Gain de place, économies et mises aux normes tirent les investissements de dépollution des effluents dans l'industrie agroalimentaire. Certains choix technologiques comme la méthanisation permettent même de réaliser de substantielles économies sur la facture énergétique de l'entreprise.
Effluents très chargés en matières organiques, volumes rejetés très variables dans le temps, augmentation des productions, mise aux normes... sont autant de contraintes qui poussent les industriels de l'agroalimentaire à s'équiper de procédés de plus en plus performants pour le traitement de leurs effluents. À ceci s'ajoutent les contraintes économiques liées au coût du foncier et à l'exploitation du procédé. Toutes ces raisons poussent de nombreuses entreprises du secteur à s'équiper d'équipements compacts, avec une tendance pour la méthanisation qui produit (en plus) du biogaz. Réutilisé comme énergie de process, cette dernière participe ainsi à de substantielles économies sur la facture énergétique de l'entreprise.
C'est le choix réalisé par la Laiterie de la Côte de la Fromagerie Gaugry. Implantée à Brochon (Côte-d’Or) depuis 1946, elle produit des fromages à pâte molle à croûte lavée (Époisses, Ami du Chambertin, Soumaintrain, Palet de Bourgogne...). Elle
transforme chaque année 1,7 million de litres de lait. Sa réflexion sur l'environnement, entamée en 1997, s'est concrétisée lors de son installation dans de nouveaux locaux. Aujourd'hui, la Laiterie de la Côte exploite une installation de dépollution performante basée sur la méthanisation. Productrice d'énergie qu'elle recycle, cette installation a été nominée à l'édition 2005 du prix entreprises et environnement du Ministère de l'écologie et du développement durable.
La technique retenue répond aux contraintes imposées par l'entreprise, à savoir :
- - un faible encombrement au sol pour s'installer dans un bâtiment existant de 64 m² et limiter ainsi les coûts de génie civil ;
- - la facilité d'exploitation et la fiabilité ;
- - la valorisation du biogaz.
Un traitement anaérobie
La méthanisation est un procédé basé sur une digestion anaérobie proposé par de nombreuses sociétés : Proserpol, Veolia Water STI, Degrémont, Ternois, Sogea Construction, Bio Environnement ou Naskeo Environnement. Elle consiste à faire transformer par une colonie microbienne la matière organique de l'effluent en méthane et en gaz carbonique. Cette fermentation est un phénomène naturel qui se réalise dans un réacteur fermé. Les bactéries spécialisées se reproduisent naturellement dans les réacteurs en se nourrissant de matière organique polluante pour assurer leurs besoins énergétiques et leur reproduction. Ce travail s'effectue à température ambiante (digestion mésophile) ou à des températures voisines de 55 °C (digestion thermophile). Les évolutions observées ces dernières années ont permis d'améliorer le rendement et la transformation, notamment par une meilleure conduite des conditions physico-chimiques du réacteur et par l'augmentation de la surface de contact entre les bactéries et l'effluent à traiter. Ces avancées ont permis au fil des ans d'augmenter les capacités de traitement, ce qui se traduit par la réduction du temps de séjour de l'effluent à traiter dans le réacteur et une diminution de l'emprise au sol des équipements.
Créée en mai 2005, la jeune société Naskeo Environnement se destine au traitement des petits et moyens volumes, soit 50 kg à 2 tonnes de DCO par jour. Pour ceci, elle exploite en exclusivité le procédé PROVEO, une technique anaérobie clé en main qu'elle développe avec l'INRA. « C'est une technologie innovante qui permet d'augmenter de façon importante la concentration des bactéries », souligne Marc Bauzet, directeur commercial chez Naskeo Environnement, « notre procédé nous permet d'atteindre des charges appliquées supérieures à 35 kg de DCO/m³/jour contre des charges appliquées de 20 kg de DCO/m³/jour pour les technologies UASB les plus répandues et 15 kg pour les lits fixes. Ceci permet, à quantité polluante égale, de réduire la taille du réacteur de 30 % à 50 % par rapport aux technologies classiques de digestion anaérobie ».
Nous n’en saurons pas plus sur le procédé qui est en cours de dépôt de brevet. Début 2006, Naskeo Environnement finalise les essais pilote d'une installation qu'elle devrait réaliser dès mars prochain chez NP Pharm (Groupe Ethypharm). Cette installation devra traiter des effluents très chargés (essentiellement de sucre et d'amidon), représentants 230 kg de DCO par jour avec un rendement épuratoire supérieur à 90 % et un temps de retour sur investissement hors subventions de 2,5 ans. Le biogaz produit sur le site sera récupéré pour produire de l'eau chaude pour le process de fabrication. « Les économies réalisées sont évaluées entre 5 et 7 000 € par an », précise Marc Bauzet.
À la Laiterie de la Côte – Fromagerie Gaugy, c'est le procédé Methavor de VOR Environnement qui a été retenu. L'installation est conçue pour traiter les 11,3 m³/jour de lactosérum produit par l'entreprise et les eaux blanches qui proviennent du nettoyage des équipements en contact direct avec le lait. Les deux rejets sont mélangés pour le traitement. Le lactosérum issu des processus de transformation du lait en fromage présente un taux élevé en matières grasses. Avec un
pH de 4,6 et une composition en lactose faible et en matières minérales forte, il présente une pollution importante, caractérisée par une DCO de 73 728 mg/l, une DBO5 de 46 000 mg/l, 2 004 mg/l de MES, 620 mg/l d’orthophosphates en phosphore et 1 150 mg/l Kjeldahl en azote. Quant aux eaux blanches, même si elles sont moins polluées, leur charge se compose de 2 141 mg/l de DCO, 825 mg/l de DBO5 et 528 mg/l de MES. L’effluent résultant du mélange contient 38 250 mg/l de DCO, 23 600 mg/l de DBO5 et 1 300 mg/l de MES.
Pour des raisons de coût, la Laiterie de la Côte rejette les eaux résiduelles en sortie de traitement dans le réseau municipal en respectant des seuils répondant à une convention de rejet signée avec le Syndicat intercommunal de la Côte dijonnaise (SICODI). Les valeurs autorisées sont basées sur les dispositions de l’arrêté de 1998. Elles correspondent à des seuils de 2 000 mg/l (DCO), 800 mg/l (DBO5) et 600 mg/l (MES), 150 mg/l en teneur en graisses (SEC) ou encore 150 mg/l « avec des tolérances, compte tenu de notre activité », précise Laurent Dufour. Cependant, l’installation peut évoluer sans aucun problème par addition d’un bassin d’aération.
L’investissement global s’est élevé à 228 000 € financé à hauteur de 38 % par l’Ademe et le Conseil régional de Bourgogne. « Un coût inférieur de 40 à 50 % par rapport à un procédé aérobie », souligne Laurent Dufour, responsable Qualité-sécurité-environnement à la Laiterie de la Côte – Fromagerie Gaugry.
De son côté, Bio Environnement a procédé en 2005 à la construction de trois réacteurs de 600, 1 500 et 2 500 m³ et procédera en 2006 au minimum à trois nouvelles livraisons pour des réacteurs de 60, 1 500 et 2 000 m³. Dans le cadre de son savoir-faire en méthanisation, cette société intervient chez les industriels afin de fournir une assistance technique en cas de dysfonctionnement du réacteur, quelle que soit la technique mise en œuvre.
Ce traitement est bien adapté aux effluents chargés, qui ont une forte proportion de carbone par rapport à l’azote et au phosphore. La technique est peu gourmande en énergie ; sa consommation est de l’ordre de 0,05 kWh par kilogramme de DCO traitée. Et elle produit 5 à 10 fois moins de boues qu’un procédé aérobie traditionnel.
De plus, la production de biogaz permet d’envisager son recyclage énergétique.
Recycler le méthane
Laiterie de la Côte économise quotidiennement 1 000 à 1 900 kWh en recyclant le méthane qu’elle fabrique en traitant ses effluents. Le biogaz produit est valorisé sur une chaudière par simple changement du brûleur, ce qui permet une économie de 25 à 50 € par jour. Le gaz recyclé produit de l’eau chaude pour le chauffage de ses locaux, les installations sanitaires et le process.
Le site de fabrication d’emmental et de poudre de lait d’Unicopa, situé à Carhaix, traite ses effluents par une installation conçue et construite par Veolia Water STI en 2003.
Respecter la réglementation, permettre le développement des activités du site dans le respect de l’arrêté préfectoral existant, répondre aux contraintes économiques et environnementales de Carhaix sont les trois exigences auxquelles répond prioritairement la filière de traitement mise en place. 600 m³/jour d’effluents, dont la charge polluante peut atteindre 4 000 kg DCO/jour, sont ainsi pré-traités par une installation de méthanisation intégrée et compacte, avant d’être rejetés au réseau public d’assainissement, conformément à la CSD. Outre une consommation réduite d’énergie et de réactifs, et une très faible production de boues minimisant les coûts d’investissement et d’exploitation, la branche produits laitiers d’Unicopa à Carhaix bénéficie d’une économie de 5 % de sa consommation annuelle totale de gaz grâce à la valorisation du biogaz produit par l’installation (200 Nm³/jour de biogaz injecté en mélange direct dans une chaudière fonctionnant au gaz naturel pour les besoins de production de vapeur de l’usine).
Quant à l’usine McCain, de Hames (62), elle a également retenu la méthanisation en remplacement de ses lagunes existantes. L’entreprise, qui produit chaque jour 700 tonnes de frites surgelées et 50 tonnes de flocons, à partir de 1 700 tonnes de pommes de terre, réutilise le biogaz comme énergie de production et réalise ainsi une économie de 15 % de sa consommation totale de gaz. Les travaux confiés à Sade Arras ont consisté à
qui confirme les données de pilotage qu'avait effectué Proserpol en début de projet.
De son côté, Veolia Water STI a conçu et construit à Évron, pour le site de Socopa, une installation complète et autonome de traitement des effluents issus de l’abattage de 35 000 porcs par semaine, avant un rejet. Il a également fallu poser des canalisations de liaison entre les ouvrages pour transporter les effluents, le biogaz et la désodorisation. L'entreprise a également fourni les pompes et les surpresseurs, la robinetterie et l'instrumentation associées.
La méthanisation peut également être mise en œuvre pour réduire les boues et les déchets d'épuration.
Réduire les déchets
Aux abattoirs GAD à Lampaul-Guimiliau (Finistère), les déchets étaient détruits à des coûts élevés ou valorisés pour les boues en épandage, une filière remise en question au fil des années pour cause de surfaces d'épandage insuffisantes et d'augmentation des contraintes réglementaires. En tout, 1 000 tonnes de refus de dégrillage, 13 000 tonnes de boues physico-chimiques, 3 000 tonnes de boues biologiques et 400 tonnes de graisses devaient se trouver une nouvelle filière d'élimination. Le procédé de méthanisation et de déshydratation des déchets étudié et installé par Proserpol a permis de résoudre ce problème.
Les déchets d'abattoirs sont mélangés et homogénéisés avant d'être chauffés pour hygiénisation. Ils sont ensuite placés dans le digesteur. Là, ils se décomposent en biogaz, qui est là aussi récupéré pour les besoins du process. Les boues restantes – stables, homogènes et faiblement odorantes – sont épandues.
La valorisation en épandage est conservée, y
conforme dans le milieu naturel.
Cette filière comprend un pré-traitement des graisses, un traitement des eaux dégraissées par boues activées avec nitrification et dénitrification, et une digestion anaérobie des boues biologiques, des boues physico-chimiques, des graisses hydrolysées en excès, des matières stercoraires et des refus de tamisage. Cette filière permet de traiter 8 400 m³/semaine d’effluents représentant une charge polluante de 65 000 kg de DCO/semaine, et également de traiter par une voie unique les sous-produits de l’épuration : graisses en excès (13 m³/jour), matières stercoraires et refus de tamisage (7 m³/jour), boues biologiques épaissies (30 m³/jour), boues physico-chimiques (21 m³/jour). « Cette installation permet de réduire la quantité de boues produites de 50 % et d’épandre un produit homogène, uniforme, hygiénisé et sans odeurs, souligne Fabrice Tenneson, Responsable du Développement de Veolia Water STI, conformément aux souhaits de l’industriel et aux normes en vigueur. »
Pour réduire le volume des boues biologiques, Ondeo Industrial Solutions (OIS) a développé le procédé BioControl dont la biomasse active est stressée par la succession de zones de déstabilisation alternant anaérobie, anoxie, aérobie. Ce procédé, qui se déroule en cinq étapes, permet de limiter la production de biomasse grâce à un contrôle de la croissance bactérienne. Il s'adapte à toutes les installations nouvelles ou existantes (sous réserve que les boues soient strictement biologiques).
La mise à niveau de l'installation est simple à mettre en œuvre. Le procédé consiste à introduire un déséquilibre physiologique des processus biologiques qui limite les réactions de déshydrogénation. Les bactéries stressées ne peuvent pas stocker sous forme d'énergie l'ATP, principal responsable de la croissance bactérienne.
L'énergie disponible est détournée au profit de l'activité enzymatique d'hydrolyse et d'autres réactions comme la décarboxylation. La réduction de la quantité de biomasse produite peut être adaptée en fonction de la composition des effluents et des normes de rejets. La biomasse active est épuratoire. Elle est soumise alors à des zones alternées de différents potentiels d'oxydoréduction, ce qui contribue à réduire le volume des boues. BioControl est proposé avec les services associés.
La technologie est installée sur le site et OIS prend toute la responsabilité du bon fonctionnement des installations. Quatre niveaux de services sont proposés par l'entreprise qui peut, dans la solution la plus haute, prendre en charge la totalité de la chaîne de traitement des boues jusqu’à la filière d'élimination, intégrant dans son service toute la problématique du choix de l'exutoire et l'optimisation des coûts.
Ternois : un exemple de traitement “intégré” de tous les déchets liquides de la filière laitière
Dans les filières de traitement classiques, de nombreux sous-produits de l’épuration ne pouvaient pas être traités dans la filière de traitement des eaux résiduaires. Citons pour la filière laitière :
- Les corps gras, difficilement biodégradables et favorisant le développement de bactéries filamenteuses.
- Le lactosérum, trop concentré en DCO (environ 60 g d’O₂/litre) pour une station à boues activées classique et fortement carencé en nutriments (azote et phosphore).
Ces sous-produits devaient être obligatoirement séparés de la filière de traitement et pouvaient encore récemment être “valorisés” dans des conditions technico-économiques acceptables : valorisation agronomique des boues biologiques, valorisation des corps gras ou du lactosérum pour l'alimentation animale.
Or, l'évolution des contraintes réglementaires et sanitaires rend ces filières traditionnelles de plus en plus onéreuses voire interdites dans certaines conditions.
Ternois propose d’intégrer ces sous-produits directement dans la filière de traitement des eaux résiduaires avec la combinaison de plusieurs techniques bien maîtrisées.
Pour le traitement des corps gras, ces derniers sont envoyés dans un réacteur d’hydrolyse aérobie fortement aéré. Après une aération d'environ 40 jours, les graisses hydrolysées peuvent rejoindre l’étage de traitement biologique aérobie traditionnel.
Bilan du procédé :
- aucune évacuation de graisse de la station,
- aucun besoin d’ajouter des nutriments complémentaires (azote et/ou phosphore),
- absence de bactéries filamenteuses grâce à l’hydrolyse préalable avant dans le biologique.
Pour le traitement du lactosérum, celui-ci est mélangé aux autres eaux résiduaires de l'usine (eaux blanches) et subit un traitement biologique dans un méthaniseur. Dans ce réacteur anaérobie, au moins 80 % de la DCO est biodégradée. Le reste pouvant être éliminé facilement par un étage d'oxydation aérobie pour un rejet en milieu naturel.
Bilan du procédé :
- aucune évacuation du lactosérum de l'usine,
- 3 à 5 fois moins de boues qu'un procédé aérobie classique,
- au moins 50 % d’économie d’énergie par rapport à une filière aérobie classique,
- valorisation du biogaz en chaudière pour les besoins de l'usine,
- procédé très compact nécessitant 3 fois moins de surface qu'une station aérobie classique.
