux usées. Bien que cela ressemble à un mal environnemental irrémédiable, les eaux usées contiennent en réalité quelque chose de précieux : le biogaz. La capacité d'extraire le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane (CH₄) de ce sous-produit apparemment horrible a d'énormes implications pour la qualité environnementale et la conservation de l'énergie. Tout commence par la digestion anaérobie.
Le biogaz issu des eaux usées peut alimenter des moteurs à combustion qui le convertissent en énergie mécanique. À son tour, ce dynamisme peut alimenter un générateur pour produire de l'électricité. Ainsi, ce qui était autrefois moins qu'inutile est maintenant une ressource naturelle. Le biogaz peut alimenter un véhicule ou un système de transport public entier — et fait les deux actuellement. Comme mentionné ci-dessus, le biogaz est principalement composé de dioxyde de carbone et de méthane. Il contient également de petites quantités d'azote, d'hydrogène et de monoxyde de carbone. Ces composants peuvent se trouver dans les tas de compost, les marécages, le fumier de bétail, les excréments d'animaux sauvages, etc. Ils peuvent également être distillés à partir de sources comme les eaux usées.
Toutes les eaux usées ne sont pas égales — du moins en termes de production de biogaz. La quantité de solides dans un volume d'eau donné ; le positionnement de l'eau sur le spectre du pH (acidité vs alcalinité) ; et la température, tous ces facteurs jouent un rôle dans l'aptitude des eaux usées au traitement par digestion anaérobie pour la production de biogaz. Il en va de même pour la force organique — un terme étrange, oui — qui est une mesure de la quantité d'oxygène absorbée pour décomposer la matière organique présente dans l'eau. Les eaux usées à faible concentration peuvent être traitées plus efficacement de manière aérobie ; les substrats à forte concentration, de manière anaérobie.
L'objectif du traitement des eaux usées par digesteur anaérobie est de réduire au minimum la quantité de boues à éliminer. L'eau et les boues sont déposées dans une cuve initiale où elles restent entre 10 et 20 jours, chauffées à une température d'un peu moins de 100 degrés Fahrenheit. Il n'y a pas d'oxygène présent. Cela facilite la transformation de la matière organique qui y est contenue. Dans la cuve suivante, les matériaux constitutifs sont tamisés et séparés : les boues se déposent au fond de la cuve, l'eau montant au-dessus. Cela réduit le volume de matières résiduelles qui devront réellement être éliminées. Ensuite, les boues sont épaissies et stabilisées. Le résultat de cette activité de traitement des eaux usées par digesteurs est que 40 à 60 % des solides organiques composant les boues sont convertis en CH₄ et CO₂. Le méthane est le biogaz de traitement des eaux usées le plus utile pour sa capacité de combustion. Parmi la production de biogaz issue du traitement des eaux usées, ce CH₄ représente entre 60 et 65 %.
L'utilisation des techniques anaérobies est optimale lorsque la force organique des eaux usées est plus élevée. Cela signifie qu'il y a plus de matière organique par volume donné d'eaux usées. Ceci est parfois quantifié comme étant supérieur à 4 000 ppm (parties par million). De telles concentrations se trouvent souvent dans les eaux usées provenant des installations de transformation des aliments et des boissons, par exemple, tandis que celles émises par certaines raffineries et usines d'épuration municipales peuvent avoir des concentrations inférieures à 1 000 ppm et favoriser des options aérobies. En termes d'investissement, de consommation d'énergie et de rendement en boues, la digestion anaérobie est inférieure à l'aérobie.
L'usine de traitement South à Renton, Washington, abrite une pile à combustible qui convertit 154 000 pieds cubes de biogaz en un mégawatt d'électricité chaque jour. Cette production est suffisante pour alimenter 1 000 foyers. Parce qu'elle est utilisée, à la place, pour alimenter l'usine de traitement, elle permet au Département des Ressources Naturelles et des Parcs du Comté de King d'économiser près de 400 000 $ annuellement. La Central Marin Sanitation Agency exploite une installation de valorisation des ressources en eau à San Rafael, CA. Grâce à la digestion anaérobie, la CMSA produit presque toute sa propre énergie, revendant le surplus au réseau. Cette usine traite neuf à treize millions de gallons d'eaux usées par jour.
Si votre installation rejette des eaux usées, vous avez tout intérêt à vous assurer que leurs dangers sont réduits. De plus, vous bénéficierez également du fait que ce rejet a une utilité pratique en termes de production d'énergie. Des industries aussi diverses que l'agriculture, la pharmacie, le pétrole, la production chimique, la fabrication et les technologies de l'information doivent gérer les sous-produits de leurs déchets à des degrés divers. Grâce à la digestion anaérobie, ces piliers de l'économie moderne peuvent être certains que leur empreinte environnementale est plus légère – voire invisible – grâce à ce principe scientifique. Mieux encore, la dépendance aux combustibles fossiles est moindre et celle à ce qui était autrefois un déchet toxique est plus grande. La digestion anaérobie promet un avenir plus propre.
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