EP1554223A1 - Procede de traitement de boues - Google Patents

Procede de traitement de boues

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Publication number
EP1554223A1
EP1554223A1 EP03808733A EP03808733A EP1554223A1 EP 1554223 A1 EP1554223 A1 EP 1554223A1 EP 03808733 A EP03808733 A EP 03808733A EP 03808733 A EP03808733 A EP 03808733A EP 1554223 A1 EP1554223 A1 EP 1554223A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mud
sludge
foam
drying
density
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03808733A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
René Derie
Guy Depelsenaire
Ange Nzihou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Solvay SA
Original Assignee
Solvay SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Solvay SA filed Critical Solvay SA
Publication of EP1554223A1 publication Critical patent/EP1554223A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/54—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using organic material
    • C02F1/542—Phosphorus compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/008—Sludge treatment by fixation or solidification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/06—Treatment of sludge; Devices therefor by oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/16—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening using drying or composting beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/01—Density
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/40—Valorisation of by-products of wastewater, sewage or sludge processing

Definitions

  • the invention relates to a method for treating sludge, in particular contaminated with heavy metals and organic matter, for example those coming from sediments from the cleaning of waterways or from polluted soils.
  • sludge in particular contaminated with heavy metals and organic matter
  • the problems posed by the ever increasing quantities of sludge to be evacuated, treated and stored are well known. These muds are of multiple origins. They come, for example, from water treatment plants, dredging or cleaning of rivers or from various industries and can contribute to soil contamination. The case of sediments from the cleaning of waterways is particularly worrying given the quantities involved and their contamination by pollutants such as heavy metals and organic matter. A significant proportion of the waterways of northern Europe are currently obstructed by mud which obstruct the movement of boats. The economic and environmental consequences, direct or indirect, are very significant. It is also well known that this worrying situation of the navigable network is mainly due to the disadvantages of current solutions for the treatment and storage of contaminated sludge.
  • the invention aims to provide a method for the treatment of sludge which is more economical than the aforementioned known method and which quickly transforms the sludge into products having sufficient mechanical strength to be easy to handle, for example by site tools (excavators, bulldozers, ).
  • the invention relates to a sludge treatment method successively comprising a step of foaming the mud under controlled conditions, making it possible to obtain a foam having a density of less than 90% of that of the mud, and a step of foam drying.
  • Mud is understood to mean any aqueous substance containing suspended solids. It can be of natural origin or result from the addition of water to a pulverulent solid substance, obtained for example by grinding.
  • the mud is of natural origin, it advantageously contains silts, vases and mineral matter in suspension (sand or even gravel). Sludge from the cleaning of waterways or polluted soils are examples of natural sludge to which the invention applies.
  • the sludges resulting from the addition of water to incineration ashes or to automobile grinding residues are examples of artificial sludges to which the invention applies.
  • the width of the particle size distribution of the particles suspended in the mud can be very large, for example from less than 1 micron to several hundred microns, or even several millimeters.
  • Sludge often contains a high content of very fine particles. Frequently, 10% of the weight of the dried mud consists of particles having a diameter less than 5 microns, while the content of particles having a diameter greater than 500 microns can reach several percent.
  • the granulometry histograms of certain sludges have the particularity of being multimodal, that is to say that they have several peaks.
  • the sludges having a dryness of less than 70% at the time of foaming are very suitable, the dryness being defined as the percentage by weight of dry matter contained in the sludge.
  • the dryness of a sample is determined by calculating the ratio between the weights of the sample after and before a stay of 4 hours in an oven maintained at 100 ° C. Drynesses below 30% or in some cases 40% are preferably to be avoided.
  • foaming of the mud is carried out, after which the mud is in the form of a foam (foam means, for a given starting product, a state of this product having a density less than that of the starting product).
  • foam means, for a given starting product, a state of this product having a density less than that of the starting product.
  • This essential characteristic of the invention makes it possible to facilitate the subsequent handling of the mud.
  • the inventors have observed that after a storage period typically varying from 2 to 7 days, preferably from 4 to 6 days, during which the mud, initially in the foam state, is left to stand at temperatures usual external (but avoiding frost), its consistency is close to that of a solid body.
  • the mud can be easily handled by construction equipment such as excavators or bulldozers while still containing a lot of water (typically up to 40% by weight).
  • the density of the foam must be less than 90% of that of the mud before treatment. Values less than 85%, for example less than 80%, preferably less than 75%, are advantageous. It is preferred that the density does not drop below 50%. Values between 55 and 65% are particularly suitable.
  • the foaming of the mud can be carried out by any known foaming technique adapted to the mud to be treated. Foaming can in particular be obtained chemically by the addition of reagents causing in situ gas evolution. In a preferred embodiment, the reaction of an acid such as hydrochloric, sulfuric or phosphoric acid with, for example, a carbonate is used to obtain the evolution of gas.
  • the intensity of the agitation is chosen according to the particular conditions of use of the process according to the invention. It is advantageous that the mechanical agitation is not too intense.
  • the use of mixing screws is generally to be avoided since they most often prevent the formation of foam.
  • the use of tabular reactors which are segments of tubes with or without static mixers, is recommended. They are advantageously sized so as to obtain a residence time of between 2 and 10 seconds.
  • the mechanical stirring is regulated so as to promote the foaming according to the invention.
  • the reagent causing foaming is added to the mud upstream of its passage through a pump, which will cause the desired mechanical agitation.
  • the use of static mixers can also be advantageous to obtain the optimum mechanical stirring intensity.
  • the method comprises phosphating the mud preferably before foaming. It has been observed that the phosphating of the mud combined with its foaming makes it possible to obtain a waste in which toxic compounds present in the mud are inert and therefore, when the waste is stored, these toxic compounds do not contaminate the environment. of the storage location.
  • This embodiment is particularly advantageous when the treated sludge contains heavy metals.
  • the term heavy metals is intended to denote metals whose specific mass is at least 5 g / cm, as well as beryllium, arsenic, selenium, and antimony, in accordance with the generally accepted definition (Heavy Metals in Wastewater and Sludge Treatment Processes; Nol I, CRC Press Inc; 1987; page 2).
  • the inert sludges can also contain metallic aluminum.
  • the phosphating is carried out by addition to the phosphoric acid mud.
  • foaming and inerting can be obtained concomitantly, in particular for sludge from the dredging of waterways and for sludge resulting from the addition of water to automobile grinding residues.
  • the quantity of phosphoric acid to be used depends on the precise composition of the sludge to be treated and in particular on the content of heavy metals.
  • the mud is dried by techniques related to composting.
  • the term "dried mud" denotes the product obtained after drying the foam. This product is no longer necessarily in the foam state, since the foam tends to densify during its drying. Composting is a well-known treatment technique for fermentable waste (susceptible to fermentation) such as green waste.
  • drying will always mean drying by techniques related to composting. During drying, the mud is stored for a period long enough for the water to be able to evacuate spontaneously, under the action of gravity. A drying period longer than 24 hours is necessary. It is preferred that the drying lasts at least 48 hours. Drying for more than a month appeared unnecessary. In practice, drying times between one and two weeks are suitable.
  • the drying of the mud is easier and more efficient.
  • the improved consistency of the mud allows its mass handling by common construction equipment and in particular allows to return it during composting! This allows the desired dryness to be reached more quickly.
  • the drying is carried out under conditions such that after 12 days of drying, the dried mud reaches a dryness exceeding 65%, preferably 70%. Drying can be done directly on the floor.
  • the foam is placed on a layer of sand.
  • the layer of sand is itself placed on a waterproof membrane, in order to avoid contamination of the soil by heavy metals and to allow water recovery. from phosphate mud during composting.
  • Plastic membranes for example polyethylene or PVC, are very suitable. Drying can be done in the open air, outside, without protecting against the action of rain and full temperature variations, provided that it remains above 0 ° C. It is nevertheless preferable to use a confined drying system, such as a composting tunnel.
  • composting tunnels are well known in the field of industrial treatment of organic waste susceptible to fermentation.
  • the composting tunnel is advantageously equipped with air circulation systems and systems for collecting and treating the gases emitted, such as hydrogen sulfide.
  • the hydrogen sulphide is preferably recovered and for example treated on a biofilter or reinjected during a possible calcination. It is preferred that the composting tunnel include a layer of sand disposed on a waterproof membrane.
  • the dried mud is calcined.
  • the organic matter can be in the liquid state or in the solid state in the mud. They may for example include apolar hydrocarbons, aliphatic or aromatic hydrocarbons (mono- or polycyclic) and halogenated solvents. Calcination is intended to destroy these organic materials.
  • Calcination is generally carried out at a temperature above 450 ° C, so that the organic materials are sufficiently destroyed. Excessive temperature should be avoided, which would vaporize some of the heavy metals.
  • the calcination temperature is less than 1000 ° C. In a preferred variant of the process according to the invention, the calcination temperature is greater than 500 ° C and less than 800 ° C. In order to destroy organic materials particularly well and volatilize as little as possible heavy metals, it is especially advantageous for the calcination temperature to be between 550 ° C. and 750 ° C. It has been observed that, advantageously, the calcination is carried out under a controlled atmosphere.
  • this atmosphere is oxidizing.
  • This variant facilitates the setting of any subsequent mortar, as described below.
  • ambient air can be used, for example. It must then be ensured that sufficient air is available in the oven.
  • the atmosphere is reducing.
  • This embodiment is particularly advantageous in that it inhibits the formation of NI chromium.
  • the duration of the calcination depends on the composition of the sludge to be treated and the arrangement of the material in the calcination furnace. It must also be sufficient to destroy organic matter and, when the mud has been phosphated, produce enough pyrophosphate.
  • the product resulting from the calcination step is mixed with water and then subjected to setting and hardening.
  • a reducing additive is preferably incorporated into the mixing water.
  • this additive can be selected from iron, manganese, iron compounds (LI), manganese compounds (LI) and the reducing salts of alkali metals. Sodium sulfite is preferred.
  • the reducing agent is advantageously added in an amount by weight of between 0.1 and 1% of the weight of dry matter contained in the mud.
  • a hydraulic binder When a hydraulic binder is necessary to ensure setting and hardening, its precise constitution is not very critical. It is commonly made of Portland cement. Pozzolanic materials such as coal combustion ash may also be suitable. It is necessary to add, when mixing the hydraulic binder with the calcination product intended to form a mortar, a sufficient quantity of mixing water to obtain a plastic paste.
  • the quantity of hydraulic binder to be used depends on various parameters, in particular the hydraulic binder selected, the composition of the sludge and the properties sought for the final product of the treatment process according to the invention, in particular its mechanical strength. In practice, it is often recommended to use an amount by weight of binder greater than 1% of the weight of the calcination ash. According to the invention, it is desirable that the weight of the hydraulic binder is less than 50% and preferably does not exceed 30%. In an advantageous variant of the method according to the invention, a weight quantity of hydraulic binder greater than 2% and less than 20% of the product of the calcination is used.
  • the shape of the solid mass obtained after hardening which can last several days, is that in which the mortar was shaped. It can for example include briquettes or spherical or prismatic blocks. It is compact, substantially free of gaseous inclusions and therefore has good mechanical properties, in particular sufficient hardness and impact resistance to allow its handling and storage without difficulties.
  • the solid and compact mass obtained at the end of hardening complies with the toxicity standards for leachate extracted according to strict procedures such as those defined by the "TL" or "NEN" standards.
  • the French triple Hxiviation “TL” test is described in French standard XPX 31 - 210.
  • the test protocol consists in grinding the material so that it can pass it through a 4mm sieve. This ground material is subjected to a triple hxiviation with demineralized water, in a water / solid ratio equal to 10, with constant stirring. At the end of each xiviation, the content of the heavy metal washing liquid in the powder subjected to the test is measured.
  • the Dutch “NEN” test consists in finely grinding the sample (under 125 ⁇ m) and adding water to it in a water: solid ratio of 50. It is then kept for three hours at pH 7, then also three hours at pH 4 (which is the minimum pH for rainwater). The pH is adjusted continuously using an IN solution of nitric acid (non-complexing acid). The content of heavy metals in the liquid phase is then determined by analysis.
  • the method of the invention may for example apply: "the sludge from the decanting water wastewater from industrial or urban, • sludge from soil decontamination such as that of certain industrial sites;
  • the invention is especially suitable for sludge made up of sediments from the cleaning of waterways.
  • FIG. 1 illustrates the comparative evolution of the dryness of a sludge during storage at 25 ° C., depending on whether or not it has been subjected to foaming according to the invention.
  • Example 1 (according to the invention)
  • Example 1 samples of a waterway dredging sludge were processed.
  • the weight composition of the mud in its main pollutants is given in Table 1 below. :
  • the mud has a density of 1.54 kg / dm 3 .
  • 5% by weight of dry matter was added to the slurry of 85% phosphoric acid.
  • the resulting mixture was introduced into a tabular reactor, at the outlet of which the mixture was in the form of a foam having a density of between 0.8 and 0.9.
  • the foam was then placed in cylindrical containers with a diameter of 10 cm and a depth of about 1 cm.
  • the containers were placed in an air stream having a temperature of 25 ° C and a speed of 1.5m / s. for 100 hours, the period during which the samples were weighed continuously.
  • the dryness values were deducted from the weighings. The results are shown in Figure 1.
  • Example 2 (not according to the invention)
  • Example 2 the procedure was as in Example 1 except that the mud was not supplemented with phosphoric acid.
  • the dryness values over time are shown in Figure 1.
  • Example 3 (according to the invention)
  • Example 3 samples of a sludge taken from a dredging sludge spreading site were treated.
  • the weight composition of the mud in its main pollutants is shown in Table 2 below. :
  • the mud has a density of 1.67 kg / dm 3 .
  • 2.5% (by weight of dry matter) of phosphoric acid was added to the slurry.
  • the phosphate slurry was then pumped by means of a peristaltic pump and introduced into transparent columns having a height of 1220 mm and a diameter of 100mm.
  • the columns were closed at their lower base by a lattice of 1mm openings, covered by a textile.
  • the textile itself was covered with a layer of sand (thickness about 1cm).
  • the density of the mud which was in the form of a foam, was then deduced from measurements of the height of the foam in the column and its weight. A value of 1.4 kg / dm 3 was obtained. At this time the dryness was worth 50%.
  • After 4 days of storage in the column at a temperature of 30 ° C, the density increased to 1.7 kg / dm 3 and the dryness was 52.9%.
  • Example 4 the procedure was as in Example 3 except that the mud was neither foamed nor phosphated. When it was introduced into the columns, the mud was not in the form of foam and its density was 1.67 kg / dm 3 .
  • Table 4 The comparison of Tables 3 and 4 illustrates the inerting of the heavy metals obtained.
  • Example 5 (according to the invention)
  • Example 5 the procedure was as in Example 3 except that the mud was added with 7.2% of 85% phosphoric acid. After its introduction into the columns, the density of the foam was 1.01 kg / dm 3, ie approximately 70% of the density of the sludge before phosphating and its dryness 50%. After 6 days of storage in the columns, the density increased to 1.4 kg / dm 3 . At this time its dryness was worth 59.4%. The foam was then transferred to baskets and then reintroduced into the columns. After this manipulation, which simulates the turning of the mud, the mud was still stored ⁇ days. At the end of these, the dryness was worth 71.2%.

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Abstract

Procédé de traitement d'une boue contenant des métaux lourds et des matières organiques selon lequel on provoque le moussage de la boue et on la sèche.

Description

Procédé de traitement de boues
L'invention concerne un procédé de traitement de boues, en particulier contaminées par des métaux lourds et des matières organiques, par exemple celles provenant de sédiments de curage de voies navigables ou de sols pollués. Les problèmes posés par les quantités sans cesse grandissantes de boues à évacuer, traiter et stocker sont bien connus. Ces boues sont d'origines multiples. Elles proviennent par exemple de stations d'épuration d'eau, du dragage ou curage des cours d'eau ou d'industries diverses et peuvent contribuer à la contamination de sols. Le cas des sédiments de curage des voies navigables est particulièrement préoccupant vu les quantités concernées et leur contamination par des polluants tels que des métaux lourds et des matières organiques. Une proportion importante des voies navigables du nord de l'Europe est actuellement obstruée par des boues qui y gênent la circulation des bateaux. Les conséquences économiques et environnementales, directes ou indirectes, en sont très importantes. Il est d'autre part notoire que cette situation préoccupante du réseau navigable est principalement due aux inconvénients des solutions actuelles pour le traitement et le stockage de boues contaminées.
En effet, un moyen commode d'évacuer les boues consiste à les rejeter par bateau en mer ou à les acheminer au moyen de pipelines dans des décharges (lagunes de décantation). Toutefois, lorsque les boues sont contaminées par des métaux lourds ou des matières organiques dangereuses (ce qui est généralement le cas avec les sédiments provenant du curage des voies navigables), ce moyen est évidemment inacceptable. Avant de pouvoir être stockées, les boues doivent en effet être traitées, afin de satisfaire aux tests de non toxicité. A cet effet, afin de faciliter la manipulation et le stockage des boues, il est important de pouvoir les sécher de manière efficace et économique.
Pour traiter de grandes quantités de boues, il est connu de les mélanger à de l'acide phosphorique et de soumettre le mélange à une calcination, afin d'inerter les métaux lourds contenus dans la boue et de détruire les matières organiques (SOLVAY FR 2815338). Toutefois, l'exploitation de ce procédé connu présente l'inconvénient d'être relativement coûteuse, notamment à cause de la consommation d'énergie qu'elle entraîne pour sécher la boue lors de sa calcination. D'autre part, l'état liquide de la boue phosphatée est apparu être une difficulté lors de certaines manipulations.
L'invention vise à fournir un procédé pour le traitement de boues qui soit plus économique que le procédé connu susmentionné et qui transforme rapidement les boues en produits ayant une tenue mécanique suffisante pour être manipulables aisément, par exemple par des outils de chantiers (pelleteuses, bulldozers,...).
En conséquence, l'invention concerne un procédé de traitement de boue comprenant successivement une étape de moussage de la boue dans des conditions contrôlées, permettant d'obtenir une mousse ayant une densité inférieure à 90% de celle de la boue, et une étape de séchage de la mousse.
On entend désigner par boue, toute substance aqueuse contenant des matières solides en suspension. Elle peut être d'origine naturelle ou résulter de l'ajout d'eau à une substance solide pulvérulente, obtenue par exemple par broyage. Lorsque la boue est d'origine naturelle, elle contient de manière avantageuse des limons, des vases et des matières minérales en suspension (sables voire gravillons). Les boues provenant du curage des voies navigables ou de sols pollués constituent des exemples de boues naturelles auxquelles l'invention s'applique. D'autre part, les boues résultant de l'ajout d'eau à des cendres d'incinération ou à des résidus de broyage d'automobile sont des exemples de boues artificielles auxquelles l'invention s'applique. La largeur de la distribution granulométrique des particules en suspension dans la boue peut être très importante, par exemple de moins de 1 micron à plusieurs centaines de microns, voire plusieurs millimètres. Les boues contiennent souvent une teneur élevée en très fines particules. Il est fréquent que 10% du poids de la boue séchée soit constitué de particules ayant un diamètre inférieur à 5 microns, tandis que le contenu en particules ayant un diamètre supérieur à 500 microns peut atteindre plusieurs pour-cent. D'autre part, les histogrammes de granulométrie de certaines boues ont la particularité d'être multimodaux, c'est à dire qu'ils présentent plusieurs pics.
Pour le procédé selon l'invention, les boues ayant des siccités inférieures à 70% au moment du moussage conviennent bien, la siccité étant définie comme le pourcentage en poids de matières sèches contenues dans la boue. Dans cette description la siccité d'un échantillon est déterminée en calculant le rapport entre les poids de l'échantillon après et avant un séjour de 4 heures dans une étuve maintenue à 100 °C. Des siccités inférieures à 30% ou dans certains cas 40%, sont de préférence à éviter.
Selon l'invention, on effectue un moussage de la boue, à la suite duquel la boue se présente sous forme d'une mousse (on entend par mousse, pour un produit de départ donné, un état de ce produit ayant une densité inférieure à celle du produit de départ). Cette caractéristique essentielle de l'invention permet de faciliter la manipulation ultérieure de la boue. En effet, les inventeurs ont observé qu'après une période de stockage variant typiquement de 2 à 7 jours, de préférence de 4 à 6 jours, durant laquelle la boue, initialement à l'état de mousse, est laissée au repos à des températures extérieures usuelles (mais évitant le gel), sa consistance se rapproche de celle d'un corps solide. A ce moment, la boue peut être facilement manipulée par des engins de chantier tels que pelleteuses ou bulldozers tout en contenant encore beaucoup d'eau (typiquement jusqu'à 40 % en poids). Des mousses de densité faible sont apparues donner lieu aux meilleures consistances. La densité de la mousse doit être inférieure à 90% de celle de la boue avant traitement. Des valeurs inférieures à 85%, par exemple inférieures à 80%, de préférence inférieures à 75%, sont avantageuses. On préfère que la densité ne descende pas en dessous de 50%. Des valeurs comprises entre 55 et 65% conviennent particulièrement bien. Le moussage de la boue peut être effectué par toute technique de moussage connue adaptée à la boue à traiter. Le moussage peut notamment être obtenu par voie chimique par l'ajout de réactifs provoquant in situ un dégagement gazeux. On utilise dans un mode d'exécution préféré la réaction d'un acide tel que l'acide chlorhydrique, sulfurique ou phosphorique avec par exemple un carbonate pour obtenir le dégagement gazeux. On a observé qu'un dégagement gazeux d'H2S lors de la phosphatation améliore le moussage des boues. L'addition ou la présence de tensioactifs, qui stabilisent la mousse est également favorable. A cet égard, on a observé que certains acides humiques présents dans les boues issues du curage de voies navigables ont un effet favorable sur le moussage, probablement dû à leur caractère tensioactif. En fonction de la boue traitée il conviendra cependant éventuellement d'ajouter certains tensioactifs pour obtenir une mousse ayant une densité selon l'invention. La sélection du tensioactif le plus approprié et de la quantité à mettre en œuvre se fera au cas par cas, de manière connue en soi. D'autre part, on préfère que la boue soit soumise à une agitation mécanique, pour faciliter le moussage. L'intensité de l'agitation est choisie en fonction des conditions particulières d'utilisation du procédé selon l'invention. Il est avantageux que l'agitation mécanique ne soit pas trop intense. Le recours à des vis mélangeuses est en général à éviter car elles empêchent le plus souvent la formation de la mousse. L'utilisation de réacteurs tabulaires, qui sont des segments de tubes munis ou non de mélangeurs statiques, est recommandée. On les dimensionnera avantageusement de manière à y obtenir un temps de séjour compris entre 2 et 10 secondes. Dans chaque cas, l'agitation mécanique est réglée de manière à favoriser le moussage selon l'invention. Dans certains cas, il est préférable que le réactif provoquant le moussage soit additionné à la boue en amont de son passage au travers d'une pompe, laquelle provoquera l'agitation mécanique recherchée. Le recours à des mélangeurs statiques peut également être avantageux pour obtenir l'intensité d'agitation mécanique optimum.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le procédé comprend une phosphatation de la boue de préférence avant le moussage. On a observé que la phosphatation de la boue combinée avec son moussage permet d'obtenir un déchet dans lequel des composés toxiques présents dans la boue sont inertes et de ce fait, lorsque le déchet est stocké, ces composés toxiques ne contaminent pas l'environnement du lieu de stockage. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque la boue traitée contient des métaux lourds. On entend désigner par métaux lourds, les métaux dont la masse spécifique est au moins égale à 5g/cm , ainsi que le béryllium, l'arsenic, le sélénium, et l'antimoine, conformément à la définition généralement admise (Heavy Metals in Wastewater and Sludge Treatment Processes ;Nol I, CRC Press Inc; 1987; page 2). Le plomb en est un exemple particulièrement significatif, étant donné son influence néfaste sur l'organisme humain. Dans ce mode de réalisation, les boues inertées peuvent également contenir de l'aluminium métallique. De préférence, la phosphatation est réalisée par addition à la boue d'acide phosphorique. Dans ce cas, le moussage et l'inertage peuvent être obtenus de manière concomitante, en particulier pour des boues issues du dragage de voies navigables et pour des boues résultant de l'ajout d'eau à des résidus de broyage automobile. La quantité d'acide phosphorique à mettre en œuvre dépend de la composition précise de la boue à traiter et notamment de la teneur en métaux lourds. En pratique, une quantité pondérale d'au moins 1% (de préférence 2%) par rapport au poids de matière sèche est à mettre en œuvre, ϋ est préférable que la quantité d'acide phosphorique soit inférieure à 15%. Des quantités comprises entre 2 et 6% conviennent en général bien. Selon une variante avantageuse de l'invention, la boue est séchée par des techniques apparentées au compostage. Dans la suite de la description, on désigne par « boue séchée » le produit obtenu à l'issue du séchage de la mousse. Ce produit n'est plus nécessairement à l'état de mousse, car la mousse a tendance à se densifier au cours de son séchage. Le compostage est une technique de traitement bien connue des déchets fermentescibles (susceptibles de fermentation) tels que des déchets verts. Elle consiste essentiellement à stocker le déchet pendant une longue durée au contact de l'air, à température ambiante extérieure, pour permettre la dégradation de matières organiques contenues dans le déchet et l'élimination par percolation du liquide qu'il contient. L'utilisati on,' selon ce mode de réalisation de l'invention, des techniques apparentées au compostage pour sécher des boues moussées contenant des matières organiques - même non fermentescibles- et des métaux lourds permet d'atteindre de manière surprenante des siccités importantes de manière très économique. La consommation d'énergie lors de la calcination ultérieure éventuelle de la boue est de ce fait réduite. Le séchage de la boue moussée par des techniques apparentées au compostage permet même de supprimer l'étape de calcination lorsque la dégradation des matières organiques qui est obtenue est suffisante.
Dans la suite de la description, par « séchage » on entendra toujours un séchage par des techniques apparentées au compostage. Au cours du séchage, la boue est entreposée pendant une période suffisamment longue pour que l'eau puisse s'évacuer spontanément, sous l'action de la gravité. Une période de séchage supérieure à 24 heures est nécessaire. On préfère que le séchage dure au moins 48 heures. Un séchage pendant plus d'un mois est apparu inutile. En pratique, des durées de séchage comprises entre une et deux semaines conviennent bien.
Comme exposé ci-dessus, lorsque, selon l'invention, la boue se présente sous la forme d'une mousse, le séchage de la boue est plus aisé et plus efficace. En effet, la consistance améliorée de la boue permet sa manipulation de masse par des engins de chantier courants et notamment permet de la retourner pendant le compostage! Cela permet d'atteindre plus rapidement les siccités souhaitées.
Selon une variante recommandée de ce mode de réalisation, le séchage est réalisé dans des conditions telles qu'après 12 jours de séchage, la boue séchée atteigne une siccité dépassant 65%, de préférence 70%. Le séchage peut être réalisé directement sur le sol. Cependant, dans un mode d'exécution avantageux du procédé selon l'invention, on dispose la mousse sur une couche de sable.
Selon une variante recommandée de ce mode d'exécution, la couche de sable est elle-même placée sur une membrane imperméable à l'eau, afin d'éviter la contamination du sol par les métaux lourds et de permettre la récupération de l'eau issue de la boue phosphatée pendant le compostage. Des membranes en matière plastique, par exemple du polyéthylène ou du PVC, conviennent bien. Le séchage peut se faire à l'air libre, à l'extérieur, sans se prémunir contre l'action des pluies et les pleines variations de température, à condition que celle-ci reste supérieure à 0°C. Il est néanmoins préférable d'utiliser un système de séchage confiné, tel que tunnel de compostage. De tels tunnels de compostage sont bien connus dans le domaine du traitement industriel de déchets organiques susceptibles de fermentation. Le tunnel de compostage est avantageusement équipé de systèmes de circulation d'air et de systèmes de collecte et traitement des gaz émis, tels que du sulfure d'hydrogène. Le sulfure d'hydrogène est de préférence récupéré et par exemple traité sur un biofiltre ou réinjecté lors d'une éventuelle calcination. On préfère que le tunnel de compostage comprenne une couche de sable disposée sur une membrane imperméable à l'eau. Selon un mode d'exécution avantageux de l'invention, notamment lorsque la boue contient beaucoup de matières organiques ou lorsque celles-ci ne sont pas suffisamment décomposées lors du séchage, la boue séchée est calcinée. Les matières organiques peuvent être à l'état liquide ou à l'état solide dans la boue. Elles peuvent par exemple comprendre des hydrocarbures apolaires, des hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques (mono- ou polycycliques) et des solvants halogènes. La calcination est destinée à détruire ces matières organiques. La calcination est généralement réalisée à une température supérieure à 450°C, afin que les matières organiques soient suffisamment détruites. Il convient d'éviter une température excessive, qui aurait pour résultat de vaporiser une partie des métaux lourds. En pratique, la température de calcination est inférieure à 1000°C. Dans une variante préférée du procédé selon l'invention, la température de calcination est supérieure à 500°C et inférieure à 800°C. Afin de détruire particulièrement bien les matières organiques et volatiliser le moins possible de métaux lourds, il est spécialement avantageux que la température de calcination soit comprise entre 550°C et 750°C. On a observé que, de manière avantageuse, la calcination est effectuée sous atmosphère contrôlée.
A cet effet, dans une forme de réalisation particulière du procédé selon l'invention, cette atmosphère est oxydante. Cette variante facilite la prise du mortier éventuel subséquent, tel que décrit ci-dessous. Dans ce cas, on peut utiliser par exemple de l'air ambiant. Il faut alors veiller à ce que de l'air soit disponible en suffisance dans le four.
Dans une autre forme de réalisation particulière, l'atmosphère est réductrice.
Cette forme de réalisation est notamment avantageuse en ce qu'elle inhibe la formation du chrome NI.
La durée de la calcination dépend de la composition de la boue à traiter et de la disposition de la matière dans le four de calcination. Elle doit également être suffisante pour détruire les matières organiques et, lorsque la boue a été phosphatée, produire assez de pyrophosphate. Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, le produit issu de l'étape de calcination est gâché avec de l'eau puis soumis à une prise et un durcissement. Dans ce mode de réalisation, on incorpore de préférence à l'eau de gâchage un additif réducteur. A titre d'exemple, cet additif peut être sélectionné parmi le fer, le manganèse, les composés du fer (LI), les composés du manganèse (LI) et les sels réducteurs des métaux alcalins. Le sulfite de sodium est préféré. L'agent réducteur est avantageusement additionné en une quantité pondérale comprise entre 0,1 et 1 % du poids de matières sèches contenues dans la boue.
Lors de l'étape de calcination, certaines boues, en particulier celles qui sont riches en calcite, donnent lieu à la formation de matériaux pouzzolaniques. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'ajouter un liant hydraulique pour provoquer la prise et le durcissement.
Lorsqu'un liant hydraulique est nécessaire pour assurer la prise et le durcissement, sa constitution précise est peu critique. Il est communément constitué de ciment Portland. Des matériaux pouzzolaniques tels des cendres de combustion de charbon peuvent également convenir. Il faut ajouter, lors du mélange du liant hydraulique avec le produit de la calcination destiné à former un mortier, une quantité d'eau de gâchage suffisante pour obtenir une pâte plastique.
La quantité de liant hydraulique à mettre en œuvre dépend de divers paramètres, en particulier du liant hydraulique sélectionné, de la composition de la boue et des propriétés recherchées pour le produit final du procédé de traitement selon l'invention, notamment sa résistance mécanique. En pratique, on recommande souvent de mettre en œuvre une quantité pondérale de liant supérieure à 1 % du poids des cendres de calcination. Selon l'invention, il est souhaitable que le poids du liant hydraulique soit inférieur à 50% et n'excède pas de préférence 30%. Dans une variante avantageuse du procédé selon l'invention, on met en œuvre une quantité pondérale de liant hydraulique supérieure à 2% et inférieure à 20% du produit de la calcination.
La forme de la masse solide obtenue à l'issue du durcissement, qui peut durer plusieurs jours, est celle sous laquelle le mortier a été façonné. Elle peut comprendre par exemple des briquettes ou des blocs spheriques ou prismatiques. Elle est compacte, sensiblement exempte d'inclusions gazeuses et présente de ce fait de bonnes propriétés mécaniques, notamment une dureté et une résistance aux chocs suffisantes pour permettre sa manutention et son stockage sans difficultés. La masse solide et compacte obtenue à l'issue du durcissement respecte les normes de toxicité sur les lixiviats extraits selon des procédures sévères telles que celles définies par les normes « TL » ou « NEN ».
Le test français de triple Hxiviation « TL » est décrit dans la norme française XPX 31 - 210. Le protocole du test consiste à broyer la matière de manière à pouvoir la passer au travers d'un tamis de 4mm. Cette matière broyée est soumise à une triple hxiviation avec de l'eau déminéralisée, dans un rapport hquide/solide égal à 10, sous agitation constante. A l'issue de chaque hxiviation on mesure la teneur du liquide de lavage en les métaux lourds de la poudre soumise au test.
Le test néerlandais « NEN » consiste, quant à lui, à broyer finement l'échantillon (sous 125μm) et lui ajouter de l'eau dans un rapport eau : solide de 50. Il est alors maintenu trois heures à pH 7, puis également trois heures à pH 4 (ce qui est le pH minimum de l'eau de pluie). L'ajustement du pH se fait en continu à l'aide d'une solution IN d'acide nitrique (acide non complexant). Le contenu de la phase liquide en métaux lourds est alors déterminé par analyse.
Selon le test américain TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procédure), on prend 100g de matière solide, passée au tamis de 9,5mm et on met l'échantillon en contact pendant 18 heures avec 2000 ml de solution à 6g/l CH3COOH + 2,57 g/1 NaOH (pH 4,9). On filtre alors sur fibre de verre à 0,6 - 0,8 μm.
Le procédé selon l'invention peut par exemple s'appliquer : " aux boues issues de la décantation d'eaux'usées d'origine industrielle ou urbaine, • aux boues issues de la décontamination de sols tels que ceux de certains sites industriels ;
1 aux boues provenant de l'ajout d'eau aux résidus de broyage d'automobiles ou aux cendres d'incinération ; " aux sédiments provenant du dragage ou curage de rivières, d'étangs, de puits ou d'égouts, et
• aux sédiments provenant du curage de voies navigables (p. ex. ports, lacs, fleuves, canaux).
L'invention est spécialement adaptée aux boues constituées de sédiments provenant du curage de voies navigables.
La figure 1 illustre l'évolution comparative de la siccité d'une boue au cours d'un stockage à 25°C, selon qu'elle ait été ou non soumise à un moussage selon l'invention.
Les exemples dont la description suit font apparaître l'intérêt de l'invention. Exemple 1 (conforme à l'invention)
Dans l'exemple 1, on a traité des échantillons d'une boue de dragage de voie navigable. La composition pondérale de la boue en ses principaux polluants est reprise au tableau 1 suivant. :
Tableau 1 La boue a une densité de 1,54 kg/dm3. On a additionné à la boue 5% (en poids de matière sèche) d'acide phosphorique à 85%. Le mélange résultant a été introduit dans un réacteur tabulaire, à la sortie duquel le mélange se présentait sous forme d'une mousse ayant une densité comprise entre 0,8 et 0,9. La mousse a ensuite été placée dans des récipients cylindriques ayant un diamètre de 10 cm et une profondeur de 1 cm environ. Les récipients ont été placés dans un courant d'air ayant une température de 25°C et une vitesse de l,5m/s. pendant 100 heures, période au cours de laquelle les échantillons ont été pesés en continu. Les valeurs de siccité ont été déduites des pesées. Les résultats sont repris à la figure 1. Exemple 2 ( non conforme à l'invention)
Dans l'exemple 2, on a procédé comme dans l'exemple 1 sauf que la boue n'a pas été additionnée d'acide phosphorique. Les valeurs de siccité au cours du temps sont reprises à la figure 1.
Une comparaison des résultats des exemples 1 et 2 illustre l'effet du moussage selon l'invention sur l'évolution au cours du temps de la siccité des boues traitées. Exemple 3 (conforme à l'invention)
Dans l'exemple 3, on a traité des échantillons d'une boue prélevée dans un site d'épandage de boues de dragage. La composition pondérale de la boue en ses principaux polluants est reprise au tableau 2 suivant. :
Tableau 2 La boue a une densité de 1,67 kg/dm3. On a additionné à la boue 2,5% (en poids de matière sèche) d'acide phosphorique. La boue phosphatée a ensuite été pompée au moyen d'une pompe péristaltique et introduite dans des colonnes transparentes ayant une hauteur de 1220 mm et un diamètre de 100mm. Les colonnes étaient obturées à leur base inférieure par un treillis d'ouvertures 1mm, couvert par un textile. Le textile était lui-même recouvert d'une couche de sable (épaisseur environ 1cm). La densité de la boue qui se présentait sous la forme d'une mousse, a alors été déduite de mesures de hauteur de la mousse dans la colonne et du poids de celle-ci. On a obtenu une valeur de 1,4 kg/dm3. A ce moment la siccité valait 50%. Après 4 jours de stockage dans la colonne, à une température de 30°C, la densité a augmenté jusque 1,7 kg/dm3 et la siccité valait 52, 9%.
A l'issue du stockage, on a soumis les échantillons au test de hxiviation « TCLP » défini ci-dessus. Les résultats du test sont repris au tableau 3 (en mg/1):
Tableau 3 Exemple 4 (non conforme à l'invention)
Dans l'exemple 4, on a procédé comme dans l'exemple 3 sauf que la boue n'a été ni moussée ni phosphatée. Lors de son introduction dans les colonnes, la boue ne se présentait pas sous la forme de mousse et sa densité valait l,67kg/dm3.
A l'issue du séchage, la boue a été soumise au test TCLP. Les résultats sont repris au tableau 4
Tableau 4 La comparaison des tableaux 3 et 4 illustre l'inertage des métaux lourds obtenu. Exemple 5 (conforme à l'invention)
Dans l'exemple 5 on a procédé comme dans l'exemple 3 sauf que la boue a été additionnée de 7,2% d'acide phosphorique à 85%. Après son introduction dans les colonnes, la densité de la mousse valait 1,01 kg/dm3 soit environ 70% de la densité de la boue avant phosphatation et sa siccité 50%. Après 6jours de stockage dans les colonnes, la densité a augmenté jusque l,4kg/dm3. A ce moment sa siccité valait 59,4%. La mousse a été ensuite transférée dans des raviers puis réintroduite dans les colonnes. Après cette manipulation qui simule le retournement de la boue, la boue a encore été stockée όjours. A l'issue de ceux-ci, la siccité valait 71,2%.

Claims

R E N E N D I C A T I O N S
1. Procédé de traitement de boue comprenant successivement une étape de moussage de la boue dans des conditions contrôlées permettant d'obtenir une mousse ayant une densité inférieure à 90% de celle de la boue et une étape de séchage de la mousse.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité de la mousse est inférieure à 85% de celle de la boue.
3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la densité de la mousse est comprise entre 55 et 65%.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une phosphatation de la boue avant le moussage.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mousse est séchée par des techniques apparentées au compostage.
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, à l'issue de 12 jours de séchage, la boue séchée atteint une siccité dépassant 65%.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le séchage est réalisé dans un tunnel de compostage comprenant une couche de sable disposée sur une membrane imperméable à l'eau.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boue séchée est ensuite calcinée.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la température de calcination est comprise entre 550 et 750°C.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le produit issu de la calcination est ensuite gâché avec de l'eau puis est soumis à une prise et à un durcissement.
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