Traitement du fumier et digestat pour la récupération d’engrais

Les fermes d'élevage, les fermes laitières et les fermes avicoles produisent une énorme quantité d'eaux usées contenant de grandes quantités de déchets organiques. D'autres processus de traitement des eaux usées génèrent également des boues, qui peuvent également être traitées pour obtenir des sous-produits précieux, notamment des engrais, qui peuvent être réutilisés dans les activités agricoles comme engrais ou pour le compostage. La valorisation des déchets par leur transformation en un produit précieux, tel que des engrais ou de l'eau propre, est un exemple clair d'économie circulaire.

Nous concevons et construisons des installations de gestion de fumier et du digestat qui transforment les déchets en ressources réutilisables et en sous-produits, tels que:

• De l'eau propre et réutilisable.
• Des engrais.
• Du biogaz pouvant être utilisé pour produire de l'énergie thermique.

Les sous-produits les plus largement collectés pour être transformés en engrais sont :

• Les boues provenant des processus de traitement des eaux usées aérobies.
• Le digestat produit dans les installations de biométhanisation.

Il est important de noter que les boues provenant du traitement des eaux usées peuvent contenir des germes pathogènes et des parasites dangereux pour les humains, tels que la salmonelle, Escherichia coli, l'ascaride, etc. Par conséquent, leur utilisation est réglementée par des directives.

Notre système offre de nombreux avantages environnementaux et économiques :

• Nous apportons une solution à un problème environnemental en transformant un produit résiduel, autrement difficile et coûteux à traiter, en une source d'autosuffisance et de revenus pour les exploitations agricoles.
• L'approvisionnement en eau, en énergie et en engrais provenant des eaux usées et des boues réduit les coûts opérationnels et de gestion des déchets.
• Production d'engrais écologiques de haute qualité pouvant être vendus en cas de surplus. Des revenus peuvent également être générés par la vente d'énergie excédentaire.

Ce processus circulaire est basé sur le recyclage des produits, l'optimisation de l'utilisation des ressources minérales, la récupération et l'incorporation des sous-produits produits, la réduction des émissions et la réduction de la dépendance à l'égard des sources d'énergie non renouvelables.

Le processus de biodigestion est principalement utilisé pour produire du biogaz, qui peut être utilisé comme combustible, à partir de différentes matières organiques, y compris les excréments d'animaux.

En plus de la production de biogaz, la biodigestion permet également de réduire le potentiel polluant des excréments utilisés pour produire ce biogaz, en réduisant la demande chimique en oxygène (DCO) et la demande biologique en oxygène (DBO) jusqu'à 90 %.

Ce processus génère un résidu appelé digestat, qui présente une concentration élevée en nutriments et en matière organique, et qui est idéal pour être utilisé comme engrais.

Le digestat est un sous-produit semi-liquide et peut être appliqué directement ou après séparation en deux fractions, solide et liquide, ce qui en augmente l'efficacité.

Les avantages du digestat en tant qu'engrais sont les suivants:

• Par rapport aux déchets organiques avant leur digestion, les digestats sont plus adaptés à une utilisation agricole, génèrent moins d'odeurs et présentent une meilleure qualité hygiénique.
• Le digestat présente un degré plus élevé de minéralisation, transformant l'azote et le phosphore organiques en minéraux après la fermentation. Cela le rend assimilable comme un engrais minéral. L'augmentation des prix de ces derniers constitue une opportunité pour les digestats.

Le diagramme suivant montre les principaux processus et technologies impliqués dans une installation conçue pour transformer les déchets générés dans les fermes en ressources précieuses et en sous-produits:

1. Traitement du digestat. Les déchets (boue liquide (*) + fumier animal) sont envoyés aux réservoirs de matières premières pour le stockage et le mélange.

2. Digestion anaérobie du fumier. Le mélange de déchets est envoyé aux digesteurs biologiques anaérobies pour traitement, ce qui permet d'extraire du biogaz et du digestat, dont une fraction liquide est séparée (88 %) et une fraction solide (2 %).

3. Production et traitement du biogaz dans les fermes. Le biogaz est envoyé à la centrale de cogénération pour être transformé en électricité et en chaleur. En alternance, du biométhane peut être produit en purifiant le biogaz.

4. Concentration et production d'engrais. La fraction liquide du digestat, contenant des nutriments organiques et minéraux précieux, passe par plusieurs phases de concentration au moyen de systèmes mécaniques et thermiques, ce qui permet d'obtenir un engrais liquide concentré qui peut être vendu, ainsi que de l'eau propre pouvant être déversée ou réutilisée.

Une fois que les purins ont été mélangés avec de la biomasse et transformés en biogaz dans un digesteur anaérobie, ce biogaz est converti en électricité dans un brûleur. Après ce processus de valorisation, un effluent non déversable est obtenu en raison de sa forte concentration en sels d'ammonium, appelé digestat.

Les processus de séparation mécanique, suivis d'un système de membranes, parviennent à séparer la partie solide, qui serait utilisée comme engrais, de la partie liquide, qui devrait être gérée comme un déchet.

Le problème de ce processus, sans ajouter d'étape supplémentaire, est qu'il n'obtient pas un engrais de qualité maximale, car il n'est pas pleinement efficace pour séparer les liquides des solides et concentrer la matière organique.

À cette qualité inférieure de l'engrais s'ajoutent deux autres inconvénients:

• Le gaspillage d'une grande partie des solides et de la matière organique contenus dans le digestat, qui ne parviennent pas à être séparés, signifie que l'on obtient une quantité beaucoup moindre d'engrais, réduisant ainsi les revenus pouvant être obtenus par sa vente.
• Augmentation de la quantité de déchets à traiter, car toute cette matière non utilisée pour produire de l'engrais est un déchet qui doit être traité par un gestionnaire, ce qui a un coût économique, c'est-à-dire que l'on transforme ce qui pourrait être des revenus en une dépense.

Pour ces raisons, il est plus rentable et efficace de réduire le volume du digestat dans la même installation et de récupérer la grande quantité d'engrais qui est perdue.

Pour ce faire, le digestat est traité dans un évaporateur sous vide, qui permet de récupérer 97 % d'eau propre tout en obtenant un concentré pouvant être à nouveau transformé en engrais stabilisé dans un réservoir de compostage.

La vidéo suivante montre le processus de valorisation et de traitement des purins de porc et de vache par une installation de production de biogaz avec évaporation du digestat.

Avec un évaporateur sous vide, on peut séparer entre 90 % et 99 % de l'eau des solides et de la matière organique, ce qui permet d'obtenir un concentré d'engrais élevé.

La plus grande production d'engrais obtenue et les économies résultant de la livraison d'une quantité moindre de déchets au gestionnaire compensent largement l'investissement initial nécessaire pour acheter l'évaporateur sous vide, ce qui en fait la solution la plus économique et la plus efficace à moyen terme.

Ses avantages sont nombreux:

• La récupération de l'engrais augmente et d'importantes économies d'argent sont réalisées en n'envoyant pas de digestat liquide au gestionnaire des déchets.
• L'eau propre (condensat) obtenue dans le processus d'évaporation peut être utilisée comme eau de mélange au début du processus de biogaz, ou elle peut être déversée en toute sécurité si vous le préférez.
• Le produit d'engrais combiné peut encore être séché davantage et transformé en engrais sec.
  Une installation d'évaporation est plus efficace pour éliminer l'eau du digestat qu'une installation de séchage.
• Augmentation des ventes d'engrais, ce qui améliore la rentabilité de l'installation de biogaz.
• Le digestat est une substance qui salit, ce qui prolonge la durée de l'opération. Les évaporateurs à surface raclée garantissent un fonctionnement sans arrêt.
• Les évaporateurs peuvent concentrer le digestat jusqu'à des niveaux élevés de concentration. Des concentrés visqueux à haute densité sont obtenus.

Pour la récupération du phosphore sous forme d'engrais solide, il peut être cristallisé sous forme de struvite, un engrais minéral à libération lente composé de magnésium, de phosphore et d'azote, avec une faible teneur en métaux et qui libère progressivement les nutriments dans le sol, favorisant leur absorption par les plantes et réduisant les pertes de surface qui pourraient se retrouver dans les masses d'eau.

D'autre part, la production d'engrais liquides riches en ammonium peut être réalisée grâce à un processus d'adsorption-désorption avec des zéolithes et des contacteurs de membranes. Parfois, pour obtenir une relation spécifique entre les principaux nutriments, il sera nécessaire d'éliminer l'excès d'azote, ce qui peut être fait par un processus en conditions microaérobies à faible consommation d'énergie.

Une autre méthode de transformation des déchets en engrais consiste, dans une première étape, à mélanger les déchets avec d'autres déchets organiques et d'autres engrais minéraux pour ajuster les niveaux de nutriments (N/P/K) aux valeurs commerciales. Dans une deuxième étape, le mélange résultant est introduit dans un évaporateur sous vide pour évaporer l'eau et transformer la matière en un solide stable et facile à utiliser.

L'application d'engrais est une pratique agricole indispensable qui vise principalement à maintenir la fertilité du sol, en restituant aux sols les éléments nutritifs extraits par la récolte, mais aussi les éléments que les sols perdent par lessivage, rétrogradation et érosion.

Les engrais permettent de restituer ces éléments nutritifs aux sols, mettant à disposition des cultures les nutriments dont elles ont besoin.

Les engrais complexes NPK sont des produits contenant deux ou trois nutriments primaires (N, P, K), ainsi que des nutriments secondaires (Ca, Mg, S) et des oligo-éléments (Zn, Cu, B, etc.). Ils sont appliqués pour équilibrer et renforcer la teneur du sol en éléments nutritifs, en tenant compte des besoins de la culture à venir et du rendement attendu. Les engrais peuvent être sous forme solide (granulaire) ou liquide, cette dernière forme étant de plus en plus courante.

Actuellement, la consommation d'engrais est en constante augmentation, tout en générant une quantité considérable de déchets, dont beaucoup contiennent une quantité importante de nutriments (N/P/K). Dans ce contexte, il est nécessaire de promouvoir des systèmes d'économie circulaire permettant la production d'engrais à partir de déchets, en valorisant et en intégrant les sous-produits générés, en réduisant les émissions et en réduisant la dépendance aux sources d'énergie non renouvelables.

Des études ont montré que l'ajout de chaux vive à ces boues élimine les agents pathogènes. L'ajout de chaux aux boues réduit les odeurs et le niveau d'agents pathogènes en créant un pH élevé hostile à l'activité biologique. Les gaz émis lors de la décomposition anaérobie de la matière organique contiennent de l'azote et du soufre et sont la principale source de mauvaises odeurs de boues. Lorsque de la chaux est ajoutée, les micro-organismes impliqués dans la décomposition sont fortement inhibés ou détruits dans ce milieu fortement alcalin. Les agents pathogènes subissent un processus similaire.

Pendant le processus de traitement des boues à la chaux vive, il est nécessaire de maintenir le pH au-dessus de 12 pendant un minimum de 2 heures pour assurer la destruction des agents pathogènes et fournir suffisamment d'alcalinité résiduelle pour que le pH ne descende pas en dessous de 11. Cela permet suffisamment de temps pour le stockage ou l'élimination des boues stabilisées.

La quantité de chaux nécessaire pour stabiliser les boues est déterminée par la durée de celles-ci, leur composition chimique et la concentration en solides. En gros, la plage va de 6 % à 51 %. Il convient de noter que les boues primaires nécessitent le moins de chaux et les boues activées en nécessitent le plus.

Il existe d'autres méthodes de traitement des boues, telles que la digestion aérobie et anaérobie, mais le traitement à la chaux offre davantage d'avantages en termes de réutilisation, car il produit un volume plus important de produit exploitable en plus de fournir aux sols acides la neutralisation nécessaire sans coût supplémentaire.

La forte dose de chaux affecte également les caractéristiques physiques et chimiques des boues. Ces réactions provoquent une diminution de l'azote, qui agit comme une limite à la quantité de boues pouvant être appliquée au sol, ce qui permet une plus grande quantité de boues par unité de surface, tout en améliorant la capacité à perdre de l'humidité et la nature des liquides secondaires.

Un autre avantage de ce système est qu'il peut être une bonne alternative lorsque l'on a besoin d'un soutien pour un autre procédé de traitement des boues, car le système de stabilisation par la chaux peut être lancé et terminé rapidement. Il peut donc compléter les installations existantes lorsque le volume de boues dépasse les niveaux de conception, pour remplacer l'incinération en cas de pénurie de combustible ou pendant des travaux de maintenance.

Cette méthode de traitement des boues est moins coûteuse que d'autres méthodes, constitue également un moyen efficace et sûr d'éliminer définitivement les boues, en évitant les risques pour la santé humaine et les dommages environnementaux. Une fois les boues traitées et stabilisées, elles peuvent être déversées en toute sécurité. Elles sont idéales pour l'agriculture, car leur forte teneur en chaux en fait un engrais de qualité idéal pour les sols acides, contenant de la matière organique et des engrais.