FR2894248A1

FR2894248A1 - Oxidative destruction device for an insoluble matter of sludge purification, by thermal and ultrasonic coupling, comprises a main reactor having sludge with an air injection unit, and an unit for applying ultrasound to the sludge

Info

Publication number: FR2894248A1
Application number: FR0512317A
Authority: FR
Inventors: Sandrine Cuenin; Christina Valean; Michel Cordier
Original assignee: Degremont SA
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-06-08
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: FR2894248B1

Abstract

The oxidative destruction device for an insoluble matter of sludge purification by thermal and ultrasonic coupling, comprises a main reactor (1) having sludge with an air injection unit (4), an unit (M) for applying ultrasounds to the sludge, a temperature measuring unit (5) for a reactional medium in the reactor, and a regulation unit for comparing a measured temperature value with a recorded temperature value of the reactional medium. The unit (M) is made up of sonication reactor. The oxidative destruction device for an insoluble matter of sludge purification by thermal and ultrasonic coupling, comprises a main reactor (1) having sludge with an air injection unit (4), an unit (M) for applying ultrasounds to the sludge, a temperature measuring unit (5) for a reactional medium in the reactor, and a regulation unit for comparing a measured temperature value with a recorded temperature value of the reactional medium. The unit (M) is made up of sonication reactor. The regulation unit starts the unit (M) when the measured temperature is lower than the recorded temperature, and the unit stops the unit (M) when the measure temperature is at least the recorded temperature. The sonication reactor is laid out on a loop (8) of the main reactor, which reinjects a treated sludge in the main reactor, and on an upstream of the main reactor with an inlet pipe. The sludge flow in the loop is at least to the sludge flow entering in the main reactor through the inlet pipe. The sonication reactor comprises a metallic pipe passed over by the sludge flow. Ultrasound transmitters are diametrically distributed along a pipe. The ultrasounds are emitted by the ultrasound transmitter. The ultrasound transmitter is made up of a sonotrode having a generator with a nozzle whose end is extended against the external surface of the pipe, and a probe having a generator provided with a nozzle, which passes over the wall of the pipe in an invulnerable way. The power ratio of the sonication reactor to the sludge flow is 15 kW/m3>/h. The recorded temperature in the main reactor is higher than 60[deg]C.

Description

DISPOSITIF DE DESTRUCTION OXYDATIVE DE LA MATIERE INSOLUBLE DE BOUE D'DEVICE FOR OXIDATIVE DESTRUCTION OF INSOLUBLE SLUDGE MATERIAL

EPURATION PAR COUPLAGE THERMIQUE ET ULTRASONS. THERMAL COUPLING AND ULTRASOUND.

L'invention est relative à un dispositif de destruction oxydative de la matière insoluble de boue d'épuration par couplage thermique et ultrasons, comportant un réacteur principal dans lequel est amenée la boue, ce réacteur principal étant muni de moyens d'injection d'air dans la boue. Il est connu qu'un des moyens pour réduire la quantité de boues de station d'épuration des eaux résiduelles urbaines (ERU) consiste à placer un réacteur de digestion aérobie thermophile entre une étape d'épaississement des boues et une étape de déshydratation des boues. Le procédé de digestion aérobie thermophile présente l'avantage de la simplicité puisqu'il se résume, en pratique, à une injection d'air dans la boue. Par contre, son rendement en terme de réduction des matières volatiles demande à être amélioré. La difficulté de ce type d'installation de digestion aérobie vient, notamment, de la gestion de l'exploitation du réacteur. En effet, l'introduction de la quantité d'air doit être bien dosée. Il faut suffisamment d'air pour mélanger le milieu afin d'assurer un bon transfert de l'oxygène nécessaire à la réaction exothermique d'oxydation des matières volatiles par les bactéries. Mais il ne faut pas non plus injecter trop d'air dans le réacteur sous peine d'augmenter les pertes thermiques et de diminuer les rendements d'oxydation par la baisse de la température du milieu réactionnel. De plus, les températures des boues en entrée du réacteur de digestion ont une grande influence sur le procédé. En hiver, l'exothermicité de la réaction n'est en général pas suffisante pour réchauffer les boues qui entrent et pour maintenir les conditions thermophiles optimales du réacteur. Pour maintenir la température dans le réacteur en hiver, et assurer un bon rendement de dégradation des matières volatiles, il est nécessaire d' apporter un complément thermique au niveau des parois du réacteur, soit par des résistances électriques, soit par une double enveloppe où peut circuler de l'huile chaude ou de la vapeur d'eau. Cette régulation de température entraîne un surcoût très significatif en exploitation. De plus, l'utilisation de cet apport thermique implique une consommation d'énergie fossile qui ne va pas dans le sens du développement durable. The invention relates to a device for the oxidative destruction of the insoluble material of sewage sludge by thermal coupling and ultrasound, comprising a main reactor into which the sludge is fed, this main reactor being provided with means for injecting air. in the mud. It is known that one of the means for reducing the amount of urban wastewater treatment plant (ERU) sludge is to place a thermophilic aerobic digestion reactor between a sludge thickening step and a sludge dewatering step. . The aerobic thermophilic digestion process has the advantage of simplicity since it boils down, in practice, to an injection of air into the sludge. On the other hand, its performance in terms of reduction of volatile matter needs to be improved. The difficulty of this type of aerobic digestion facility comes, in particular, the management of the operation of the reactor. Indeed, the introduction of the quantity of air must be well dosed. Sufficient air is needed to mix the medium to ensure proper oxygen transfer for the exothermic reaction of volatile matter oxidation by bacteria. But neither should too much air be injected into the reactor under penalty of increasing heat losses and decrease oxidation yields by lowering the temperature of the reaction medium. In addition, the sludge temperatures at the inlet of the digestion reactor have a great influence on the process. In winter, the exothermicity of the reaction is generally not sufficient to warm the incoming sludge and to maintain optimal thermophilic conditions of the reactor. To maintain the temperature in the reactor in winter, and ensure a good degradation performance of volatile materials, it is necessary to provide a thermal complement at the reactor walls, either by electrical resistors, or by a double jacket where can circulate hot oil or water vapor. This temperature regulation results in a very significant extra cost in operation. In addition, the use of this thermal contribution implies a fossil energy consumption that is not in the direction of sustainable development.

L'invention a pour but, surtout, d'accroître le rendement d'élimination des matières insolubles de la digestion aérobie par l'action combinée de l'oxydation naturelle des matières organiques (MO) par des bactéries et par l'action des ultrasons. Selon l'invention, un dispositif de destruction oxydative de matières insolubles de boue d'épuration par couplage thermique et ultrasons, comportant un réacteur principal dans lequel est amenée la boue, ce réacteur principal étant muni de moyens d'injection d'air dans la boue, est caractérisé en ce qu'il comporte : un moyen pour appliquer des ultrasons dans la boue du réacteur principal, - un moyen de mesure de la température du milieu réactionnel du réacteur principal, - et un moyen de régulation comparant la valeur de température mesurée dans le réacteur principal et une valeur de consigne fixée, ce moyen de régulation étant propre à mettre en marche le moyen pour appliquer les ultrasons lorsque la température mesurée est inférieure à la température de consigne, et à arrêter le moyen pour appliquer les ultrasons lorsque la température mesurée est égale ou supérieure à la température de consigne. Le moyen pour appliquer des ultrasons est constitué de préférence par un réacteur de sonication. Le réacteur de sonication peut être disposé sur une boucle de réacteur principal qui réinjecte la boue traitée dans le réacteur principal. Le débit de boue dans la boucle est de préférence inférieur ou égal au débit de boue entrant dans le réacteur principal. Selon une autre possibilité, le réacteur de sonication est disposé en amont du réacteur principal sur la canalisation d'amenée des boues à ce réacteur principal. Le réacteur de sonication comprend une conduite métallique, de préférence en acier inoxydable, traversée par un courant de boue auquel sont appliqués les ultrasons émis par au moins un émetteur d'ultrasons. Généralement plusieurs émetteurs d'ultrasons sont répartis le long de la conduite, en étant de préférence diamétralement opposés par rapport à la conduite. Selon une première possibilité chaque émetteur d'ultrasons est constitué par une sonotrode comportant un générateur d'ultrasons muni d'un nez dont l'extrémité est appliqué contre la surface extérieure de la conduite. Selon une autre possibilité, chaque émetteur d'ultrasons est constitué par une sonde comportant un générateur d'ultrasons muni d'un nez qui traverse de manière étanche la paroi de la conduite et baigne dans le courant de boue. The object of the invention is, above all, to increase the removal efficiency of insoluble materials from aerobic digestion by the combined action of the natural oxidation of organic matter (OM) by bacteria and by the action of ultrasound . According to the invention, a device for the oxidative destruction of insoluble materials of sewage sludge by thermal coupling and ultrasound, comprising a main reactor into which the sludge is fed, this main reactor being provided with means for injecting air into the sludge. sludge, is characterized in that it comprises: a means for applying ultrasound in the sludge of the main reactor, a means for measuring the temperature of the reaction medium of the main reactor, and a regulating means comparing the temperature value. measured in the main reactor and a fixed set value, this regulating means being able to start the means for applying the ultrasound when the measured temperature is lower than the set temperature, and to stop the means for applying the ultrasound when the measured temperature is equal to or greater than the set temperature. The means for applying ultrasound is preferably a sonication reactor. The sonication reactor may be disposed on a main reactor loop which reinjects the treated sludge into the main reactor. The sludge flow rate in the loop is preferably less than or equal to the sludge flow rate entering the main reactor. According to another possibility, the sonication reactor is disposed upstream of the main reactor on the sludge feed line to this main reactor. The sonication reactor comprises a metal pipe, preferably made of stainless steel, through which a stream of sludge is applied to which the ultrasound emitted by at least one ultrasound emitter is applied. Generally several ultrasound emitters are distributed along the pipe, preferably being diametrically opposed to the pipe. According to a first possibility, each ultrasound emitter is constituted by a sonotrode comprising an ultrasound generator provided with a nose whose end is applied against the outer surface of the pipe. According to another possibility, each ultrasound emitter is constituted by a probe comprising an ultrasound generator provided with a nose which passes through the wall of the pipe in a sealed manner and bathes in the mud flow.

La puissance du réacteur de sonication rapportée au débit de boue traversant le réacteur de sonication est avantageusement de l'ordre de 15kW/m3/h. La température de consigne du réacteur principal est choisie supérieure à 50 C, de préférence supérieure à 60 C Le dispositif de destruction de matières insolubles de boue d'épuration par couplage thermique et ultrasons est avantageusement prévu pour une station d'épuration d'eau usée pour 50 000 eqH au plus. Le dispositif de type ultrasonore fait éclater les membranes des cellules des bactéries et permet d'utiliser l'énergie produite par l'implosion des bulles de cavitation pour ajuster la température du réacteur à la valeur optimale supérieure à 50 C et mieux supérieure à 60 C. Selon l'invention, la puissance ultrasonore appliquée à la boue est utilisée : - pour réguler la température du réacteur (utilisation de la puissance thermique générée par l'implosion des microcavités) ; - pour augmenter le rendement de la digestion (utilisation de la puissance mécanique générée par l'implosion des microcavités). L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig.1 est un schéma de principe d'un dispositif de destruction de 25 matières insolubles de boue d'épuration par couplage thermique et ultrasons selon l'invention. Fig.2 est un schéma d'une variante de réalisation du dispositif de Fig.1. Fig.3 est une coupe schématique longitudinale d'un réacteur de 30 sonication. Fig.4 est une coupe schématique longitudinale d'une variante du réacteur de sonication. Fig.5 est une coupe transversale suivant la ligne V-V de Fig.3. Fig.6 est un schéma simplifié d'une installation de traitement de 35 boues comportant un dispositif selon l'invention, et Fig.7 est un graphe donnant les courbes d'hygiénisation en fonction du temps et des températures. The power of the sonication reactor relative to the sludge flow through the sonication reactor is preferably of the order of 15kW / m3 / h. The target temperature of the main reactor is chosen to be greater than 50 ° C., preferably greater than 60 ° C. The device for destroying insoluble materials of sewage sludge by thermal coupling and ultrasound is advantageously provided for a wastewater treatment plant. for 50 000 eqH at the most. The ultrasonic-type device burst the membranes of the cells of the bacteria and makes it possible to use the energy produced by the implosion of the cavitation bubbles to adjust the temperature of the reactor to the optimum value greater than 50 ° C. and better still greater than 60 ° C. According to the invention, the ultrasonic power applied to the sludge is used: to regulate the temperature of the reactor (use of the thermal power generated by the implosion of the microcavities); - to increase the yield of digestion (use of the mechanical power generated by the implosion of microcavities). The invention consists, apart from the arrangements set out above, in a certain number of other arrangements which will be more explicitly discussed below with regard to embodiments described with reference to the accompanying drawings, but which are not in no way limiting. In these drawings: FIG. 1 is a block diagram of a device for destroying insoluble sludge materials by thermal coupling and ultrasound according to the invention. Fig.2 is a diagram of an alternative embodiment of the device of Fig.1. Fig. 3 is a schematic longitudinal section of a sonication reactor. Fig.4 is a schematic longitudinal section of a variant of the sonication reactor. Fig.5 is a cross section along line V-V of Fig.3. Fig. 6 is a schematic diagram of a sludge treatment plant having a device according to the invention, and Fig. 7 is a graph showing the hygienization curves as a function of time and temperatures.

En se reportant à Fig.l des dessins, on peut voir un dispositif de destruction oxydative de matières insolubles de boue d'épuration par couplage thermique et ultrasons, qui comporte un réacteur principal 1 dans lequel la boue est introduite par un conduit d'amenée 2. La boue digérée est extraite suivant un conduit de sortie 3. Le réacteur principal 1 est muni de moyens 4 d'injection d'air dans la boue. Ces moyens 4 peuvent comprendre des tubes perforés disposés dans le fond du réacteur principal pour la distribution d'air sous forme de bulles. Des moyens D sont prévus pour agiter la boue dans le réacteur. Referring to Fig.l of the drawings, there can be seen a device for oxidative destruction of insoluble materials of sewage sludge by thermal coupling and ultrasound, which comprises a main reactor 1 in which the sludge is introduced by a supply conduit 2. The digested sludge is extracted along an outlet pipe 3. The main reactor 1 is provided with means 4 for injecting air into the sludge. These means 4 may comprise perforated tubes arranged in the bottom of the main reactor for the distribution of air in the form of bubbles. D means are provided for stirring the sludge in the reactor.

Le dispositif comporte un moyen M pour appliquer des ultrasons dans la boue du réacteur principal 1. Ce moyen M est avantageusement constitué par un réacteur de sonication se présentant sous forme d'une conduite B sur laquelle sont disposées des sonotrodes S (Fig.3), ou à chicanes créées par des sondes S1 (Fig.4) qui traversent la paroi de la conduite B. Selon la réalisation de Fig.3 le réacteur de sonication M comporte des sonotrodes (émetteurs d'ultrasons) S appliquées contre la paroi extérieure de la conduite B métallique, de préférence en acier inoxydable. Les sonotrodes S sont réparties sur la longueur de la conduite et diamétralement opposés. The device comprises a means M for applying ultrasound in the sludge of the main reactor 1. This means M is advantageously constituted by a sonication reactor in the form of a pipe B on which sonotrodes S are arranged (FIG. or baffled created by probes S1 (Fig.4) which pass through the wall of the pipe B. According to the embodiment of Fig.3 the sonication reactor M comprises sonotrodes (ultrasound emitters) S applied against the outer wall of the metal conduit B, preferably of stainless steel. The sonotrodes S are distributed over the length of the pipe and diametrically opposed.

Chaque sonotrode S comporte un générateur E d'ultrasons et un nez tronconique N. L'extrémité du nez N est munie d'un transducteur T appliqué contre la paroi extérieure de la conduite B pour transmission des ultrasons à la boue qui circule à l'intérieur de B. Une plaque métallique P peut être disposée dans un plan diamétral de la conduite, à égale distance des sonotrodes, pour améliorer l'effet des ultrasons et assurer aussi une protection de la paroi de la conduite. Selon la réalisation de Fig.4 le réacteur de sonication M comporte, comme émetteurs d'ultrasons, des sondes S1. Chaque sonde comporte un générateur El et un nez tronconique NI qui traverse de manière étanche la paroi de la conduite pour baigner dans la boue. Les nez NI, en saillie dans la conduite selon Fig.4, créent des chicanes pour l'écoulement de la boue. Les sondes S1 sont réparties sur la longueur de la conduite et diamétralement opposées. Une plaque métallique diamétrale semblable à P (Fig.3) peut aussi être prévue. Each sonotrode S comprises an ultrasound generator E and a frustoconical nose N. The end of the nose N is provided with a transducer T applied against the outer wall of the pipe B for transmission of ultrasound to the mud which circulates to the B. A metal plate P may be disposed in a diametral plane of the pipe, equidistant from the sonotrodes, to improve the effect of ultrasound and also provide protection of the wall of the pipe. According to the embodiment of FIG. 4, the sonication reactor M comprises, as ultrasound emitters, probes S1. Each probe comprises an El generator and a frustoconical nose NI which sealingly crosses the wall of the pipe to bathe in the mud. Noses NI, projecting into the pipe according to Fig.4, create baffles for the flow of the sludge. The probes S1 are distributed over the length of the pipe and diametrically opposed. A diametrical metal plate similar to P (FIG. 3) can also be provided.

L'énergie électrique fournie par le réacteur de sonication (dispositif à ultrasons) au volume de boue qui le traverse est en général de l'ordre de 15kWh / m3. Cette énergie permet d'augmenter la température de la boue en sortie du réacteur de sonication de 18 C en moyenne pour cette application. Cette augmentation est fonction du rendement du dispositif mis en place, de par sa conception. La puissance du réacteur de sonication M, c'est-à-dire de l'ensemble des sonotrodes S ou des sondes SI d'un réacteur de sonication, dépend du débit de boues entrant dans le réacteur principal 1. Cette puissance est en général d'environ 15 kW pour un débit de 1 m3/h de boue traversant le réacteur de sonication, ce débit de boue étant généralement inférieur ou égal au débit de boue entrant dans le réacteur principal 1. The electrical energy supplied by the sonication reactor (ultrasonic device) to the volume of sludge that passes through it is generally of the order of 15 kWh / m3. This energy makes it possible to increase the temperature of the sludge at the outlet of the sonication reactor by 18 C on average for this application. This increase is a function of the efficiency of the device set up, by design. The power of the sonication reactor M, that is to say of the set of sonotrodes S or probes S1 of a sonication reactor, depends on the flow of sludge entering the main reactor 1. This power is in general about 15 kW for a flow rate of 1 m3 / h of sludge passing through the sonication reactor, this sludge flow being generally less than or equal to the flow rate of sludge entering the main reactor 1.

Un moyen 5 de mesure de la température du milieu réactionnel du réacteur principal 1 est prévu et comprend au moins une sonde de température 6 plongée dans la boue ou, le cas échéant, plusieurs sondes de température réparties dans le réacteur principal 1 pour permettre d'établir une température moyenne. A means 5 for measuring the temperature of the reaction medium of the main reactor 1 is provided and comprises at least one temperature probe 6 immersed in the sludge or, where appropriate, several temperature probes distributed in the main reactor 1 to allow set an average temperature.

Le moyen 5 envoie une information correspondant à la température détectée sur un régulateur 7. Ce régulateur compare la valeur de la température mesurée dans le réacteur principal 1 avec une valeur de consigne fixée. Le régulateur 7 fournit en sortie un signal de commande au réacteur de sonication : lorsque la température du réacteur principal 1 est inférieure à la température de consigne, le régulateur 7 commande la mise en marche du réacteur de sonication M ; lorsque la température du réacteur principal 1 égale ou dépasse la valeur de consigne, le régulateur 7 commande l'arrêt du réacteur de sonication M. La régulation a été présentée de façon simplifiée mais elle peut comporter des moyens classiques prenant en compte les vitesses de variation de la température et autres paramètres pour optimiser la commande. Selon l'exemple de réalisation de Fig.1, le réacteur de sonication M est disposé sur une branche 8 de dérivation du réacteur principal 1. La branche 8 est équipée d'une pompe de circulation 9 prélevant en amont une quantité de boue et la réinjectant dans le réacteur principal 1. Le débit de boue dans la branche 8 est au plus égal au débit Q de boue entrant en 2. Le débit dans la branche 8 est généralement supérieur à 0.5Q. La branche 8 est formée par une conduite métallique, avantageusement en acier inoxydable. Selon une variante illustrée sur Fig.2, le réacteur de sonication M est disposé en amont du réacteur principal 1 sur la conduite d'amenée 2, qui est 35 métallique, avantageusement en acier inoxydable. The means 5 sends an information corresponding to the temperature detected on a regulator 7. This regulator compares the value of the temperature measured in the main reactor 1 with a fixed setpoint value. The regulator 7 outputs a control signal to the sonication reactor: when the temperature of the main reactor 1 is lower than the set temperature, the regulator 7 controls the start of the sonication reactor M; when the temperature of the main reactor 1 reaches or exceeds the setpoint, the regulator 7 controls the shutdown of the sonication reactor M. The regulation has been presented in a simplified manner but it may comprise conventional means taking into account the speed of variation temperature and other parameters to optimize control. According to the embodiment of FIG. 1, the sonication reactor M is disposed on a bypass branch 8 of the main reactor 1. The branch 8 is equipped with a circulation pump 9 taking upstream a quantity of sludge and the re-injected into the main reactor 1. The sludge flow in the branch 8 is at most equal to the flow rate Q of sludge entering in 2. The flow rate in the branch 8 is generally greater than 0.5Q. The branch 8 is formed by a metal conduit, preferably stainless steel. According to a variant illustrated in FIG. 2, the sonication reactor M is disposed upstream of the main reactor 1 on the supply line 2, which is metallic, advantageously made of stainless steel.

Le dispositif de l'invention convient plus particulièrement pour des stations d'épuration d'eau usée destinées à des collectivités au plus égales à environ 50000 eqH (équivalents habitants). Le fonctionnement du dispositif est expliqué avec référence à Fig.6 illustrant schématiquement une station d'épuration d'eau usée pour 50000 eqH. Le traitement de l'eau usée est réalisé selon un schéma classique d'aération prolongée (non représentée) suivie d'une clarification (non représentée) et d'un épaississement dans un épaississeur 11. Les boues sortant de l'épaississeur 11 sont ensuite envoyées dans le réacteur principal 1 selon l'invention. La température de consigne choisie pour le réacteur principal 1 est supérieure à 50 C et de préférence supérieure à 60 C. Lorsque la température de la boue dans le réacteur principal 1 mesurée par le moyen 5 est inférieure à la température de consigne, le régulateur 7 met en action le réacteur de sonication M pour faire monter la température dans le réacteur principal 1. Les ultrasons font éclater les membranes des cellules des bactéries. L'énergie produite par l'implosion des bulles de cavitation est utilisée pour ajuster la température du réacteur à la valeur de consigne. The device of the invention is more particularly suitable for wastewater treatment plants intended for communities at most equal to about 50000 eqH (equivalent inhabitants). The operation of the device is explained with reference to Fig.6 schematically illustrating a wastewater treatment plant for 50000 eqH. The treatment of the wastewater is carried out according to a conventional prolonged aeration scheme (not shown) followed by a clarification (not shown) and a thickening in a thickener 11. The sludge leaving the thickener 11 is then sent to the main reactor 1 according to the invention. The set temperature chosen for the main reactor 1 is greater than 50 ° C. and preferably greater than 60 ° C. When the temperature of the sludge in the main reactor 1 measured by means 5 is lower than the set temperature, the regulator 7 activates the sonication reactor M to raise the temperature in the main reactor 1. The ultrasounds burst the cell membranes of the bacteria. The energy produced by the implosion of cavitation bubbles is used to adjust the reactor temperature to the setpoint.

On rappelle que les ultrasons sont des ondes élastiques dont la fréquence est comprise entre environ 15 kHz et quelques centaines de mégahertz. Les ultrasons possèdent généralement toutes les propriétés des ondes élastiques (ondes de pression ou ondes vibratoires selon le milieu de propagation). It is recalled that ultrasounds are elastic waves whose frequency is between about 15 kHz and a few hundred megahertz. Ultrasound generally has all the properties of elastic waves (pressure waves or vibratory waves depending on the propagation medium).

L'action des ultrasons dans les milieux liquides repose sur le phénomène de cavitation : création, croissance et implosion de bulles formées lorsqu'un liquide est soumis à une onde de pression périodique. Les bulles de cavitation constituent des microréacteurs chimiques dans lesquels sont atteintes des températures et des pressions très élevées. The action of ultrasound in liquid media is based on the phenomenon of cavitation: creation, growth and implosion of bubbles formed when a liquid is subjected to a periodic pressure wave. Cavitation bubbles are chemical microreactors in which very high temperatures and pressures are reached.

Si, durant leur évolution, les bulles de cavitation rencontrent une surface solide, elles implosent sur cette surface en formant des microjets de liquide très violents (à vitesse de 100 m/s) qui décapent la surface solide. L'avantage de l'utilisation du réacteur de sonication M est en fait double. En effet, la cavitation est produite par l'émission des ultrasons dans la boue liquide ce qui crée des zones alternativement comprimées et dilatées. Lorsque les ondes ultrasons sont suffisamment intenses, elles provoquent dans les zones dilatées une pression locale inférieure à la pression ambiante créant des microcavités dont le diamètre peut atteindre 100 micromètres. Quand la pression redevient positive, ces cavités implosent en moins d'une microseconde, induisant localement une température très élevée, pouvant atteindre plusieurs milliers de degrés C, et une onde de pression très forte, pouvant atteindre plusieurs milliers de fois la pression atmosphérique. L'implosion de ces microcavités provoque une augmentation significative de la température moyenne de la boue et une destruction partielle des matières volatiles de la boue. L'invention, par la puissance ultrasonore appliquée à la boue, permet : - de réguler la température du réacteur principal, par utilisation de la puissance thermique générée par l'implosion des microcavités ; - d'augmenter le rendement de la digestion, par utilisation de la puissance mécanique générée par l'implosion des microcavités. If, during their evolution, the cavitation bubbles meet a solid surface, they implode on this surface by forming very violent liquid microjets (at a speed of 100 m / s) which pickle the solid surface. The advantage of using the sonication reactor M is in fact twofold. Indeed, cavitation is produced by the emission of ultrasound in the liquid sludge which creates areas alternately compressed and dilated. When the ultrasonic waves are sufficiently intense, they cause in the dilated areas a local pressure lower than the ambient pressure creating microcavities whose diameter can reach 100 micrometers. When the pressure returns to positive, these cavities implode in less than a microsecond, locally inducing a very high temperature, up to several thousand degrees C, and a very strong pressure wave, up to several thousand times atmospheric pressure. The implosion of these microcavities causes a significant increase in the average temperature of the sludge and a partial destruction of the volatile materials of the sludge. The invention, by the ultrasonic power applied to the sludge, makes it possible: to regulate the temperature of the main reactor, by using the thermal power generated by the implosion of the microcavities; - Increase the efficiency of digestion, by using the mechanical power generated by the implosion of microcavities.

Une étude comparative a été effectuée sur une station d'épuration d'eau usée de 50000 eqH. La comparaison a porté sur une boue contenant 8g/l de matières solides en entrée de l'épaississeur et 45g/l en sortie de l'épaississeur. La boue a été traitée par un réacteur principal classique ne comportant pas de régulation avec ultrasons (Cas 1) et un réacteur principal selon l'invention avec régulation par ultrasons (Cas 2). La quantité de boues traitée est de 300kg de matières sèches par jour, soit un débit de : - 37 m3 / jour en sortie du clarificateur et en entrée de l'épaississeur ; - 5,45 m3 / jour en sortie de l'épaississeur. A comparative study was carried out on a wastewater treatment plant of 50000 eqH. The comparison concerned a sludge containing 8 g / l of solids entering the thickener and 45 g / l at the outlet of the thickener. The sludge was treated with a conventional main reactor having no ultrasonic regulation (Case 1) and a main reactor according to the invention with ultrasonic regulation (Case 2). The quantity of sludge treated is 300 kg of dry matter per day, ie a flow of: - 37 m3 / day at the clarifier outlet and at the inlet of the thickener; - 5.45 m3 / day at the outlet of the thickener.

Le temps de séjour des boues dans le réacteur principal est de 14 jours ce qui correspond à un volume utile de réacteur de 76 m3. La température des boues en entrée du réacteur principal 1 est de 15 C en hiver. The residence time of the sludge in the main reactor is 14 days, which corresponds to a useful reactor volume of 76 m3. The sludge temperature at the inlet of the main reactor 1 is 15 C in winter.

Cas 1 : cas d'un réacteur classique non équipé d'une régulation avec 30 ultrasons : - la température du réacteur en hiver est de 44 C: la condition thermophile est atteinte, mais le fonctionnement n'est pas optimal, - la réduction de matières volatiles est de 10 points, la concentration en matières volatiles passant de 75% à 65%. 35 Cas 2 : cas du réacteur principal 1 selon l'invention, régulé avec des ultrasons. Case 1: case of a conventional reactor not equipped with a regulation with ultrasound: - the temperature of the reactor in winter is 44 C: the thermophilic condition is reached, but the operation is not optimal, - the reduction of volatile matter is 10 points, the volatile concentration rising from 75% to 65%. Case 2: case of the main reactor 1 according to the invention, regulated with ultrasound.

La puissance appliquée sous forme d'ultrasons, au débit de boue traversant le réacteur de sonication, est d'environ 15 kW/ m3/h On obtient : - une température du réacteur en hiver de 62 C : la condition 5 thermophile est optimisée pour que l'oxydation maximale des matières volatiles (MV) soit atteinte ; - une réduction de matières volatiles de 18 points (la teneur passe de 75% à 57%). Le graphe de Fig.7, avec la température en ordonnée et le temps 10 exprimé en heures en abscisse (échelle logarithmique) donne les courbes de survie pour différents virus et bactéries. La zone de sécurité située au-dessus de ces courbes correspond à la disparition de ces éléments pathogènes. D'après le graphe de Fig.7 il apparaît que la température plus élevée du réacteur, de l'ordre de 60 C, obtenue selon l'invention permet de mieux se 15 situer dans la zone de sécurité, d'où une meilleure hygiénisation des boues. En appliquant 15kW/m3/h on obtient : - une température du réacteur en hiver de 62 C : la condition thermophile est optimisée ; - une réduction de matières volatiles de 18 points, la concentration 20 passant de 75% à 57%. L'ajout de la régulation de la température par les ultrasons permet : - d'optimiser les conditions thermophiles dans le réacteur principal pendant la période hivernale (période la plus défavorable) mais aussi en toute saison ; 25 d'assurer I'hygiénisation des boues (conditions de temps et de température assurées) ; - d'augmenter les rendements d'élimination de la matière sèche de 8 points. 30 The power applied in the form of ultrasound, at the flow of sludge passing through the sonication reactor, is about 15 kW / m 3 / h. The following is obtained: a reactor temperature in winter of 62 ° C: the thermophilic condition is optimized for that the maximum oxidation of volatile matter (MV) is reached; - a reduction in volatile matter by 18 points (the content goes from 75% to 57%). The graph of FIG. 7, with the ordinate temperature and time in abscissa (log scale), gives the survival curves for different viruses and bacteria. The safety zone above these curves corresponds to the disappearance of these pathogenic elements. According to the graph of FIG. 7, it appears that the higher reactor temperature, of the order of 60.degree. C., obtained according to the invention makes it possible to better locate in the safety zone, hence better sanitization. sludge. Applying 15kW / m3 / h gives: - a reactor temperature in winter of 62 C: the thermophilic condition is optimized; a reduction of volatile matter by 18 points, the concentration going from 75% to 57%. The addition of temperature regulation by ultrasound allows: - to optimize the thermophilic conditions in the main reactor during the winter period (worst period) but also in any season; To ensure the hygienization of the sludge (conditions of time and temperature ensured); - to increase the yields of elimination of the dry matter by 8 points. 30

Claims

1. A device for oxidatively destroying the insoluble material of sewage sludge by thermal coupling and ultrasound, comprising a main reactor (1) in which the sludge is fed, this main reactor being provided with means for injecting air into the sludge. sludge, characterized in that it comprises: - means (M) for applying ultrasound in the sludge of the reactor, - means for measuring (5) the temperature of the reaction medium of the reactor, - and a regulating means ( 7) comparing the temperature value measured in the reactor and a fixed setpoint value, this regulating means being suitable for starting the means (M) for applying the ultrasound when the measured temperature is lower than the set temperature, and stopping the means (M) for applying the ultrasound when the measured temperature is equal to or greater than the set temperature.

2. Device according to claim 1, characterized in that the means for applying ultrasound is constituted by a sonication reactor (M).

3. Device according to claim 2, characterized in that the sonication reactor (M) is disposed on a loop (8) of the main reactor (1) which reinjects the treated sludge into the main reactor.

4. Device according to claim 3, characterized in that the sludge flow rate in the loop (8) is less than or equal to the flow rate of sludge entering the main reactor (1).

5. Device according to claim 2, characterized in that the sonication reactor (M) is disposed upstream of the main reactor (1) on the pipe (2) for feeding the sludge to the main reactor.

6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the sonication reactor (M) comprises a metal pipe (B) traversed by a stream of sludge to which the ultrasound emitted by at least one emitter is applied. ultrasound (S, S1). 30 35

7. Device according to claim 6, characterized in that a plurality of ultrasonic transmitters (S, S1) are distributed along the pipe, being diametrically opposed to the pipe.

8. Device according to claim 6 or 7, characterized in that each ultrasonic transmitter is constituted by a sonotrode (S) having a generator (E) provided with a nose (N) whose end is applied against the surface outside of the pipe (B).

9. Device according to claim 6 or 7, characterized in that each ultrasound emitter is constituted by a probe (SI) comprising a generator (El) provided with a nose (Ni) which crosses in a sealed manner the wall of the pipe (B) and bathes in the mud flow.

10. Device according to one of claims 2 to 9, characterized in that the sonication reactor power related to the slurry flow through the sonication reactor is of the order of 15kW / m3 / h.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the target temperature of the main reactor is greater than 50 C, preferably greater than 60 C

12. Device according to one of the preceding claims for wastewater treatment plant up to about 50 000 eqH. 25