Une solution propre : Incinération fiable et économique des boues d'épuration depuis 24 ans à la station d'épuration de Steinhäule/Ulm

En 1993, une pompe à piston Putzmeister KOS a pompé pour la première fois des boues d'épuration chaudes dans la station d'épuration de Steinhäule près de Ulm/Neu-Ulm. Aujourd'hui - 24 ans plus tard - la technologie Putzmeister actuellement exploitée sur le site comprend 8 pompes KOS, 2 bacs de réception, 2 silos de stockage dotés chacun d'un équipement de décharge, plusieurs centaines de pieds de conduites de refoulement haute pression, y compris les raccords, les vannes de dosage, les systèmes d'injection de lubrifiant, etc.

KOS 2180 sous l'un des deux bacs de réception

Plusieurs communes autour des villes d'Ulm et de Neu-Ulm, qui comptent environ 440 000 habitants, font partie du bassin versant de la "station d'épuration de Steinhäule". Chaque année, environ 40 millions de mètres cubes d'eaux usées passent par les étapes de traitement mécanique et biologique de la station d'épuration des eaux usées sur le Danube. Ces eaux usées produisent environ un million de mètres cubes de boues d'épuration brutes.

Chaque année, jusqu'à 60 000 tonnes de boues d'épuration externes déshydratées sont transportées depuis les communautés environnantes.

Après le processus de déshydratation, il reste environ 40 000 tonnes de boues d'épuration par an. En outre, la station reçoit environ 60 000 t de boues déshydratées externes par an.

Les boues d'épuration ont été éliminées pour la première fois dans une mono incinération en 1973. Les boues ayant une teneur en matière sèche (matières sèches) d'environ 20 % ont été directement introduites dans le four à lit fluidisé par les convoyeurs à chaîne en auge. Les boues avec ces solides secs ne brûlent pas toutes seules. Il fallait ajouter chaque année un million de litres de pétrole dans le four pour maintenir l'incinération. Incroyable à l'époque moderne.

En 1979, un deuxième four a été installé et en 1986, la station d'épuration a reçu une installation de séchage. Peu après, la première pompe Putzmeister a été livrée à l'usine. Lorsqu'on demande à Erwin Schäfer, qui dirige l'usine d'incinération depuis 22 ans, quels en sont les avantages, il répond spontanément : Système fermé. Haute disponibilité. Plus d'adhérence des boues.

La technologie Putzmeister l'a convaincu. Comme il était prévu de recevoir à l'avenir des boues externes des districts voisins, Putzmeister a effectué des tests de pompage. Depuis 2007, jusqu'à 60 000 t de boues externes sont incinérées chaque année en plus des boues du site.

Le taux d'utilisation actuel de la capacité de l'installation est très élevé. L'installation est utilisée par trois équipes, 7 jours sur 7. M. Schäfer ajoute qu'il a suffisamment de demandes de réception de boues d'épuration. L'opération est économiquement réussie. Une autre ligne de traitement des boues d'épuration doit être construite d'ici 2021.

Selon M. Schäfer, la réduction des besoins en énergie est un sujet majeur. On s'efforce d'ajouter le moins de combustible possible pendant le processus d'incinération. Aujourd'hui, seuls 150 000 litres de pétrole sont nécessaires chaque année (contre près de 7 fois cette quantité auparavant). Cela s'explique notamment par le fait que les boues d'épuration sont beaucoup plus sèches. Elles s'autocombustionnent à partir d'une teneur en matières solides sèches de 40 %.

Une puissance de 750 à 1 250 kW est produite dans les turbines à vapeur à partir de la chaleur des deux fours à lit fluidisé.

Avec la forte proportion de boues externes, il y a beaucoup plus de sable qui entre dans l'installation. Cela entraîne une usure accrue, d'autant plus que les boues pompées aujourd'hui sont plus sèches. Les manchons d'usure des pistons de refoulement sont donc remplacés toutes les 2 000 heures. Avec un total de 8 500 heures de fonctionnement par an, cela équivaut à 4 opérations de maintenance.

Les boues du site qui sont déshydratées mécaniquement à l'aide de centrifugeuses ont une teneur en sable nettement inférieure et nécessitent beaucoup moins d'entretien : Les manchons d'usure de ces pompes ont une durée de vie d'environ 4 500 heures.

Les pompes sont installées avec suffisamment d'espace pour les activités de service. La trémie est facilement accessible grâce à une solution simple et astucieuse : Les raccords boulonnés de l'adaptateur et du convoyeur à vis d'alimentation sont desserrés et la pompe pivote de 19 ° sur son châssis autour d'un point de pivot fixe. La KOS est positionnée sur des plaques qui sont montées sur le sol spécialement à cet effet.

Afin de pomper les boues d'épuration en toute sécurité dans les conduites de refoulement - la distance la plus longue est de 55 m entre le grand silo et le sécheur -, un polymère est injecté à certains endroits par le biais d'une injection de couche limite (BLI).

Le département des boues chaudes : Deux KOS 1070 HP LIB et un KOS 1040 HP LIB sous les trois sécheurs transportent les boues d'épuration chaudes de 65 à 70 °C.

Association de la station d'épuration de Steinhäule

L'association de la station d'épuration de Steinhäule a été créée en 1984 et ses membres comprennent 11 villes et communautés autour de Ulm/Neu-Ulm dans le sud de l'Allemagne. Elle emploie actuellement une cinquantaine de personnes. Environ 40 millions de mètres cubes d'eaux usées y sont nettoyés et traités chaque année.

L'étape mécanique et biologique est suivie d'un processus de nettoyage par adsorption qui élimine les contaminants et impuretés organiques, c'est-à-dire les bactéries, les virus et les micropolluants tels que les résidus pharmaceutiques, les hormones, les produits chimiques ou les pesticides. Les particules de charbon actif ajoutées aux eaux usées fixent ces substances nocives sur leur grande surface et les substances nocives peuvent être filtrées.

À la fin de l'étape de nettoyage biologique, les boues sont séparées de l'eau dans le bassin de décantation secondaire. Depuis 2015, l'eau de ce bassin entre dans la phase de nettoyage par adsorption, avant d'être finalement déversée dans le Danube.  Les boues d'épuration sont ensuite traitées en vue de leur valorisation thermique, c'est-à-dire qu'elles sont drainées, séchées puis incinérées.

60 000 à 150 000 mètres cubes d'eau doivent être nettoyés chaque jour. Le processus, depuis l'apport des eaux usées jusqu'au déversement de l'eau clarifiée dans le Danube, dure environ 10 heures. Le fleuve lui-même aurait besoin de 10 jours avec sa capacité d'auto-nettoyage.

Un dispositif de grue est installé au-dessus de la pompe

La modernisation et l'expansion constantes de la station d'épuration de Steinhäule ont une incidence sur la qualité du résultat final de ce processus : Les cendres. Environ 7 500 tonnes de cendres sont produites chaque année à partir des boues d'épuration brûlées. Grâce à la valorisation thermique, 99 % du phosphore reste dans les cendres.

"Notre cendre est si bonne", explique Erwin Schäfer, "que nous pouvons la livrer directement à un fabricant, qui la mélange avec du calcaire pour produire un engrais pour l'agriculture avec une teneur en phosphate de 6 %." Il est conforme aux valeurs de l'ordonnance européenne sur les engrais actuellement en vigueur.

Le mot clé est le phosphore : Les composés fabriqués à partir de cet élément chimique sont essentiels pour tous les êtres. La disponibilité du phosphore étant limitée, on s'efforce de le récupérer le plus efficacement possible, par exemple à partir des boues d'épuration. Dans le cas de la co-incinération des boues d'épuration, par exemple dans les centrales électriques au charbon, le phosphore ne peut pas être séparé économiquement à la fin, contrairement à la mono-incinération. Elle permet d'éviter les substances nocives et présente un fort potentiel de récupération du phosphore.

L'équipe de la "station d'épuration de Steinhäule" envisage l'avenir avec optimisme en ce qui concerne la rentabilité de la station et la contribution à un environnement plus propre. Et ce, notamment grâce à la technologie fiable du système Putzmeister d'incinération des boues d'épuration.

Innovation pour la maintenance : Le KOS est simplement pivoté sur des plaques installées au sol.

Combustion en lit fluidisé

En Allemagne, la combustion stationnaire en lit fluidisé est principalement utilisée pour la mono incinération des boues d'épuration. Elle est considérée comme la méthode la plus éprouvée à grande échelle. L'air de combustion fait circuler le sable dans la chambre de combustion et le maintient en suspension (fluidisé). Cela garantit un momentum élevé et un échange de chaleur avec les boues d'épuration combustibles injectées.

Les températures de combustion dans la combustion à lit fluidisé se situent entre 850 et 950 °C . Les cendres produites ont une faible granulométrie et peuvent être évacuées du système par le système d'échappement et nettoyées de manière standard. [Source : Procédé innovant pour le traitement des boues d'épuration
Une sélection, Jörn Frank, Ralf Wittstock].