BE822838A

BE822838A - Procede de mise en condition et d'utilisation de boue d'eau d'egouts

Info

Publication number: BE822838A
Application number: BE151056A
Authority: BE
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1974-12-02
Publication date: 1975-04-01

Description


  PROCEDE DE MISE EN CONDITION ET D'UTILISATION DE BOUED'EAU D'EGOUTS 

  
 <EMI ID=1.1> 

  
La présente invention concerne un procédé de mise en condition et d'utilisation des matières de rebut d'usines d'épuration des eaux d'égouts municipales, plus particulièrement de la boue des eaux d'égouts "digérées" résultant

  
du traitement d'une manière classique des eaux d'égouts municipales, par la combinaison de cette boue avec certains types

  
de corps réagissants comme des ciments et les additions ultérieures possibles d'autres composés de matières inertes ; l'invention concerne également des compositions traitées et les produits durcis qui en sont issus.

  
Dans une usine primaire de traitement des eaux d'égouts caractéristique, on permet à l'eau d'égout brute de se clarifier par décantation ; le courant du fond est alors "digéré" 

  
de façon anaérobie dans une chambre fermée par rapport à l'at-

  
 <EMI ID=2.1> 

  
jour de l'eau d'égout dans cette chambre est généralement d'environ 5 à. 30 jours. Le dépôt coagulé, "digéré" ou boue,est enlevé du fond de cette chambre. L'activité bactériologique

  
et les constituants de métaux lourds dans cette boue sont les deux seules caractéristiques parmi un certain nombre de caractéristiques nocives potentiellement qui doivent être considérées dans cette mise en condition, ce traitement et ce stockage.

  
Dans certaines usines de traitement des eaux d'égouts, l'effluent du traitement "primaire" ou du_,procédé de décantation est soumis à une digestion aérobie, telle qu'une aération ou un traitement par filtre à ruissellement lent. Ce traitement "secondaire" peut aussi comprendre le recyclage de la boue, auquel cas le produit contenant la boue est habituellement appelé "boue activée". La boue secondaire est généralement sta- 

  
/ bilisée ou rendue non putrescible à la suite de l'altération bactériologique aérobie des composés organiques les moins stables dans l'effluent primaire. A l'état où cette opération n'est pas terminée dans le traitement secondaire et où ces composants organiques instables restent dans la boue secondaire, elles peuvent être aussi digérées anaréobiquement, en même temps que

  
la boue primaire. On pense que la mise en condition de cette

  
boue secondaire présente des problèmes similaires à ceux décrits ci-dessus en référence aux boues primaires. Avant la présente invention, la boue d'eau d'égout a été utilisée comme engrais destiné à l'agriculture, agglomérée (quelquefois en combinaison avec de la cendre volante) pour être utilisée dans

  
des ciments, déversée dans la mer ou accumulée dans des lagunes de rebut. Chacun de ces procédés d'élimination implique

  
de sérieux inconvénients.

  
Le but général de la présente invention est de pré-

  
 <EMI ID=3.1> 

  
digérée de manière acceptable au point de vue écologique et économique. D'autres buts sont de prévoir des procédés pour utiliser ces boues pour produire des matières durcissables utiles, d'utiliser ces compositions durcissables fabriquées de cette manière, d'éviter tout dommage écologique provoqué par certains procédés d'élimination actuels, et de restituer les surfaces de terrains occupés maintenant par les lagunes pour boue d'eau d'égouts.

  
Plus particulièrement, c'est un but de la présente invention de prévoir un procédé pratique pour mélanger la boue d'eau d'égout digérée avec des matières relativement bon marché pour fabriquer des compositions durcissables qui peuvent, à leur tour, être utilisées comme produits de remblaya-  ge ou comme matériaux de base supportant d'autres structures.

  
En conséquence, dans la présente invention, la boue d'eau d'égout digérée est mélangée avec de la chaux hydratée et de la cendre volante de façon que la composition résultante comprenne (tous les pourcentages suivants étant calculés sur des pourcentages de poids de solides) : 5 à 50 % d'eau,

  
1 à 15 % de chaux,(ou des matériaux équivalents, comme il se-

  
 <EMI ID=4.1> 

  
venant d'eau d'égouts, 20 à 90 % de cendre volante, (ou de matériaux équivalents, tel qu'il sera discuté ci-après), 0 à 60

  
% de terre et 0 à 10 % de sulfate de calcium (habituellement, quoique pas nécessairement, sous la forme d'anhydrite). Cette composition susceptible de durcir peut être placée dans un site approprié, ouvert à l'atmosphère, à l'endroit où l'on veut avoir un remblayage ou un sous-bassement de route et où il est permis de faire durcir le produit pendant une certaine période. Suivant la composition et l'usage que l'on désire pour le remblayage ou le sous-bassement de route, un compactage peut être requis avant le durcissement.

  
Alternativement, d'autres sourcesdhydroxydes de métaux alcalino-terreux, telle que la poussière rejetée de fours à oxygène basiques, de la poussière rejetée de fours à chaux

  
ou de fours à ciment peut être utilisée à la place de la chaux et d'autres sources de matériaux actifs d'une manière pouzzolanique et/ou des ions aluminium ou ferriques peuvent être utilisés à la place de la cendre volante. Les matériaux caractéristiques qui peuvent être utilisés de façon supplémentaire

  
 <EMI ID=5.1> 

  
(tel que le sous-produit rejeté d'une installation du traitement des eaux), "la boue rouge" (le sous-produit rejeté à hau-te teneur d'aluminium des procédés de réduction de la bauxite par voie chimique) et le résidu siliceux amorphe des incinérateurs d'ordures, en particulier les incinérateurs de résidus de raffineries de pétrole.

  
Finement divisé, le laitier de haut-fourneau trempé dans l'eau peut aussi être compris dans ces compositions comme corps réagissant à la manière d'un ciment.

  
De préférence, le procédé et le produit de la présente invention impliquent de tels mélanges dont la composition comprend, chiffrée en pourcents de poids de solide, 15

  
à 30 % d'eau, 2 à 6 % de chaux, 4 à 20 % de matière solide provenant de boue d'eau d'égout, et 30 à 80 % de cendre volante.

  
De préférence également, ces compositions comprennent (comptés en pourcents de poids de solide), du sulfate de calcium (1,5 à 3 % compté en anhydrite) et 20 à 45 % de terre.

  
Pour une meilleure compréhension de la présente invention, on fait référence à la description détaillée suivante de l'invention et aux revendications de cette demande qui en dépendent.

  
La boue d'eau d'égout digérée est le produit digéré de façon anaréobie ou aérobie d'une usine de traitement des eaux d'égouts municipales. Unetelle usine peut aussi comporter des procédés de coagulatio n et de décantation.

  
Un produit fini de ces usines consiste en une boue humide avec une teneur de matière solide située entre 3 et 8 % en poids. Après que ces boues ont-été accumulées pendant un certain temps, leur partie solide peut être un peu plus élevée et même peut approcher 35 % après une période assez long\,\e &#65533; . &#65533;f En général, la présente invention applique l'incorporation de ces matières à base de boue résiduelles dans une gangue, composée d'une façon primaire, de matières alumino-siliceuses, telle que la cendre volante. Les réactions chimiques qui surviennent sont largement responsables de la rétention de quantités appréciables d'eau venant de la boue et de l'emprisonnement ou, autrement dit, de la fixation ou de

  
la stabilisation structurale des solides constituant la boue de façon à. les rendre relativement non actifs et non extractables par lixiviation. Le degré de non réactivité ou de non extractibilité et même la résistance des produits résultants dépendent de nombreuses variables incluant les proportions de produits en réaction, les solides constituant la boue et l'eau dans les compositions, son degré de compacité, etc. Si les produits en réaction sont convenablement concentrés et si la composition est compactée avant la réaction, le produit de ce procédé de stabilisation et de fixation est un matériau de base ou de remblayage dur et monolithique.

   D'un autre côté, si la réaction semblable au ciment survient dans une matière suffisamment diluée et/ou non compactée et/ou en combinaison avec des quantités suffisantes d'autres matières entremêlées, telle que de la terre, la réaction de durcissage survient seulement suivant une échelle limitée à l'intérieur de la masse et le produit est non-monolithique et granuleux ou ressemblant

  
à de la terre, en consistance. Un tel produit granuleux, nonmonolithique, peut servir comme matière de remblayage et, dans certains exemples, être supérieur au sol ordinaire en tant que matière de sous-couche à basse résistance à la compression avec des caractéristiques hautement désirables de facilité de sto-

  
 <EMI ID=6.1>  

  
l'humidité.

  
Et ayant à l'esprit ces variations possibles, on doit comprendre que "susceptibles d'être durcis", "durcis" et "similaires au ciment Il et des termes similaires, tels qu'ils sont utilisés ici, ont pour but de comprendre toutes les formes de réaction de stabilisation similaire au ciment qui constituent une parti: intégrale de la présente invention. Ces termes, par conséquent, ne sont pas limités à la formation d'une masse dure, monolithique.

  
En se référant maintenant à la nature des matériaux utilisés dans la présente invention, les matières solides provenant de boue d'eau d'égout sont les matières restantes lorsque toute l'eau est enlevée d'une telle boue. Jusqu'à la limite où la présente invention est définie en termes de compositions comprenant certaines quantités de ces "matières solides" de boue d'eau d'égout, ceci est habituellement déterminé par la détermination de la teneur en matières solides de

  
la boue d'eau d'égout avant l'addition de cette boue au mélange durcissable. Le terme "teneur de matières solides", tel qu'il est utilisé ci-après, se réfère à la fraction de matières solides restantes lorsque l'eau dans la boue est éliminée par

  
 <EMI ID=7.1> 

  
qu'elle est exposée à une circulation d'air atmosphérique à environ la même température. Ce chiffre peut aussi être déterminé par l'analyse du produit final des constituants formés par d'autres matériaux de base, y compris l'eau et en calculant la différence entre le poids total de la composition et le poids total des constituants susceptibles d'être attribués

  
 <EMI ID=8.1>  

  
Chimiquement., les compositions de ces boues perdues comprennent une grande variété de matières organiques et minérales ; toutefois, sont apparemment exclus, les composés dans le genre du sucre à bas poids moléculaire hautement so-

  
 <EMI ID=9.1> 

  
incorporés dans les mélanges de la présente invention n'ont pas été considérés comme étant utiles en combinaison avec des matières organiques caractéristiques. Pour des raisons qui ne sont pas comprises dans leur ensemble, on a trouvé que ceci 0 n'était pas le cas dans la présente invention, qui est basée

  
sur le mélange de boue d'eau d'égout avec des ciments pouzzolaniques incluant de façon caractéristique de la chaux et de la cendre volante et comprenant habituellement en outre des sulfates et des matériaux inertes tels que de la terre ou de

  
 <EMI ID=10.1> 

  
type du sucre dans les produits résiduels de boue d'eau d'égout concernés par la présente invention, est un facteur significatif dans les résultats surprenants obtenus dans l'invention par la combinaison de ces matériaux pouzzolaniques avec de tels produits résiduels organiques.

  
D'autres facteurs, peut-être significatifs, qui peuvent contribuer à la compatibilité surprenante des boues d'eau d'égout digérées avec les corps réagissant similaires

  
au ciment, sont les ions métalliques et la teneur de matériaux cellulosiques de ces boues.

  
Ces ions métalliques peuvent comprendre des métaux lourds, tels que le zinc, le chrome, le plomb et le mercure, qui sont normalement plus difficiles à éliminer d'une manière acceptable écologiquement, et d'autres ions métalliques tels que l'alumunium et le fer dont certains peuvent être ajoutés  <EMI ID=11.1> 

  
Tous ces ions, et particulièrement les ions aluminium et fer, peuvent participer à la réaction similaire au ciment et par conséquent faciliter la combinaison intégrale des éléments solides de la boue avec les matériaux similaires au ciment sur lesquels la présente invention est fondée. En fait, il apparaît que seules les boues qui ont été modifiées chimiquement, telle que par l'addition de coagulants, peuvent être stabilisées dans les proportions les plus élevées de boue et d'eau et dans les proportions les plus basses de constituants à base de gangue de la présente invention. 

  
La teneur d'éléments cellulosiques dans les boues d'eau d'égout peut être aussi appréciable. Ordinairement; on pense que celle-ci est comprise entre environ 5 et 25 % des éléments solides de la boue. Les corps cellulosiques sont généralement fibreux et la teneur en hydroxyle des éléments cellulosiques peut faciliter l'enchaînement de surface ou par liaison H des corps cellulosiques dans la boue avec les matériaux similaires au ciment de façon qu'ils agissent réellement en tant que renforçateurs à l'intérieur de la gangue similaire

  
au ciment.

  
La présente invention dépend de l'incorporation

  
de cendre volante ou de matériaux équivalents avec la boue résiduelle. La cendre volante, qui est une matière résiduelle bien connue, habituellement récupérée à partir des fumées de fours brûlant du charbon pulvérisé, est une matière finement divisée comportant une certaine proportion de carbone imbrulé, mais comprenant essentiellement divers composés de silice, alumine et fer présents sous une grande variété de formes,

  
 <EMI ID=12.1>  

  
eeea.

  
 <EMI ID=13.1> 

  
tués à la cendre volante, les quantités de ces matériaux exigées (la "quantité équivalente de cendre volante") doivent être déterminées largement par des essais et l'erreur est due à la nature particulière de ces matériaux et à la variation dans des objectifs possibles en ce qui concerne, par exemple, la vitesse de réaction, la résistance à la compression ultime, l'usage final etc... Ces "quantités équivalentes de cendre volante" de ces autres matériaux, tels que ceux qui ont été mentionnés ci-dessus, peuvent être évaluées, cependant, par des essais, tels que la procédure du "test d'activité pouzzolanique avecde la chaux" de la méthode de test ASTM C-618 et la procédure de test par ions aluminium-fer disponibles tel qu'il

  
 <EMI ID=14.1> 

  
test est-plus utile lorqu'une quantité appréciable de sulfate est inclue dans le mélange similaire au ciment tandis que la première doit être utilisée si aucune quantité significative de sulfate ne doit être ajoutée. Dans ce but, une "quan-

  
 <EMI ID=15.1> 

  
sur la composition totale, qui doit être d'environ 0,5 % en poids, d'anhydrite de sulfate de calcium ou de quantités équivalentes molaires d'autres composés de sulfate de métaux al-

  
 <EMI ID=16.1> 

  
 <EMI ID=17.1> 

  
pour déterminer le_ "montant équivalent de cendre volante" de quelque autre matériau qui peut être utilisé à la place de la cendre volante. En général, la "quantité équivalente de cendre volante" se réfère à la quantité de concentration d'un sub-

  
 <EMI ID=18.1>   <EMI ID=19.1> 

  
teneur de cendre volante.

  
La "chaux" incluse dans les compositions de la présente invention peut être de la chaux ordinaire dolomitique hydratée ou à haute teneur en calcium ou toute variété de mélanges de ces chaux hydratées. En plus, la chaux réagissante peut se composer, dans son ensemble ou en partie, d'une variété d'autres matières qui comportent des hydroxydes ou des oxydes de métaux alcalino-terreux libres et réactifs sous une forme hydratable vis-à-vis des hydroxydes. Ces autres matières comprennent la chaux vive (la dolomite calcinée ou pierre à chaux hydratable), de la poussière de four à ciment et de la poussière de four à chaux (qui contient normalement 25

  
 <EMI ID=20.1> 

  
ble de réagir) et de la poussière de four à oxygène basique. Si une matière autre que la chaux hydratée est comprise comme faisant partie de toute la teneur en "chaux" dans les compositions et les procédés de la présente invention, la concentration du substitut de chaux nécessaire est calculée sur la base du pourcentage en poids de ce matériau nécessaire pour produire une certaine quantité d'oxyde ou d'hydroxyde de métaux alcalino-terreux libres ou susceptibles de réagir égale
(sur une base molaire) à celle qui serait produite par la chaux hydratée dans les limites de la présente invention.

  
Du laitier de haut fourneau trempé dans l'eau, finement divisé, peut réduire quelque peu la chaux exigée dans les compositions et les procédés de la présente invention. En général, ceci est dû à la tendance des composants siliceux amorphes de ces matériaux d'agir comme un ciment hydraulique

  
en formant des silicates hydratés et de l'ettringite. La chaux n'est pas exigée dans ces réactions.

  
Dans les mélanges préférés de la présente invention, et particulièrement ceux dans lesquels de la terre ou d'autres matières inertes est incorporée ou ceux prévus pour être utilisés comme matières de soubassement de routes (telles qu'opposées aux matières destinées au remblayage, où une moindre résistance est exigée), l'inclusion de sulfates de métaux alcalino-terreux est hautement désirable. Alors que ces sulfates peuvent être choisis parmi l'une quelconque des variétés de sulfate de calcium ou de magnésium, que ce soit sous la forme hydratée ou déshydratée, le matériau préféré, simplement à cause de sa disponibilité, est ledi dihydrate de sulfate de calcium.

  
Les mélanges de la présente invention peuvent, évidemment, inclure aussi une variété d'autres matériaux inertes ou complémentaires. De tels matériaux inertes peuvent fonctionner pour absorber l'eau, contribuer à la résistance, à ajouter des caractéristiques de durcissement précoce, ou simplement produire du volume. De tels matériaux peuvent être de la terre, de l'agrégat et du ciment Portland. Des matériaux complémentaires additionnels possibles sont des composés de sulfites, ou des compositions comprenant de tels composés qui peuvent rehausser ou promouvoir les réactions similaires auciment.

  
Les proportions de matières dans les compositions et les procédés de la présente invention peuvent varier dans des limites relativement larges.

  
Par exemple, en ce qui concerne l'eau, de l'eau

  
en quantité suffisante doit être présente pour permettre la

  
 <EMI ID=21.1>  

  
 <EMI ID=22.1> 

  
 <EMI ID=23.1> 

  
que, à une teneur d'humidité plus basse, inférieure à environ

  
 <EMI ID=24.1> 

  
cessaire de compacter le mélange similaire au ciment pour lui permettre de durcir. D'un autre côté, la teneur en humidité

  
 <EMI ID=25.1> 

  
 <EMI ID=26.1> 

  
tration, une teneur en eau excessive peut provoquer une telle dilution des matières similaires au ciment, de façon à intérfèrer avec la réaction nécessaire similaire au ciment. De préférence, la teneur en humidité se situe dans une fourchette allant

  
 <EMI ID=27.1> 

  
et en particulier approchant le maximum de 50 des proportions plus élevées de cendre volante et de chaux sont nécessaires dans la composition pour retenir la teneur en eau additionnelle. Si une proportion extraordinairement élevée de corps réagissants similaires au ciment sont présents ou si la boue d'eau d'égout contribue de manière significative à la réaction similaire au ciment, telle que par l'inclusion d'ions aluminium ou fer dans un additif coagulant, une teneur en humidité plus élevée peut être tolérable. Dans certaines expériences, des

  
 <EMI ID=28.1> 

  
été stabilisées avec des matières solides de boues de complé-

  
 <EMI ID=29.1> 

  
Généralement, la chaux devrait être présente dans les mélanges similaires au ciment jusqu'à une valeur de 1 à

  
15 % (tous les pourcentages étant calculés en % de poids des matières solides). La possibilité de réalisation économique

  
est la première considération dans la fixation de cette limi- &#65533;

  
1-1 te supérieure. De préférence, la teneur en chaux se situe dans la fourchette de 2 à 6 % en poids. Autant que des matériaux autres que la chaux hydratée ordinaire, la chaux dolimitique ou à haute teneur en calcium sont utilisées, des matériaux possédant des hydroxydes de métaux alcalino-terreux réactifs disponibles ou des oxydes de métaux alcalino-terreux hydratables devraient être inclus à cause de leur équivalence molaire aux proportions de chaux requises définies ci-dessus.

  
En ce qui concerne la réaction pouzzolanique sur laquelle la présente invention est fondée, le mélange de la présente invention devrait inclure au moins 20 % de cendres volantes, quoique 30 % soient préférés. La limite supérieure des cendres volantes se situe dans le voisinage d'environ 90 % quoique 80 % soient préférés comme limite supérieure. Même des teneurs en cendre volante plus élevées peuvent être pratiquées dans certains cas dûs à la nature chimique de la cendre volante ou aux spécifications d'usage final. On comprendra que la cendre volante en excès de celle nécessaire à la réaction similaire au ciment agit en tant que matière de remplissage (filler) ou en agent d'absorption d'eau ou les deux à la fois.

  
D'une manière pratique, les compositions de la présente invention, et celles résultant des procédés de la présente invention, devraient comprendre une quantité appréciable de matières solides de boue d'eau d'égout digérée, puisque c'est le premier but de la présente invention d'éliminer et d'utiliser ces matières solides. Par conséquent, alors que la présente invention englobe ces compositions à une limite inférieure de matières solides de boues d'1 %, on préfère que ce soit un minimum de 4 % en poids. Généralement, la limite supérieure de ces matières solides peut s'élever à 50 % mais

  
 <EMI ID=30.1> 

  
ment, tous les pourcentages sont calculés sur un % de poids

  
de matières solides à moins qu'il n'en soit indiqué autrement). Comme avec l'eau, à une concentration de matières solides de boues plus élevées, les compositions avec les concentrations

  
de chaux et de cendre volante, près de l'extrémité inférieure des fourchettes acceptables respectives, devraient être évitées. F&#65533;

  
pPar exemple, dans un cas avec des concentrations élevées à la fois d'eau (teneur en humidité d'environ 42 %)

  
et de matières solides de boue d'eau d'égout digérée traitée par des voies non chimiques (environ 18 %), des com

  
on a trouvé que des compositions avec des résistances à la compression acceptable pour les applications de remblayage devaient exiger au moins 55 % de cendres volantes et 2 % de chaux, avec

  
 <EMI ID=31.1> 

  
tement préférable. Avec une teneur en humidité de 50 % et des matières solides de boues de 20 % , des chiffres de cendre volante et de chaux même plus élevés peuvent être requis. Ceci dépendra, évidemment, d'un certain nombre de variables incluant les caractéristiques chimiques et physiques de la boue et de

  
la cendre volante (qui varieront suivant la source et les procédés de traitement ou de production), de la réactivité et de

  
la capacité d'absorption des autres matériaux dans le mélange, et des temps de traitement et de résistance à la compression requise dans le produit final.

  
Les compositions de la présente invention peuvent être améliorées en particulier en ce qui concerne les carac-   <EMI ID=32.1>  duit de sulfate de calcium ou d'autres sulfates de métaux alcalino-terreux réactifs. A cause de son bas prix relatif et

  
de sa disponibilité, le gypse ou le dihydrate de sulfate de calcium est préférable en quantité suffisante pour amener l'équivalent molaire de 1 à 10 % (en poids de matières solides) d'anhydrite de calcium. De préférence, celui-ci se situera dans

  
 <EMI ID=33.1> 

  
calino-terreux sont utilisés, tels que le sulfate de magnésium, ils doivent être maintenus à l'intérieur de fourchettes équivalentes, sur une base molaire, aux fourchettes de pourcentage en poids spécifiées pour l'anhydrite de sulfate de calcium.

  
Dans l'une des compositions et l'un des procédés de traitement préférés de la présente invention, le mélange comprend de la terre (de la terre ordinaire, du sable, des graviers ou d'autres matières solides, des matériaux naturellement non monolithiques provenant de la croûte terrestre) et

  
le mélange est placé dans un espace ouvert à l'atmosphère, en tant que matériau de remblayage. Ce matériau exige généralement un certain compactage avant durcissage, particulièrement

  
 <EMI ID=34.1> 

  
terre doit être présente à une valeur de 10 à 60 % (pourcentage en poids de matières solides) et de préférence être comprise entre 20 à 40 % des matières solides de la composition. De toute évidence, cette terre doit être incorporée au mélange dans une installation ou usine. Alternativement, la terre peut être incorporée par l'addition du mélange à une base terreuse et mélangée in situ. Différentes autres matières, telles qu'un agrégat, peuvent aussi être incorporées dans le mélan-

  
 <EMI ID=35.1>  

  
 <EMI ID=36.1> 

  
te/eau d'égout, sont énumérées avec leurs caractéristiques de produits pour montrer leur utilité en tant que matériau structural de remblayage ou susceptible de durcir. Les procédés de

  
la présente invention peuvent impliquer l'usage de ces compositions dans la mesure où on exige ces résistances à la compression ou d'autres caractéristiques. On doit remarquer que

  
des résistances à la compression minimum de 0,9 à 1&#65533;4 kg par

  
cm2 sont requises pour des application.: en tant que remblayage-tandis que les matériaux de soubassement de routes devraient dépasser environ 20 kg par cm2 DE résistance à la compression.

  
On devrait aussi remarquer que le tableau 3 se réfère à de la "poussière de ciment perdue". Cette poussière

  
de four à ciment inclue généralement des concentrations appréciables d'oxyde de métaux alcalino-terreux hydratables réactifs et, par conséquent, elle agit dans la présente invention comme un corps réagissant à base de chaux ou un substitut de

  
ce corps.

  
Le tableau 4 se réfère à des compositions similaires utilisant de la "chaux perdue" comme matière à base de chaux. Cette chaux perdue est la pousière d'un four à chaux classique et se compose de quantités appréciables d'oxydes de métaux

  
 <EMI ID=37.1>  

  

 <EMI ID=38.1> 
 

  

 <EMI ID=39.1> 
 

  

 <EMI ID=40.1> 
 

  

 <EMI ID=41.1> 
 

  

 <EMI ID=42.1> 
 

  
Comme un exemple d'un usage caractéristique et préféré de la présente invention, de la boue d'eau d'égout municipal primaire digérée et accumulée pendant des temps variables (ayant été accumulée$) pendant des périodes s'échelonnant de quelques semaines à des décades) et combinée dans un mélange se composant de 31,3 % de boue d'eau d'égout humide (des différentes matières de production venant de bassins se composant de 13 à 33 % de matières solides de boue d'eau d'égout),
31,3 % de cendres volantes, 31,3 % de terre, 3 % de chaux et

  
 <EMI ID=43.1> 

  
langée et ensuite placée et compactée sur une partie de la surface précédemment occupée par la boue accumulée. Après une période de temps pendant laquelle le mélange est exposé à l'at-

  
 <EMI ID=44.1> 

  
sus de celle requise pour l'usage en tant que remblayage. Le produit résultant est approprié à servir au remblayage dans

  
le but de réaliser un support pour une route, au-dessus duquel des routes express modernes peuvent être construites. Cette composition durcie a été testée en laboratoire et apparaît être exempte de caractéristiques de lixiviation indésirables.

  
Des tests de mélange comparables ont donné les résultats suivants :

  
Sommaire des résultats de tests après traitement de boue d'eau d'égout accumulée et production de matières de remblayage

  
 <EMI ID=45.1>  

  
 <EMI ID=46.1> 

  
traités dans des récipients fermés : 

  

 <EMI ID=47.1> 


  
2[deg.]1 Rapports de support de Californie - non imbibé

  
' traités à 23[deg.]C dans des sacs de matière plastique étanches

  

 <EMI ID=48.1> 


  
 <EMI ID=49.1> 

  

 <EMI ID=50.1> 


  
Les résultats inhabituels et surprenants obtenus

  
en fabriquant un matériau de construction à partir de boue d'eau d'égout sont en outre illustrés par certains résultats de tests de lixiviation sur le matériau de test précédent. Dans ces tests de lixiviation, un échantillon monolithique de 500 grammes de matière d'échantillon durci a été agité avec 2.000 ml d'eau désionisée pendant 48 heures. L'échantillon a été ensuite filtré et le filtrat analysé pour rechercher les ions métalliques,

  
l'activité bactériologique etc...

  
En ce qui concerne l'activité bactériologique, l'eau désionisée, en ce qui concerne le contrôle de test présentait des comptages sur plaques, de colibaciles et de bactérie fécale de 110, 23 et 0 respectivement tandis que le filtrat de cette lixiviation présentait des comptages comparables de 3.600,
23 et 0. Ainsi, aucune augmentati &#65533; 

  
 <EMI ID=51.1> 

  
 <EMI ID=52.1> 

  
En ce qui concerne les ions métalliques, le tableau 6 énumère la gamme de certaine teneur d'ions métalliques observés dans une série de tests des boues utilisées dans les compositions d'essais précédentes, ainsi que les teneurs de ces mêmes ions dans le filtrat (basé sur le test de lixiviation qui vient d'être décrit) à partir de trois exemples de

  
la composition de tests précédents, chacune étant testée à différents stades de traitement.

TABLEAU 6

  
Toutes les teneurs sont en parts par million
 <EMI ID=53.1> 
 
 <EMI ID=54.1> 
 Dans d'autres tests, de la boue d'eau d'égout digérée accumulée venant de la lagune D de l'usine de traitement

  
du Sud-Ouest de Philadelphie ( comprenant 21 à 25 % de matières solides boueuses) a été essayée sous divers mélanges avec de la cendre volante venant du dispositif de récupération mécanique de l'usine de Eddystone de la Compagnie électrique de Philadelphie et l'usine de la station Titus de la "Metropolitan Edison Company" de Reading en Pennsylvanie. De la terre

  
a été incluse dans les compositions dans certains de ces tests. La terre comme il a été indiqué, fut soit ajoutée à partir d'une carrière de pierre à chaux de la "G. & W.H. Corson Company,

  
à Plymouth Meeting, en Pennsylvanie, soit du sable et/ou du gravier venant de Penn's Grove, en Pennsylvanie, telle qu'elle est fournie par "Pennsylvania Department of Transportation".

  
La chaux utilisée dans ces tests fut une chaux hydratée, dolomitique de la "G. & W.H. Corson Company". D'autres matières résiduelles incluses dans certaines de ces compositions étaient des résidus d'incinérateur venant de Marple Township Refuse Incinerator à Lawrence Park, en Pennsylvanie, de la poussière de chaux, cette poussière étant en partie directement obtenue et en partie stockée en tas en venant de l'usine de Annville en Pennsylvanie de la Bethlehem Steel et de l'anhydrite de sulfate de calcium fabriquée en sous-produit industriel à Paulsboro dans le New Jersey.

  
Dans ces différentes tests concernant la résistance à la compression, la teneur en humidité et la densité de l'échantillon a été déterminée au moment de la préparation de  l'échantillon. Les spécimens de test ont été fabriqués dans

  
des moules Proctor standard utilisant un marteau de 2,5 kg,

  
3 couches de matières d'échantillons comprimées à raison de

  
25 coups par couches. Ces échantillons ont été traités dans

  
des récipients fermés et ensuite trempés dans l'eau pendant

  
4 heures avant l'essai de résistance à la compression.

  
Dans une première série de tests faisant partie

  
de ce programme de tests, plusieurs compositions ont été préparées incluant chacune 20 % de boue, la boue comprenant 21 % de p produits solides de boue d'eau d'égout, de la cendre volante

  
dans la proportion de 35 à 40 % et de la terre, plus précisément de la surcharge de Corson contenant 23 % d'eau, dans une

  
 <EMI ID=55.1> 

  
la chaux, comprenant la matière du type de la chaux venant de la poussière de sous-produits résiduels, et de l'anhydrite de sulfate de calcium. Les résultats de cette série sont indiqués

  
 <EMI ID=56.1>  

  

 <EMI ID=57.1> 
 

  
Les échantillons 4, 5 et 6 n'ont pas produit, évidemment, de résistance à la compression suffisante. Ceci démontre la nécessité d'un certain minimum de chaux réactive. La poussière résiduelle sèche d'Annville est apparamment brûlée sévèrement et par conséquent inerte. Par contraste, les échantillons 11 à 14 ont utilisés de la poussière d'Annville stockée en tas en tant que source de chaux et des résistances à la compression satisfaisantes ont été obtenues. On pense pouvoir attribuer ceci à l'effet de vieillissement face aux agents atmosphériques, pendant le stockage en tas de la poussière d'Annville. Il faut remarquer que la chaux telle qu'elle n'a pas été ajoutée dans aucune des compositions identifiées dans les échantillons 4 à 6 et 11 à 14.

  
 <EMI ID=58.1> 

  
sable en tant qui agrégat inerte, la teneur des compositions étant autrement similaire à celle des séries précédentes. Excepté dans deux exemples, dans lesquels la teneur de cendre volante de 20 et de 15 %, respectivement, ont été essayés (voir les exemples n[deg.] 6 et n[deg.] 7 dans le tableau 8, ciaprès) ; dans ces deux tests particuliers, les résistances à la compression ont été telles que les compositions devraient être considérées comme seulement d'utilité marginale dans les applications qui présentent de l'intérêt dans la présente invention. Les résultats de ces tests sont autrement reportés dans le tableau 8

  
 <EMI ID=59.1>  

  

 <EMI ID=60.1> 
 

  

 <EMI ID=61.1> 
 

  
Dans le tableau 8, on voit que les exemples 11 et
12 incluent des teneurs en sable substantiellement plus élevées avec aucun effet apparent sur la résistance à la compression. Des compositions avec aussi peu que 5 % de chaux et 2 % de poussière sèche d'Annville, associées avec 0,5 % d'anhydrite de sulfate de calcium, produisent des mélanges avec des résistances à la compression dans des gammes utiles. A cet égard, on doit remarquer les échantillons n[deg.] 19 et n[deg.] 22.

  
Dans encore une autre série de tests, les teneurs en boue et en eau près de l'extrémité supérieure de la gamme de composition du type de la présente invention, ont été essayéses. Comme il est représenté dans le tableau 9, à des teneurs d'humidité de 39 et de 50,4 % , REspectivement, et de 4o et 50 %de concentration de boue (boue, 45 % de matières solides ; ou une concentration de matières solides de boue de
18 et 22,5 % dans la composition) respectivement, les échantillons 2 et 3 ont été détectés comme étant marginaux avec seu-

  
 <EMI ID=62.1> 

  
chaux et en boue, cependant, on peut voir que les échantillons 5 et 6 sont satisfaisant et marginal respectivement avec 2 % de chaux. Dans ce cas, on croit que ceux-ci représentent les limites supérieures des compositions utiles de la présente invention autant que la teneur de boue traitée non chimiquement et d'eau soient concernée. On doit à nouveau remarquer qu'au niveau ou près des limites supérieures des teneurs en boue et en eau, des teneurs relativement hautes en cendre volante et en chaux sont nécessaires pour effectuer la stabilisation en vertu de la réaction chaux-cendre volante ou chaux-cendre volante-sulfate. L'effet de substituer un résidu d'incinérateur pour une partie ou toute la teneur de cendre volante dans les 11,  <EMI ID=63.1>  <EMI ID=64.1> 

  
des données énumérées dans une autre série de tests mis en évidence dans le tableau 10 ci-après, dans lequel on verra que même à 0 % de cendre volante avec 40 % de résidus d'incinérateur et au-dessus, des mélanges avec des propriétés utiles en termes de résistances et compressions sont fabriqués (on pourra se référer en particulier dans ce cas aux échantillons 10,
11 et 12).

  
 <EMI ID=65.1>  

  

 <EMI ID=66.1> 
 

  

 <EMI ID=67.1> 
 

  

 <EMI ID=68.1> 
 

  

 <EMI ID=69.1> 
 

  
__ ..............

  
Dans une autre série de tests, dont on a mis en évidence les résultats dans le tableau 11, des mélanges non compactés à teneur d'humidité de 33 % ont été laissés sous des conditions atmosphériques pendant une période de temps de 0

  
à 28 jours sans compactage et ensuite compactés et testés plus

  
tard à 7 et 28 jours après compactage et essai. Le but de ce test était de démontrer que les compositions de la présente invention dans un procédé d'élimination de matières résiduelles utiles pouvaient être préparées et stockées en tas pendant 0 une certaine période avant usage. Pendant ce stockage en tas, certains des produits réagissant sont consommés et (en l'absence de compactage) ne produisent pas une gangue contribuant à la résistance. Par conséquent, dans ces situations de stockage en tas, des proportions plus élevées de produits réagis5 sants sont exigées. Ainsi on remarquera dans le tableau 11 que des compositions avec une teneur en chaux insuffisante (échan-

  
 <EMI ID=70.1> 

  
tées immédiatement après mélange tandis que d'autres furent capables de présenter une résistance à la compression appré-

  
 <EMI ID=71.1> 

  
jours.

  
Dans ce qui précède, on peut voir que la présente invention prévoit un procédé nouveau et unique, aussi bien qu'acceptable économiquement et écologiquement, d'utilisation et de réutilisation de boue venant d'une usine de traitement d'eau d'égout municipal. De plus, il a été démontré que les produits et les procédés de la présente invention peuvent être très utiles dans l'emprise du sol en évitant en outre le dommage à l'environnement ainsi qu'en corrigeant le dommage mas-

  
 <EMI ID=72.1>  

  
 <EMI ID=73.1> 

  
la présente invention a été décrite en ce qui concerne les compositions et les exemples particuliers, elle n'est pas nécessairement limitée à ceux-là. L'intention du demandeur est que les revendications suivantes soient prévues pour comprendre l'invention dans son esprit et son but véritables en y incluant des variations et des modifications possibles telles qu'elles seront apparentes à tous ceux qui sont spécialisés dans cette matière. CI( 9q. 1990 REVENDICATIONS

  
1[deg.]/ Mélange durcissable de matières solides et d'eau, caractérisé par le fait que les matières solides se composent (basées sur le pourcentage en poids des matières solides sèches) :
- 1 à 15 % de chaux,
- 1 à 50 % de matière solide de boue d'eau d'égout digérée,
- 20 à 90 % de cendre volante, et que l'eau apporte une teneur en humidité (basée aussi sur les pourcentages en poids de la matière solide sèche) de 5 à
50 %.

  
 <EMI ID=74.1>

Claims

<EMI ID=75.1>

par le fait que ladite teneur en humidité s�échelonne de 15 à 30 % et que lesdites matières solides se composent de :

- 2 à 6 % de chaux, - 8 à 20 % de matière solide de boue.d'eau d'égout digérée, - 30 à 80 % de cendre volante.

3[deg.]/ Mélange durcissable, tel que défini dans la re-

<EMI ID=76.1>

lange comprend en outre 10 % d'anhydrite de sulfate de calcium (basé sur le pourcentage en poids des matières solides).

4[deg.]/ Mélange durcissable, tel que défini dans la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre : 1,5 à 3 % d'anhydrite de sulfate de calcium (calculé sur le pourcentage en poids de matières solides).

5[deg.]/ Mélange durcissable, tel que défini dans la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre : 10 à 60 % de terre (calculée sur le pourcentage en

<EMI ID=77.1> <EMI ID=78.1>

<EMI ID=79.1>

en outre 20 à 40 % de terre (calculée sur le pourcentage en poids de matières solides).

7[deg.]/ Procédé de traitement d'une boue provenant d'une installation de traitement des eaux d'égout municipal, car a c t é r i s é par le fait qu'il comprend le mélange de ladite boue avec de la chaux et de la cendre volante, de telle façon que la composition finale desdits mélanges possède une teneur en humidité de 5 à 50 % et que les matières solides qui y sont contenues se composent de :

- 1 à 15 % de chaux, <EMI ID=80.1> <EMI ID=81.1>

et par le fait que l'on permet audit mélange de durcir sous les conditions atmosphériques.

<EMI ID=82.1>

<EMI ID=83.1>

reux est aussi inclus dans ledit mélange, la quantité dudit sulfate dudit ' mélange devant être l'équivalent molaire de 1

à 10 % (en poids de matière solide) d'anhydrite de sulfate de calcium.

9[deg.]/ Procédé, tel que défini dans la revendication

<EMI ID=84.1>

si incluse dans ledit mélange, ladite terre formant 10 à 60 % desdites matières solides.

10[deg.]/ Procédé, tel.que défini dans la revendication 7, caractérisé par le fait que ladite teneur en hu-

<EMI ID=85.1>

<EMI ID=86.1> <EMI ID=87.1>

et la terre sont inclus dans ledit mélange et comprennent, res-

<EMI ID=88.1>

<EMI ID=89.1>

12*/ Procédé, tel que défini dans la revendication

<EMI ID=90.1>

<EMI ID=91.1>

compacté après mise en place et avant de lui permettre de durcir.

<EMI ID=92.1>

de réaction du mélange de la revendication 1.

<EMI ID=93.1>

de réaction du mélange de la revendication 4.

15[deg.]/ Composition durcie, se composant du produit de réaction du mélange de la revendication 6.

16[deg.]/ Procédé de fabrication d'un matériau supportant des charges à partir de boue d'usine de traitement des eaux d'égout municipal, ledit procédé étant c a r a c t é r

i s é par le mélange de ladite boue avec de la chaux et de la cendre volante de telle façon que la composition finale pos-

<EMI ID=94.1>

1 à 15 % de chaux, 1 à 50 % de matières solides de boue d'eau d'égout digérée, et 20 à 90 % de cendre volante (tous ces pourcentages étart calculés en pourcents de poids de matières solides), et par le fait que l'on permet audit mélange de durcir sous les conditions atmosphériques.

17[deg.]/ Procédé, tel que défini dans la revendication

16, caractérisé par le fait qu'un sulfate alcalino-ter-

<EMI ID=95.1> <EMI ID=96.1>

sulfate dans ledit mélange devant être l'équivalent molaire de 1 à 10 % d'anhydrite de sulfate de calcium.

<EMI ID=97.1>

<EMI ID=98.1>

si incluse dans ledit mélange, ladite terre comprenant de 10 à 60 % des matières solides du mélange.

<EMI ID=99.1>

16, caractérisé par le fait que le sulfate de calcium et la terre sont inclus dans ledit mélange et se composent, respectivement, de 1,5 à 3 % (calculé sur l'anhydrite de sulfate de calcium) et de 20 à 40 % des matières solides de ce mélange.

20[deg.]/ Mélange durcissable eau-matières solides c a

<EMI ID=100.1>

mélange se composent (calculé en pourcentage de poids de matières solides sèches) :

- 1 à 15 % de chaux ou d'un substitut de la chaux produisant une quantité équivalente molaire d'un oxyde alcalino-terreux hydratable ou d'un hydroxyde de métal alcalino-terreux, - 1 à 50 % de matières solides de boue d'eau d'égout digérée, - 20 à 90 % de cendre volante ou d e "quantité équivalente de cendre volante", d'une autre matière résiduelle quelconque possédant une activité pouzzolanique et dont l'eau apporte une teneur en humidité (calculée en pourcents de poids de matières solides' sèches) de 5 à 50 %.

21[deg.]/ Mélange durcissable eau-matières solides, c a r a c t é r i s é par le fait que les matières solides dudit mélange se composent (calculé en pourcentage en poids de matières solides sèches) : � <EMI ID=101.1>

- 1 à 15 % de matières solides de boue d'eau d'égout digérée, <EMI ID=102.1> une quantité équivalente molaire d'oxyde alcalino-terreux hy-

<EMI ID=103.1> <EMI ID=104.1>

fates de métaux alcalino-terreux suivant une quantité égale

à 1 à 10 % d'anhydrite de sulfate de calcium sur une base molaire,

- 20 à 90 % de cendre volante ou de "quantités équivalentes de cendre volante",

d'autres matières résiduelles possédant des ions aluminium ou ferriques disponibles et,

dont l'eau procure une teneur en humidité (calculée sur le pourcentage en poids de matières solides sèches) de 5 à 50 %.

22[deg.]/ Mélange durcissable, tel que défini dans la revendication 18, caractérisé par le fait que ledit mélange comprend 1 à 15 % de chaux.

23[deg.]/ Mélange durcissable, tel que défini dans la revendication 22, caractérisé par le fait que ledit mélange renferme une "quantité équivalente de cendre volante" basée sur une teneur en cendre volante de 20 à 90 %, de résidus siliceux actifs de façon pouzzolanique provenant d'un incinérateur de déchets de raffinerie de pétrole.

24[deg.]/ Mélange durcissable, tel que défini dans la revendication 24, caractérisé par le fait que ledit mélange comprend 1 à 15 % de chaux.

25[deg.]/ Mélange durcissable, tel que défini dans la revendication 24, caractérisé par le fait que ledit mélange contient des matières résiduelles venant du groupe se composant d'un coagulant de matières résiduelles d!alun venant <EMI ID=105.1>

d'une installation de traitement des eaux et de "boues rouges", sous-produits d'un procédé de réduction de la bauxite, en"quantités équivalentes de cendre volante" produisant une réactivité comparable à la cendre volante sous une gamme de concentration de 20 à 90 %.

26[deg.]/ Mélange durcissable, tel que défini dans la revendication 20, caractérisé par le fait que ledit mélange comprend 20 à 90 % de cendre volante et une matière substitut de la chaux provenant du groupe se composant de poussière de four à chaux et de poussière de four à ciment en une quantité produisant les équivalents molaires, en oxyde alcalino-terreux hydratable ou hydroxyde de métaux alcalino-terreux, de 1 à 15 % de chaux hydratée.

27[deg.]/ Mélange durcissable, tel que défini dans la revendication 21, c a r a c t é r i se par le fait que ledit mélange comprend 20 à 90 % de cendre volante et une matière substitut de la chaux provenant du groupe se composant de poussière de four à chaux et de poussière de four à ciment, suivant une quantité produisant les équivalents molaires en hydroxydes de métaux alcalino-terreux ou en oxyde alcalino-terreux hydratable de 1 à 15 % de chaux hydratée.

28[deg.]/ Procédé de traitement de boue venant d'une installation de traitement d'eau d'égout municipal, c a r a c t

é r i s é par le fait qu'il comprend,

le mélange de ladite boue avec de la chaux ou une matière substitut de la chaux, tel que la composition finale dudit mélange possède une teneur en humidité de 5 à 50 % (calculée en pourcentage de poids de matières solides) et une teneur en matière

solide (calculée en pourcentage de poids de matières solides)

<EMI ID=106.1> ""'.".....-.4..

- 1 à 15 % de chaux ou d'un substitut de la chaux produisant une quantité équivalente molaire d'hydroxyde de métaux alcalino-terreux ou d'oxyde alcalino-terreux hydratable, <EMI ID=107.1>

20 à 90 % de cendre volante ou de "quantités équivalentes de cendres volantes Il,

d'autres matières résiduelles possédant une activité pouzzolanique,

et de permettre audit mélange de durcir sous les conditions atmosphériques.

29[deg.]/ Procédé, tel que défini dans la revendication 28, caractérisé par le fait que ledit mélange comprend 20 à 90 % de cendre volante et une matière substitut de la chaux provenant du groupe se composant de chaux vive, de poussière de fours à oxygène basique, de poussière de fours

à chaux et de poussière de fours à ciment sous une valeur procurant les équivalents molaires, en hydroxyde de métaux alcali-

<EMI ID=108.1>

% de chaux hydratée.

<EMI ID=109.1>

28, caractérisé par le fait que ledit mélange comprend "une quantité équivalente aux cendres volantes" calcu-

<EMI ID=110.1>

siliceux actifs de façon pouzzolanique provenant d'un incinérateur de déchets de raffinerie de pétrole et 1 à 15 % de chaux.

<EMI ID=111.1>

28, caractérisé par le fait que ledit mélange comporte en outre un sulfate de métal alcalino-terreux une quantité qui est l'équivalent molaire de 1 à 10 % d'anhydrite de sulfate-de calcium, 1 à 15 % de chaux et de matières résiduel- <EMI ID=112.1> <EMI ID=113.1>

les provenant des groupes se composant de coagulants résiduels d'alun provenant d'une installation de traitement des eaux et de "boues rouges", sous-produits d'un procédé de réduction de la bauxite, en "quantités équivalentes en cendre volante" dudit mélange, produisant une réactivité comparable à la cendre volante sous une gamme de concentration de 20 à 90 %.

<EMI ID=114.1>

28, caractérisé par le fait que ledit mélange comporte en outre un sulfate de métal alcalino-terreux sous une quantité qui est l'équivalente molaire de 1 à 10 % d'anhydrite de sulfate de calcium, 20 à 90 % de cendre volante et une matière substitut de la chaux provenant du groupe se composant de chaux vive, de poussière de fours à oxygène basique, de poussière de fours à chaux, de poussière de fours à ciment et de laitier de hauts-fourneaux sous une quantité produisant les équivalents molaires, en hydroxyde de métaux alcalino-terreux ou en oxyde alcalino-terreux hydratables, de 1 à 15 % de chaux hydratée.

33[deg.]/ Procédé, tel que défini dans la revendication 28, caractérisé par le fait que 5 à 25 % desdites matières solides de boue d'eau d'égout digérée est une matière fibreuse cellulosique.

<EMI ID=115.1>

17, caractérisé par le fait que de la terre est également incluse dans ledit mélange, ladite terre comprenant 10 à 60 % de matières solides dudit mélange, et par le fait que 5 à. 25 % desdites matières solides de boue d'eau d'égout

<EMI ID=116.1>