CA2560189C - Procede et systeme de traitement de boues d'epuration - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement de boues d'épuration, c'est-à-dire provenant d'installations d'épuration des eaux usées comportant une étape de séparation solide/liquide par filtration remarquable en ce que ledit procédé comporte préalablement à l'étape de filtration une étape d'addition de deux types de charges solides, chaque type de charge étant constitué de particules ayant une granulométrie moyenne homogène, distincte de celle des particules constituant l'autre type de charge, afin de former une matrice incompressible de filtration à fort pouvoir drainant lors de l'étape de filtration.
Description
PROCEDE ET SYSTEME DE TRAITEMENT DES BOUES D'EPURATION
La présente invention a pour objet un procédé de traitement des boues d'épuration, c'est-à-dire des boues issues de l'épuration des eaux usées de collectivités ou d'industries, ainsi qu'un système de traitement desdites boues pour la mise en uvre dudit procédé.
Les boues issues de l'épuration des eaux usées sont des boues liquides dont la teneur en matière sèche varie de 1 à 10 %, leur teneur moyenne se situant généralement aux alentours de 3 %. Ces boues sont habituellement traitées par des techniques de séparation solide/liquide permettant de rejeter d'un côté des effluents liquides clarifiés et de l'autre des boues déshydratées ayant une teneur en matière sèche d'au moins 20 %. Afin de favoriser la séparation solide/liquide, on ajoute à ces boues des composés comme des floculants. Le mélange est ensuite déshydraté soit par voie naturelle sur lit de séchage ou encore par gel/dégel soit par déshydratation mécanique avec des filtres.
Les boues déshydratées sont ensuite mises en décharge ou utilisées comme fertilisants dans le secteur agricole, selon la composition de ces boues. Toutefois, cette dernière voie est aujourd'hui évitée du fait de la forte teneur de ces boues en métaux toxiques et autres contaminants. En outre, une Directive Européenne du 26 avril 1999 recommande d'éviter la mise en décharge systématique de ces boues, puisqu'elles ne constituent pas un déchet ultime. Les principales voies restantes de valorisation de ces boues sont donc celles de leur élimination par incinération ou de mise en décharge de la matière sèche de ces boues.
Le brevet allemand DE 3.922.928 propose ainsi un procédé de déshydratation de boues d'épuration consistant à
mélanger des boues d'origine industrielle ou urbaine à des boues d'épuration contenant des particules fibreuses, provenant notamment des industries papetières ou textiles.
On adjoint ensuite au mélange des floculants synthétiques ou organiques, puis on procède à une filtration sous
La présente invention a pour objet un procédé de traitement des boues d'épuration, c'est-à-dire des boues issues de l'épuration des eaux usées de collectivités ou d'industries, ainsi qu'un système de traitement desdites boues pour la mise en uvre dudit procédé.
Les boues issues de l'épuration des eaux usées sont des boues liquides dont la teneur en matière sèche varie de 1 à 10 %, leur teneur moyenne se situant généralement aux alentours de 3 %. Ces boues sont habituellement traitées par des techniques de séparation solide/liquide permettant de rejeter d'un côté des effluents liquides clarifiés et de l'autre des boues déshydratées ayant une teneur en matière sèche d'au moins 20 %. Afin de favoriser la séparation solide/liquide, on ajoute à ces boues des composés comme des floculants. Le mélange est ensuite déshydraté soit par voie naturelle sur lit de séchage ou encore par gel/dégel soit par déshydratation mécanique avec des filtres.
Les boues déshydratées sont ensuite mises en décharge ou utilisées comme fertilisants dans le secteur agricole, selon la composition de ces boues. Toutefois, cette dernière voie est aujourd'hui évitée du fait de la forte teneur de ces boues en métaux toxiques et autres contaminants. En outre, une Directive Européenne du 26 avril 1999 recommande d'éviter la mise en décharge systématique de ces boues, puisqu'elles ne constituent pas un déchet ultime. Les principales voies restantes de valorisation de ces boues sont donc celles de leur élimination par incinération ou de mise en décharge de la matière sèche de ces boues.
Le brevet allemand DE 3.922.928 propose ainsi un procédé de déshydratation de boues d'épuration consistant à
mélanger des boues d'origine industrielle ou urbaine à des boues d'épuration contenant des particules fibreuses, provenant notamment des industries papetières ou textiles.
On adjoint ensuite au mélange des floculants synthétiques ou organiques, puis on procède à une filtration sous
- 2 -pression ou sous vide du mélange précédent. Les gât eaux de filtration obtenus ont une siccité supérieure à 40 %, constituent un bon combustible et produisent peu de cendres.
Ce procédé, qui apporte une solution au problème de la valori sation par incinération de ces boues d'épuration, présente toutefois un certain nombre d'inconvénient s. Tout d'abord, le taux d'humidité du gâteau reste élevé et sa combustion n'est donc pas optimale du point de vue énergétique. Ensuite, il nécessite de pouvoir se procurer des boues contenant des particules fibreuses d'origine papetière ou textile, impliquant la proximité de telles industrie s.
L'un des buts de la présente invention est donc de pallier c es inconvénients en proposant une solution simple, rapide, efficace et économiquement intéressante pour le traitement des boues d' épuration en vue de leur élirnination par mise en décharge ou par incinération.
A cet égard, il est proposé un procédé de traitement de boues d'épuration comportant une étape de séparat ion par filtratio n remarquable en ce que ledit procédé comporte préalablement à l'étape de séparation, une étape d'addition de deux types de charges solides, chaque type de charge étant constitué de particules ayant une granulométrie moyenne homogène, distincte de celle des pa rticules constituant l'autre type de charge, afin de forrmer une matrice incompressible de filtration à fort pouvoir drainant et d'obtenir un gâteau de filtration ayant un taux de siccit é optimal.
On comprend bien qu'en créant ainsi une mat rice de filtration incompressible à fort pouvoir drainant, on pourra lors de l'étape de filtration optimiser la séparation solide/liquide en évitant notamment le colmatage du filtr e employé par les particules de matière sèche des boues qu~ seront retenues par cette matrice incompressible.
Comme cela sera détaillé plus loin, cette étape permet avantageusement d'obtenir des rendements de déshydratation supérieurs à 90 % et des gâteaux de filtration ayant au
Ce procédé, qui apporte une solution au problème de la valori sation par incinération de ces boues d'épuration, présente toutefois un certain nombre d'inconvénient s. Tout d'abord, le taux d'humidité du gâteau reste élevé et sa combustion n'est donc pas optimale du point de vue énergétique. Ensuite, il nécessite de pouvoir se procurer des boues contenant des particules fibreuses d'origine papetière ou textile, impliquant la proximité de telles industrie s.
L'un des buts de la présente invention est donc de pallier c es inconvénients en proposant une solution simple, rapide, efficace et économiquement intéressante pour le traitement des boues d' épuration en vue de leur élirnination par mise en décharge ou par incinération.
A cet égard, il est proposé un procédé de traitement de boues d'épuration comportant une étape de séparat ion par filtratio n remarquable en ce que ledit procédé comporte préalablement à l'étape de séparation, une étape d'addition de deux types de charges solides, chaque type de charge étant constitué de particules ayant une granulométrie moyenne homogène, distincte de celle des pa rticules constituant l'autre type de charge, afin de forrmer une matrice incompressible de filtration à fort pouvoir drainant et d'obtenir un gâteau de filtration ayant un taux de siccit é optimal.
On comprend bien qu'en créant ainsi une mat rice de filtration incompressible à fort pouvoir drainant, on pourra lors de l'étape de filtration optimiser la séparation solide/liquide en évitant notamment le colmatage du filtr e employé par les particules de matière sèche des boues qu~ seront retenues par cette matrice incompressible.
Comme cela sera détaillé plus loin, cette étape permet avantageusement d'obtenir des rendements de déshydratation supérieurs à 90 % et des gâteaux de filtration ayant au
- 3 -moins une siccité de 60 et même supérieure à 80 % avec des paramètres optimisés_ D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre des étapes du procédé
selon l'invention ainsi que du système de mise en uvre dudit procédé, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique du disposi t if de filtration employé.
Les boues ayant servi à la mise au point du procédé
selon l'invention sont des boues provenant d'une station d'épuration d'eaux usées urbaine ayant une siccité initiale de 2 %.
Ces boues sont soumises au procédé de traitement selon l'invention qui c omporte trois grandes étapes : une première étape d'adjonction de charges solides, sui vie d' une étape d' adj onctiorn. de floculants, à laquelle succède une étape de filtration sous pression.
Selon une caract éristique essentielle du procédé
selon l'invention, les boues issues du traiteinent d'épuration sont collec tées dans une cuve et mélangées à
deux types de charges solides. Ces charges solides sont constituées de particules ayant une granulométrie moyenne homogène, bien distincte de celle des particules de l'autre type de charge. L'homogénéité de la répartit ion granulométrique des par-ticules de la charge utilisée est essentielle à la réalisation d'une bonne séparat ion solide/liquide lors de la filtration. Cette ét ape d'addition de charges solides aux boues est réalisée sous forte agitation afin d'assurer la bonne dispersion des solides. Le premier type de charges solides est qua1ifié de fraction grossière et est constitué de particules sol ides ayant une granulométrie moyenne supérieure à celle des particules solides fosmant le second type de charge solides, qualifié de fraction fine. La fraction grossière a pour fonction principale de former une matrice de filtration poreuse incompressible au sein du gâteau de filtration lors de l'étape de filtration.
selon l'invention ainsi que du système de mise en uvre dudit procédé, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique du disposi t if de filtration employé.
Les boues ayant servi à la mise au point du procédé
selon l'invention sont des boues provenant d'une station d'épuration d'eaux usées urbaine ayant une siccité initiale de 2 %.
Ces boues sont soumises au procédé de traitement selon l'invention qui c omporte trois grandes étapes : une première étape d'adjonction de charges solides, sui vie d' une étape d' adj onctiorn. de floculants, à laquelle succède une étape de filtration sous pression.
Selon une caract éristique essentielle du procédé
selon l'invention, les boues issues du traiteinent d'épuration sont collec tées dans une cuve et mélangées à
deux types de charges solides. Ces charges solides sont constituées de particules ayant une granulométrie moyenne homogène, bien distincte de celle des particules de l'autre type de charge. L'homogénéité de la répartit ion granulométrique des par-ticules de la charge utilisée est essentielle à la réalisation d'une bonne séparat ion solide/liquide lors de la filtration. Cette ét ape d'addition de charges solides aux boues est réalisée sous forte agitation afin d'assurer la bonne dispersion des solides. Le premier type de charges solides est qua1ifié de fraction grossière et est constitué de particules sol ides ayant une granulométrie moyenne supérieure à celle des particules solides fosmant le second type de charge solides, qualifié de fraction fine. La fraction grossière a pour fonction principale de former une matrice de filtration poreuse incompressible au sein du gâteau de filtration lors de l'étape de filtration.
- 4 -Les particules utilisables pour former cette fraction grossière peuvent-être, p ar exemple, du carbonate de calcium ayant un diamètre rnoyen de plus de 300 micromètres ou encore, du sable ayant un diamètre moyen variant de 190 micromètres à 700 micromètres, par exemple.
L'autre type de charge formant la fraction fine, a pour fonction, outre de contribuer à la constitution de la matrice de filtration, d'adsorber les particules de matière sèche en suspension dans la boue.
Cette fraction firne peut, par exemple, être constituée de carbonate de calcium fin, ayant un diamètre moyen proche de 20 micromètres, de sable fin ou encore de sciure de bois dont le diamètre moyen est de l'ordre de 130 micromètres.
On comprend bien que d'autres types de particules peuvent être employés, la contrainte étant que les particules de la charge fine ne colmatent pas les pores de la matrice de filtration.
De préférence, on emploiera pour ces charges solides des matériaux facilement disponibles et peu onéreux. En outre, selon la destination finale des boues déshydratées, on adaptera avantageusement la nature des charges.-Ainsi, dans l'opt ique d'une élimination par incinération, on veiller a à améliorer leur pouvoir calorifique en introduis ant des particules fortement combustibles, du type sciure de bois par exemple.
Dans le cas où la m~ise en décharge est retenue, on privilégiera de préférence des charges que l'on pourra facilement séparer de la matière sèche des boues par désagrégation du gâteau de filtration, afin de réduire au maximum possible les quantités mises en décharge ; on pourra à cette fin utiliser du sable pour les fractions fine et grossière, avec un recyclage de celui-ci.
L'autre type de charge formant la fraction fine, a pour fonction, outre de contribuer à la constitution de la matrice de filtration, d'adsorber les particules de matière sèche en suspension dans la boue.
Cette fraction firne peut, par exemple, être constituée de carbonate de calcium fin, ayant un diamètre moyen proche de 20 micromètres, de sable fin ou encore de sciure de bois dont le diamètre moyen est de l'ordre de 130 micromètres.
On comprend bien que d'autres types de particules peuvent être employés, la contrainte étant que les particules de la charge fine ne colmatent pas les pores de la matrice de filtration.
De préférence, on emploiera pour ces charges solides des matériaux facilement disponibles et peu onéreux. En outre, selon la destination finale des boues déshydratées, on adaptera avantageusement la nature des charges.-Ainsi, dans l'opt ique d'une élimination par incinération, on veiller a à améliorer leur pouvoir calorifique en introduis ant des particules fortement combustibles, du type sciure de bois par exemple.
Dans le cas où la m~ise en décharge est retenue, on privilégiera de préférence des charges que l'on pourra facilement séparer de la matière sèche des boues par désagrégation du gâteau de filtration, afin de réduire au maximum possible les quantités mises en décharge ; on pourra à cette fin utiliser du sable pour les fractions fine et grossière, avec un recyclage de celui-ci.
- 5 -Différentes associations de fractions fines et grossières ont été testées et des formulations optimales, pour une boue d'une siccit é de 2 % et une étape de filtration menée sous une pression de 60 bars sont récapitulées dans le tableau 1 ci dessous :
Composition du mélange formulé Rendement de Taux de matière déshydratation sèche du gâteau 1 000 g de boue avec une siccité de 2 %
Formulation I 50 g de carbonate de calcium fin (deo= 16,4Nm) 94,70 % 86,03 %
250 decarbonabdecald.Qn rossier cif~D=376, 1 000 g de boue avec une siccité de 2 %
Formulation II 25 g de carbonate de calcium fin (deo= 16,4 pm) 95,20 % 80,60 %
150 de sable dso = 191 pm) 1 000 g de boue avec une siccité de 2 %
Formulation III 25 g de sciure de bois (d5o= 129 pm) 96,20 % 82,00 %
125 de sable d5o= 191 m 1 000 g de boues avec une siccité de 2 %
Formulation IV 30 g de sable fin (d5o = 80 pm) 94,90 /a 80,00 %
150 g de sable dso = 191 pm) Le rendement de déshydratation est défini par le rapport de la quantité d'eau récupérée après filtration sur la quantité totale d'eau dans la boue traitée avant filtration.
Les proportions relatives de chacune des fractions de charge solide sont bien entendu variables en fonction de la siccité initiale des boues,P ainsi que des ressources disponibles en matières premières entrant dans la constitution de ces fractions_ Ainsi, pour la formulat z on I du tableau précédent, le rendement de déshydratation varie entre 94,00 % et 94,7 %
pour toutes les associations entre 50 et 100 g par kilo de boues en fraction fine de carbonate de calcium avec une fraction grossière de carbonate de calcium variant entre 200 et 350 g par kilo de boue. Pour la formulation II, associant une fraction grossière de sable et une fraction fine de carbonate de calcium, un rendement de déshydratation supérieur à 92 % a été obtenu avec une proportion de carbonate de ca lcium variant entre 25 et 50 g par kilogramme de boue et un e proportion de sable variant entre 130 et 200 g par kilo de boue. Pour la formulation III, un rendement de déshydratation supérieur à 95 % a été observé pour des associations de sciure et de
Composition du mélange formulé Rendement de Taux de matière déshydratation sèche du gâteau 1 000 g de boue avec une siccité de 2 %
Formulation I 50 g de carbonate de calcium fin (deo= 16,4Nm) 94,70 % 86,03 %
250 decarbonabdecald.Qn rossier cif~D=376, 1 000 g de boue avec une siccité de 2 %
Formulation II 25 g de carbonate de calcium fin (deo= 16,4 pm) 95,20 % 80,60 %
150 de sable dso = 191 pm) 1 000 g de boue avec une siccité de 2 %
Formulation III 25 g de sciure de bois (d5o= 129 pm) 96,20 % 82,00 %
125 de sable d5o= 191 m 1 000 g de boues avec une siccité de 2 %
Formulation IV 30 g de sable fin (d5o = 80 pm) 94,90 /a 80,00 %
150 g de sable dso = 191 pm) Le rendement de déshydratation est défini par le rapport de la quantité d'eau récupérée après filtration sur la quantité totale d'eau dans la boue traitée avant filtration.
Les proportions relatives de chacune des fractions de charge solide sont bien entendu variables en fonction de la siccité initiale des boues,P ainsi que des ressources disponibles en matières premières entrant dans la constitution de ces fractions_ Ainsi, pour la formulat z on I du tableau précédent, le rendement de déshydratation varie entre 94,00 % et 94,7 %
pour toutes les associations entre 50 et 100 g par kilo de boues en fraction fine de carbonate de calcium avec une fraction grossière de carbonate de calcium variant entre 200 et 350 g par kilo de boue. Pour la formulation II, associant une fraction grossière de sable et une fraction fine de carbonate de calcium, un rendement de déshydratation supérieur à 92 % a été obtenu avec une proportion de carbonate de ca lcium variant entre 25 et 50 g par kilogramme de boue et un e proportion de sable variant entre 130 et 200 g par kilo de boue. Pour la formulation III, un rendement de déshydratation supérieur à 95 % a été observé pour des associations de sciure et de
- 6 -sable variant respectivement entre 10 et 25 g de sciure par kilo de boue et 100 à 150 g de sabLe par kilo de boue.
Enfin pour la formulation IV, associant une fraction grossière de sable et une fraction_ fine de sable, un rendement de déshydratation supérieur à 92 % a été obtenu avec une proportion de sable fin var.iant entre 25 et 50 g par kilogramme de boue et une proportion de sable plus grossier variant entre 130 et 200 g pas kilo de boue.
Une fois la boue mélangée aux charges solides, le mélange est soumis à l'étape de floculation. On additionne au précédent mélange un ou plusieurs floculants, tels que ceux classiquement employés dans ce type de procédé, comme par exemple des sels de fer. L'addition d'un floculant à la boue chargée en particules permet de casser la stabilité
colloïdale des boues, libérant ainsi 1-'eau emprisonnée dans les groupements colloïdaux et d'optimiser la séparation solide/liquide. Les quantités de floculants additionnées varient en fonction de la nature des boues, selon les ordres de grandeur habituellement rencontrés dans les procédés de déshydratation de boues.
On procède ensuite à l'ét ape de séparation solide/liquide de ces boues reform-ulées, mélangées aux charges solides et aux floculants.
Selon une caractéristique de l'invention, cette séparation solide/liquide est une filtration sous pression, réalisée dans un dispositif spécifi que du type filtre-presse à vessie, cette dernière étant mise en action par la pression d'un fluide. C'est lors de cette étape de filtration que va se former au sein du gâteau de filtration une matrice poreuse et non compressible grâce à
l'association des fractions grossières et fines des charges solides, permettant un drainage efficace de l'eau des boues et évitant le colmatage du filtre par les particules de matière sèche des boues. On obtient ainsi un gâteau de filtration présentant une siccité supérieure à 60 %, voire 80 % dans des conditions optim.isées comme cela est montré avec les exemples de formulation donnés précédemment.
Enfin pour la formulation IV, associant une fraction grossière de sable et une fraction_ fine de sable, un rendement de déshydratation supérieur à 92 % a été obtenu avec une proportion de sable fin var.iant entre 25 et 50 g par kilogramme de boue et une proportion de sable plus grossier variant entre 130 et 200 g pas kilo de boue.
Une fois la boue mélangée aux charges solides, le mélange est soumis à l'étape de floculation. On additionne au précédent mélange un ou plusieurs floculants, tels que ceux classiquement employés dans ce type de procédé, comme par exemple des sels de fer. L'addition d'un floculant à la boue chargée en particules permet de casser la stabilité
colloïdale des boues, libérant ainsi 1-'eau emprisonnée dans les groupements colloïdaux et d'optimiser la séparation solide/liquide. Les quantités de floculants additionnées varient en fonction de la nature des boues, selon les ordres de grandeur habituellement rencontrés dans les procédés de déshydratation de boues.
On procède ensuite à l'ét ape de séparation solide/liquide de ces boues reform-ulées, mélangées aux charges solides et aux floculants.
Selon une caractéristique de l'invention, cette séparation solide/liquide est une filtration sous pression, réalisée dans un dispositif spécifi que du type filtre-presse à vessie, cette dernière étant mise en action par la pression d'un fluide. C'est lors de cette étape de filtration que va se former au sein du gâteau de filtration une matrice poreuse et non compressible grâce à
l'association des fractions grossières et fines des charges solides, permettant un drainage efficace de l'eau des boues et évitant le colmatage du filtre par les particules de matière sèche des boues. On obtient ainsi un gâteau de filtration présentant une siccité supérieure à 60 %, voire 80 % dans des conditions optim.isées comme cela est montré avec les exemples de formulation donnés précédemment.
- 7 -On comprend bien que la va1 eur de la pression appliquée va influer sur le rendeme nt de déshydratation.
Ainsi, avec les formulations de charges solides testées, il a été déterminé que la pression opt imale exercée sur la vessie se situe entre 30 et 60 bars.
Selon un dernier aspect du proc édé, celui-ci comporte une étape optionnelle de séchage et désagrégation des gâteaux de filtration précédemment ob tenus, avec séparation des constituants. Cette étape permat un recyclage quasi total (pertes < 2 % en poids) des cha rges solides employées et engendre ainsi la mise en décharge de déchets ultimes constitués essentiellement (plus de 80 %) de particules de matière sèche des boues_ Comme cela est exposé plus en détails ultérieurement, cette étape de séchage et sépara tion des gâteaux de filtration est de préférence basée sur la technique du lit fluidisé.
Les paramètres d'opération pourront sans difficulté
être optimisés par l'Homme du Métier-, en fonction du taux d'humidité résiduelle des gâteaux et de la nature des charges solides employées.
Ainsi, des essais menés sur des gâteaux de filtration contenant 70,6 % de sable (fraction fine et grossière), 9,4 % de particules de matière sèche de boues et 20 % d'humidité ont mis en évidence l'importance de la vitesse de fluidisation et de la température de l'air de fluidisation. De fait, des vitesses de fluidisation plus importantes permettent une attritzon plus rapide des gâteaux introduits par augmentat ion de l'effet de turbulence/collision. Par ailleurs, il a également été
observé que l'utilisation d'air chaud, favorise la désagrégation des fines particulas de boue et leur séparation des particules de sable.
Avec la composition susmentionnée des gâteaux de filtration, on a ainsi réduit les pertes en sable de 2 %
à 1,13 % en passant d'une températur-e de 20 C à 170 C pour une vitesse de fluidisation comprise entre 3 et 4 m/s. Dans le même temps, la teneur en parti_cules de boues de la
Ainsi, avec les formulations de charges solides testées, il a été déterminé que la pression opt imale exercée sur la vessie se situe entre 30 et 60 bars.
Selon un dernier aspect du proc édé, celui-ci comporte une étape optionnelle de séchage et désagrégation des gâteaux de filtration précédemment ob tenus, avec séparation des constituants. Cette étape permat un recyclage quasi total (pertes < 2 % en poids) des cha rges solides employées et engendre ainsi la mise en décharge de déchets ultimes constitués essentiellement (plus de 80 %) de particules de matière sèche des boues_ Comme cela est exposé plus en détails ultérieurement, cette étape de séchage et sépara tion des gâteaux de filtration est de préférence basée sur la technique du lit fluidisé.
Les paramètres d'opération pourront sans difficulté
être optimisés par l'Homme du Métier-, en fonction du taux d'humidité résiduelle des gâteaux et de la nature des charges solides employées.
Ainsi, des essais menés sur des gâteaux de filtration contenant 70,6 % de sable (fraction fine et grossière), 9,4 % de particules de matière sèche de boues et 20 % d'humidité ont mis en évidence l'importance de la vitesse de fluidisation et de la température de l'air de fluidisation. De fait, des vitesses de fluidisation plus importantes permettent une attritzon plus rapide des gâteaux introduits par augmentat ion de l'effet de turbulence/collision. Par ailleurs, il a également été
observé que l'utilisation d'air chaud, favorise la désagrégation des fines particulas de boue et leur séparation des particules de sable.
Avec la composition susmentionnée des gâteaux de filtration, on a ainsi réduit les pertes en sable de 2 %
à 1,13 % en passant d'une températur-e de 20 C à 170 C pour une vitesse de fluidisation comprise entre 3 et 4 m/s. Dans le même temps, la teneur en parti_cules de boues de la
- 8 -fraction récupérée en sortie de cyclone passait de 81 %
à 91 %.
Un autre objet de l'invention est le système de traitement de boues permettant la mise en ceuvre du procédé
que l'on vient de décrire.
Ce système de traitement de boues comporte donc un premier réacteur de dispersion des charges permettant le mélange des boues d'épuration et des deux fractions de charges solides. Bien entendu, le système de traitement pourra comporter une cuve de stockage des boues d'épuration ainsi qu'un réservoir de stockage pour chacun des deux types de charges solides. Après agitation, le mélange est transféré par une pompe dans un réacteur de floculation, qui est également alimenté par le floculant provenant d'un réacteur de préparation de ce dernier. La mélange formé
dans le réacteur de floculation est ensuite transféré dans le dispositif de filtration selon l'invention.
En référence à la figure 1, ce dispositif de filtration 1 est composé d'une grille cylindrique 2 métallique constituant le filtre, dont le fond 3 est amovible afin de pouvoir extraire le gâteau de filtration une fois l'étape de filtration terminé e. La seconde extrémité du cylindre est fermée par un couvercle 4 auquel est rattaché sur sa face interne et co -axialement au cylindre 2 une vessie étanche 5. Cette vessie 5 est reliée à un groupe hydraulique 6 permettant d'inj ecter de l'eau sous pression dans la vessie 5.
Pour déshydrater les boues, on intsoduit donc le mélange issu du réacteur de floculation dan s le dispositif de filtration 1 par un orifice de rempliss age 7 situé en haut du cylindre. On met ensuite sous pression la vessie 5 qui va presser le mélange uniformément c ontre la paroi cylindrique interne du filtre et permettre 1'évacuation de toute l'eau résiduelle non éliminée par le simple effet de la gravité. Cette étape de mise sous pression dure quelques minutes, en général une à deux minutes. On dégonfle ensuite la vessie 5 et on récupère le gâteau formé en enlevant le fond 3 et en extrayant le gâteau au moyen d'un outil approprié, par exemple une tige métallique ou encore, un
à 91 %.
Un autre objet de l'invention est le système de traitement de boues permettant la mise en ceuvre du procédé
que l'on vient de décrire.
Ce système de traitement de boues comporte donc un premier réacteur de dispersion des charges permettant le mélange des boues d'épuration et des deux fractions de charges solides. Bien entendu, le système de traitement pourra comporter une cuve de stockage des boues d'épuration ainsi qu'un réservoir de stockage pour chacun des deux types de charges solides. Après agitation, le mélange est transféré par une pompe dans un réacteur de floculation, qui est également alimenté par le floculant provenant d'un réacteur de préparation de ce dernier. La mélange formé
dans le réacteur de floculation est ensuite transféré dans le dispositif de filtration selon l'invention.
En référence à la figure 1, ce dispositif de filtration 1 est composé d'une grille cylindrique 2 métallique constituant le filtre, dont le fond 3 est amovible afin de pouvoir extraire le gâteau de filtration une fois l'étape de filtration terminé e. La seconde extrémité du cylindre est fermée par un couvercle 4 auquel est rattaché sur sa face interne et co -axialement au cylindre 2 une vessie étanche 5. Cette vessie 5 est reliée à un groupe hydraulique 6 permettant d'inj ecter de l'eau sous pression dans la vessie 5.
Pour déshydrater les boues, on intsoduit donc le mélange issu du réacteur de floculation dan s le dispositif de filtration 1 par un orifice de rempliss age 7 situé en haut du cylindre. On met ensuite sous pression la vessie 5 qui va presser le mélange uniformément c ontre la paroi cylindrique interne du filtre et permettre 1'évacuation de toute l'eau résiduelle non éliminée par le simple effet de la gravité. Cette étape de mise sous pression dure quelques minutes, en général une à deux minutes. On dégonfle ensuite la vessie 5 et on récupère le gâteau formé en enlevant le fond 3 et en extrayant le gâteau au moyen d'un outil approprié, par exemple une tige métallique ou encore, un
- 9 -disque annulaire placé contre la face interne du couvercle 4 du dispositif de filtration 1 et gtzidé par une tige que l'on pousse vers le bas dans la direction longitudinale du dispositif de filtration IL afin de décrocher le gâteau de filtration. On obtien t ainsi un produit combustible comportant des boues d'épuration, avantageusement en forme de cylindre creux qui facilitera sa combustion.
Avantageusement, la structure interne de ces gâteaux de filtration à grande surface spécifique (rn2 /kg) et à
porosité ouverte permet d'améliorer la siccit é du gâteau par simple séchage convectif naturel.
Ainsi par exemple, dans le cas d'un gâteau issu du procédé selon l'invention avec les paramèbres de la formulation III précédemment exposée, la siccité passe de 82 % à 87 % suite à un balayage de 30 minurt es avec de l'air ambiant (T = 20 C) . Un balayage de 30 minutes avec de l'air chaud (T = 70 C) permet d' atteindre ta.ne siccité
de 91 %.
On comprend d'autant mieux l'intérêt économique du procédé, en regard du rendement énergétique glol::Dal èt de la moindre déperdition calorifique lors de la combustion du gâteau de filtration.
Néanmoins, on ne peut ignorer que le coût des installations d'incinération limite l'accès à cette voie de valorisation. Pour les collectivités locales ayant un volume restreint de boues d'épuration à traiter, la voie de la mise en décharge est préférable, à condition toutefois que l'essentiel des charges solides ajoutées pour la filtration puissent être recyclées, rendant économiquement supportable le coût du traitement de ces boues.
Dans cette optique, le système de traitement de boues pourra comporter un ensemble de séchage/séparation à un seul étage, à lit fluidisé.
De préférence, on choisira un disposit if dont la conception permet de renforcer le brassage dynamique au sein du lit, de manière à assurer une séparation très poussée des gâteaux de filtration introdui-ts dans le
Avantageusement, la structure interne de ces gâteaux de filtration à grande surface spécifique (rn2 /kg) et à
porosité ouverte permet d'améliorer la siccit é du gâteau par simple séchage convectif naturel.
Ainsi par exemple, dans le cas d'un gâteau issu du procédé selon l'invention avec les paramèbres de la formulation III précédemment exposée, la siccité passe de 82 % à 87 % suite à un balayage de 30 minurt es avec de l'air ambiant (T = 20 C) . Un balayage de 30 minutes avec de l'air chaud (T = 70 C) permet d' atteindre ta.ne siccité
de 91 %.
On comprend d'autant mieux l'intérêt économique du procédé, en regard du rendement énergétique glol::Dal èt de la moindre déperdition calorifique lors de la combustion du gâteau de filtration.
Néanmoins, on ne peut ignorer que le coût des installations d'incinération limite l'accès à cette voie de valorisation. Pour les collectivités locales ayant un volume restreint de boues d'épuration à traiter, la voie de la mise en décharge est préférable, à condition toutefois que l'essentiel des charges solides ajoutées pour la filtration puissent être recyclées, rendant économiquement supportable le coût du traitement de ces boues.
Dans cette optique, le système de traitement de boues pourra comporter un ensemble de séchage/séparation à un seul étage, à lit fluidisé.
De préférence, on choisira un disposit if dont la conception permet de renforcer le brassage dynamique au sein du lit, de manière à assurer une séparation très poussée des gâteaux de filtration introdui-ts dans le
- 10 -dispositif à lit fluidisé (délités en amont, au niveau du dispositif d'alimentation).
Afin de répondre à cet impératif, on mettra en place un dispositif de fluidisation à jets multiples d' air chaud, générant une forte turbulence localisée, tout en autorisant une vitesse du flux gazeux à la sortie modérée (inférieure à la vitesse nécessaire à l'envol du sable).
Un tel ensemble de séchage/séparation perinettant un traitement en continu des gâteaux de filtration issus du filtre-presse comportera :
- une trémie d'alimentation avec dispositif d'émottage, vis doseuse et sas, - un séparateur/sécheur à lit fluidisé, - un surpresseur d'air de fluidisation avec moteur à
vitesse variable, - un réchauffeur d'air électrique (t empérature air 200 C), - un cyclone avec sas, - un filtre à manches, - un filtre à charbon actif, - un ventilateur centrifuge d'extraction_ à débit variable, - une cheminée d'évacuation de l'air humide, - un ensemble installation électrique/instrumentation avec armoire et système de contrôl e/commande autonome.
Bien entendu, le système de traitement de b oues selon l'invention pourra comporter plusieurs dispo sitifs de filtration placés en parallèle et fonctionnant par intermittence, permettant un traitement quasi continu des boues additionnées de charges solides et de flo culants et d'alimenter un incinérateur ou un ensemble séchage/séparateur à lit fluidisé.
On comprend bien en outre que l'Homme de L' Art est à
même d'établir le dimensionnement du système de traitement en fonction de la quantité de boues d'épuration à traiter.
Enfin, il va de soi que le procédé de tra itement de boues peut être appliqué à tout type de boues d'épuration et que les exemples de formulations des charges s olides que
Afin de répondre à cet impératif, on mettra en place un dispositif de fluidisation à jets multiples d' air chaud, générant une forte turbulence localisée, tout en autorisant une vitesse du flux gazeux à la sortie modérée (inférieure à la vitesse nécessaire à l'envol du sable).
Un tel ensemble de séchage/séparation perinettant un traitement en continu des gâteaux de filtration issus du filtre-presse comportera :
- une trémie d'alimentation avec dispositif d'émottage, vis doseuse et sas, - un séparateur/sécheur à lit fluidisé, - un surpresseur d'air de fluidisation avec moteur à
vitesse variable, - un réchauffeur d'air électrique (t empérature air 200 C), - un cyclone avec sas, - un filtre à manches, - un filtre à charbon actif, - un ventilateur centrifuge d'extraction_ à débit variable, - une cheminée d'évacuation de l'air humide, - un ensemble installation électrique/instrumentation avec armoire et système de contrôl e/commande autonome.
Bien entendu, le système de traitement de b oues selon l'invention pourra comporter plusieurs dispo sitifs de filtration placés en parallèle et fonctionnant par intermittence, permettant un traitement quasi continu des boues additionnées de charges solides et de flo culants et d'alimenter un incinérateur ou un ensemble séchage/séparateur à lit fluidisé.
On comprend bien en outre que l'Homme de L' Art est à
même d'établir le dimensionnement du système de traitement en fonction de la quantité de boues d'épuration à traiter.
Enfin, il va de soi que le procédé de tra itement de boues peut être appliqué à tout type de boues d'épuration et que les exemples de formulations des charges s olides que
- 11 -l'on vient de donner ne sont que des illust rations particulières, en aucun cas limitatives du domaine d'application de l'invention.
Claims (12)
1. Procédé de traitement de boues d'épuration, provenant d'installations d'épuration des eaux usées comportant une étape de séparation solide/liquide par filtration, dans lequel ledit procédé comporte préalablement à l'étape de filtration une étape d'addition de deux types de charges solides, chaque type de charge étant constitué de particules ayant une granulométrie moyenne homogène, distincte de celle des particules constituant l'autre type de charge, afin de former une matrice incompressible de filtration à fort pouvoir drainant lors de l'étape de filtration.
2. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel un premier type de charges solides forme une fraction grossière des charges, constituée par des particules solides ayant un diamètre moyen supérieur à celui des particules solides formant le second type de charges, laquelle fraction grossière est destinée à former un réseau poreux incompressible de la matrice de filtration.
3. Le procédé selon la revendication 2, dans lequel le second type de charges forme une fraction fine des charges, laquelle fraction fine est apte à adsorber les particules de matière sèche des boues d'épuration.
4. Le procédé selon la revendication 3, dans lequel la fraction fine et la fraction grossière sont constituées de particules de carbonate de calcium.
5. Le procédé selon la revendication 3, dans lequel la fraction fine et la fraction grossière sont constituées de particules de sable.
6. Le procédé selon la revendication 3, dans lequel la fraction fine est constituée de particules de carbonate de calcium et la fraction grossière de sable.
7. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape d'addition des charges solides est réalisée sous forte agitation afin d'assurer une bonne dispersion des charges dans la boue.
8. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape d'addition des charges solides est suivie d'une étape de floculation avant de procéder à l'étape de séparation solide/liquide.
9. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'étape de séparation solide/liquide est une filtration sous pression.
10. Le procédé selon la revendication 9, dans lequel la filtration sous pression est réalisée dans un filtre-presse comportant une grille cylindrique métallique formant le filtre-presse et muni d'une vessie étanche disposée le long de l'axe longitudinal central de la grille cylindrique métallique, la vessie étant mise en action par la pression d'un fluide.
11. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'étape de séparation solide/liquide par filtration est suivie d'une étape de séchage et de désagrégation des gâteaux de filtration obtenus à l'étape de filtration.
12. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 7 à 10, dans lequel la fraction fine est constituée de particules de sciure et la fraction grossière est constituée de sable.
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