Les boues de stations d'épuration sont des sous-produits du traitement des eaux usées domestiques (urbaines et rurales) en station d'épuration. Aux eaux usées municipales s'ajoutent de manière irrégulière d'autres matières plus ou moins chargées, également traitées en station : eaux de pluie (surtout en cas de réseau de collecte des eaux usées unitaire), matières de vidange de fosses sceptiques (lorsque la station y est autorisée), etc. Les boues produites par les stations d'épuration sont essentiellement des particules solides non retenues par les pré-traitements de l'eau en amont de la station d’épuration (dégrillage, dessablage, dégraissage) et par les procédés de traitement de l'eau en station (dégradation et séparation des polluants de l’eau : particules et substances dissoutes par les procédés physico-chimiques et biologiques).

Ces boues se composent de matières organiques non dégradées, de matières minérales, de micro-organismes (surtout des bactéries dégradatives issues de "biomasses épuratrices") et d'eau (à 99%).

Origine des boues :

Les boues de traitement des eaux primaire sont produites dans les bassins par simple décantation des Matières En Suspension (MES) organiques et minérales contenues dans les eaux usées. Jusqu'à 70 % des MES peuvent être retenues lors de cette étape de traitement des eaux usées, et donc se retrouver dans les boues. Avec l'évolution des procédés de traitement des eaux usées, ces boues tendent à diminuer de volume.

Les boues de traitement secondaire physico-chimique proviennent de l'agglomération des matières organiques particulaires ou colloïdales contenues dans les eaux usées, par addition d’un réactif coagulant (sels de fer ou d’aluminium) qui sont ensuite séparées par décantation. Jusqu'à 90 % des MES peuvent être retenues lors de cette étape de traitement des eaux usées, et donc se retrouver dans les boues. Ces boues contiennent une partie importante de sels minéraux issus des eaux brutes et de l’agent coagulant. Elles proviennent surtout des stations d'épuration situées dans des zones touristiques, qui doivent adapter les traitements aux fortes fluctuations de la population et donc du nombre d'Equivalent Habitant (EH) ; unité de base servant à dimensionner les filières de traitement.

Le Syndicat des Eaux et de l’Assainissement du Bas-Rhin a testé avec succès un système de comptage des boues.

La production de boues d’épuration et leur valorisation sont des points majeurs dans le cycle de l’eau. Application concrète d’une meilleure connaissance de la production des boues avec le Syndicat des Eaux et de l’Assainissement du Bas-Rhin qui a mis en place un système de comptage avec la société Endress+Hauser.

Les boues de traitement secondaire biologique sont essentiellement composées des résidus de bactéries épuratrices “cultivées” dans les bassins d'épuration biologique aérobie des stations d'épuration. Elles sont retirées régulièrement, pour entretenir la dynamique de reproduction bactérienne dans ces bassins, où elles se nourrissent et digèrent la matière organique contenue dans les eaux usées. Ce traitement étant présent dans la majorité des stations d'épuration en France, elles représentent un volume conséquent des boues d'épuration. Depuis quelques années, dans certains cas, le clarificateur des boues activées est remplacé par une membrane d'ultrafiltration. La filtration se fait alors par passage de l’eau de l’extérieur vers l’intérieur de la membrane, soit par pression atmosphérique soit par pompes de succion. Ces bioréacteurs à membrane permettent de capter dans les boues la quasi-totalité des MES de l'eau ainsi traitée, mais aussi bactéries voire virus. Ces installations très contraignantes techniquement concernent surtout les collectivités ayant des contraintes fortes en termes de qualité de rejet des eaux et de protection du milieu naturel, voire d'emprise foncière.
Enfin, à ces boues s'ajoutent parfois des boues de traitement tertiaire des eaux usées : bactériologique, physico-chimique ou UV.

Qualité des boues et teneur en éléments-traces

Les boues sont de qualité variables selon la nature des eaux usées entrées en stations d'épuration. Leur nature est relativement stable en sortie d'une même station, à condition que le réseau de collecte en amont soit bien sécurisé. Leur teneur en matière organique font d'elles une matière secondaire très fertilisante. En même temps, elles sont très chargées en substances potentiellement dangereuses : composés organiques, métaux lourds, bactéries pathogènes. Il est admis que les boues piègent 90 % des métaux lourds présents dans les effluents urbains. Ce qui n'est pas sans susciter une certaine inquiétude quand il s'agit de les valoriser par épandage. Lors de la crise de la vache folle, elles furent analysées pour savoir si elles participaient à la transmission du prion ; résultat négatif de l'AFSSA.