FR3030485B1 - Procede de deshydratation de boues assistee par reactif floculant et installation pour la mise en œuvre d'un tel procede. - Google Patents

Procede de deshydratation de boues assistee par reactif floculant et installation pour la mise en œuvre d'un tel procede. Download PDF

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Abstract

Procédé de déshydratation de boues assistée par réactif floculant ledit procédé comprenant une injection de réactif floculant dans les boues et une étape de déshydratation desdites boues caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire consistant à mixer (4) lesdites boues de façon à les déstructurer et à abattre leur viscosité. Installation pour la mise en œuvre de ce procédé.

Description

Procédé de déshydratation de boues assistée par réactif floculant et installationpour la mise en œuvre d'un tel procédé.
Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui du traitement de boues, qu'elles contiennent ou nonde la matière organique. L'invention concerne notamment le traitement des boues issues destations d'épuration, mélangées ou non avec d'autres déchets, ainsi que celui des bouesprovenant des procédés de production d'eau potable ou les boues issues d'autres procédésindustriels.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de déshydratation de boues, quelleque soit leur origine, mettant en œuvre une injection de réactif floculant, tel qu'un polymère,dans celles-ci. De tels procédés sont ici qualifiés de procédés de « déshydratation assistée parréactif floculant ».
Un tel procédé trouve notamment son application pour déshydrater des boues, le caséchéant déjà épaissies, présentant une siccité faible, en pratique inférieure à 15% en masse (depréférence de 2% à 7% en masse). Par « siccité des boues », on entend le pourcentage en massede matière sèche qu'elles contiennent. En effet, les boues sont des fluides composés d'unmélange de matières minérales et d'eau, et de résidus chimiques lorsqu'elles sont issues del'industrie, et le cas échéant de matières organiques. La siccité des boues est calculée enétablissant le rapport massique entre la masse de la matière sèche et la masse totale des boues.
Ces boues peuvent notamment être issues de procédés de potabilisation d'eau ou deprocédés de traitement d'effluents domestiques ou industriels.
Art antérieur
Les procédés de traitement des eaux génèrent des volumes de boues importants quis'accroissent avec le développement industriel et urbain.
Des procédés ont été développés au cours des dernières décennies pour réduire levolume de ces boues, notamment des procédés de déshydratation.
Ces procédés de déshydratation peuvent être mis en œuvre à l'aide de diverséquipements (centrifugeuses, tambours, tables, filtres à plateaux, filtres à bandes...), etutilisent des réactifs floculant et/ou coagulant adaptés qui permettent de favoriser laséparation de l'eau du reste des boues au sein de l'équipement en question.
Les coûts de mise en oeuvre de ces procédés de déshydratation assistée par réactiffloculant sont impactés de façon non négligeable par le coût de celui-ci. Notamment,certaines boues particulièrement difficiles à déshydrater nécessitent de fortes doses deréactif floculant qui augmentent les coûts d'exploitation des installations mettant en œuvrede tels procédés.
Différents procédés ont ainsi été proposés dans l'art antérieur visant à optimiser laconsommation de ces réactifs floculant ou à s'affranchir de leur utilisation.
On connaît ainsi le procédé Déhydris Lime® de la société Degrémont, qui consiste àmélanger de la chaux aux boues à déshydrater dans un mélangeur puis à les acheminer versune centrifugeuse en nez de laquelle est injecté le polymère.
Une telle technique présente l'inconvénient de nécessiter l'apport d'un autre additifque le réactif floculant, à savoir de la chaux, et d'augmenter ainsi la masse de boues. Leséventuelles économies faites sur les quantités de polymères distribués sont, au moins enpartie, compensées par les dépenses inhérentes à l'apport de chaux et à l'évacuation duvolume de boue supplémentaire.
On connaît également le procédé Déhydris Osmo ® de la société Degrémont visant àsoumettre les boues à un champ magnétique de façon à modifier leur potentiel zêta.
Un tel procédé présente l'inconvénient d'impliquer la mise en œuvre d'un champmagnétique, ce qui constitue une technique complexe à mettre en œuvre.
On connaît également le procédé FlocFormer de la société Aquen qui met en œuvredeux étapes principales, la première consistant à injecter un polymère dans une chambreagitée recevant les boues, le seconde consistant à floculer le mélange de boues et depolymère dans une seconde chambre plus volumineuse, agitée lentement pour former lesflocs.
Cette technique présente l'inconvénient d'impliquer des consommationsénergétiques élevées liées au volume pouvant être très important de la chambre defloculation. De plus, le dispositif mettant en œuvre un tel procédé est indépendant del'installation de déshydratation en amont de laquelle il est prévu et doit donc être géré defaçon indépendante de celle-ci.
On peut également citer le procédé SLG ® de la société Orege qui propose desoumettre les boues à un léger flux d'air comprimé, de l'ordre de 1 à 2 bar, avant dedépressuriser le mélange boue / air comprimé afin de faciliter la déshydratation ultérieure.Le polymère est toutefois toujours injecté au nez de la centrifugeuse voire déplacé plus oumoins en amont de la centrifugeuse, sur la canalisation d'alimentation des boues, commecela peut-être recommandé par l'état de l'art dans certaines situations.
Un tel procédé présente l'inconvénient d'être volumique et d'impliquer un ensembled'éléments coûteux et nécessitant une maintenance comme par exemple un compresseur,un réacteur ou encore un séparateur
Citons aussi le procédé IHM («in line hydrodynamic mixer») de chez EMO quiconsiste à injecter le polymère en amont de la centrifugeuse puis à créer une turbulence aumoyen d'une vanne afin d'améliorer le mélange boue/polymère. L'énergie pour créer laturbulence venant du fluide lui-même et donc de la pompe d'alimentation de lacentrifugeuse.
Outre le fait que tous ces procédés de l'art antérieur doivent être mis en œuvre dansdes installations encombrantes, on notera aussi qu'aucun n'a fait la preuve d'une économieréelle de polymère, sauf à ajouter de la chaux, ni d'un gain de siccité significatif, à savoir au-delà de 1.5 % de siccité.
Objectifs de l'invention L'invention a pour objectifs de proposer un procédé de déshydratation de bouespermettant d'améliorer la siccité des boues, à consommation de réactif floculant et qualitédes centrais égales, et/ou d'optimiser la consommation de réactif floculant à qualité descentrats égales, et/ou à optimiser la charge des équipements de déshydratation tels que lescentrifugeuses, existant, et/ou à augmenter le taux de capture de la phase solide par leréactif floculant.
Egalement un objectif de la présente invention est de décrire un tel procédé quipuisse facilement s'intégrer à un procédé de déshydratation existant et ce, sans perturber lecelui-ci.
Egalement un objectif de la présente invention est de proposer une installation pourla mise en œuvre d'un tel procédé.
Un objectif de la présente invention est de divulguer une telle installation, qui aumoins dans certains modes de réalisation, peut intégrer des équipements de déshydratationexistants afin d'optimiser le fonctionnement de ceux-ci.
Notamment, un objectif de la présente invention est de divulguer une telleinstallation permettant d'optimiser le fonctionnement de centrifugeuses déjà en place pourdéshydrater des boues.
Un objectif de la présente invention est aussi de décrire une telle installation dont lamise en place peut se faire très facilement sans avoir à démonter ou déplacer ou remplacer,l'équipement de déshydratation tel que la centrifugeuse déjà en place.
Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce àl'invention qui concerne un procédé de déshydratation de boues assistée par réactiffloculant, ledit procédé comprenant une injection de réactif floculant, tel qu'un polymère,dans des boues et une étape de déshydratation desdites boues caractérisé en ce qu'ilcomprend une étape préliminaire à ladite étape de déshydratation consistant à mixerlesdites boues de façon à les déstructurer et à abattre leur viscosité. L'invention propose donc un procédé simple à mettre en œuvre visant à faire subiraux boues à déshydrater une étape préliminaire de traitement physique consistant en unmixage qui déstructure les boues et diminue leur viscosité. Cette étape s'est en effet avéréeefficace pour augmenter l'affinité des boues pour le réactif floculant et corolairementaugmenter l'efficacité de celui-ci au sein de l'équipement de déshydratation. Cette étapepermet aussi d'affiner les particules les plus grosses, et/ou les plus lourdes, présentes dansles boues et de libérer potentiellement plus d'eau liée à celles-ci. Une telle augmentationd'efficacité permet soit de gagner des points de siccité en sortie de l'équipement dedéshydratation à iso-consommation de réactif floculant, soit à réduire sensiblement lesdoses de réactif floculant devant être mises en œuvre pour obtenir une siccité donnée decelles-ci, soit à augmenter le rendement de capture de la matière organique par le réactiffloculant, soit encore à augmenter la charge de l'équipement de déshydratation Dans tousles cas, l'invention permet des économies importantes sur les coûts d'exploitation de telséquipements et les coûts d'évacuation des boues.
Avantageusement, ladite étape préliminaire consistant à mixer lesdites bouescomprend l'introduction de celles-ci dans un mixeur comprenant une chambre cylindriquemunies de pales montées rotatives sur un axe tournant à une vitesse de rotation compriseentre 500 tours/min et 4000 tours/min, préférentiellement entre 1000 tours/min et 2000tours/min. De telles vitesses de mixage permettent d'optimiser encore le but recherché, àsavoir l'augmentation de l'efficacité du réactif floculant.
Préférentiellement, ladite étape de déshydratation est une étape de centrifugationmise en œuvre grâce à au moins une centrifugeuse. Les centrifugeuses sont courammentutilisées pour déshydrater les boues. Il s'agit d'équipement coûteux dont le prix variegrandement en fonction de leurs taille et performance. Le procédé selon l'invention offredonc une alternative économiquement intéressante au remplacement de matériel moinsperformant (plus ancien) par du matériel plus performant (plus récent).
Selon une variante de l'invention, ladite injection de polymère est effectuée en nezde ladite centrifugeuse. (On entend par « nez » de la centrifugeuse le point d'entrée danscelle-ci de la matière à centrifuger.)
Toutefois, selon une variante particulièrement intéressante, ladite étape d'injectionde réactif floculant est effectuée en injectant ledit polymère lors ou en amont de laditeétape préliminaire. Une telle variante permet encore d'optimiser l'efficacité du réactiffloculant et donc les performances de l'équipement de déshydratation. Selon une tellevariante le réactif floculant est mixé avec les boues déstructurées pour donner un mélangeintime dans lequel le réactif floculant voit sa fonction optimisée.
Selon une variante de l'invention, le procédé comprend de plus une injectiond'additif, notamment un coagulant tel que du chlorure ferrique, dans lesdites boues lors ouen amont de ladite étape préliminaire. Une telle étape permet d'optimiser encore l'actiondu réactif floculant sur les boues.
Selon une variante de l'invention, le procédé comprend l'injection d'eau chaudeet/ou de vapeur vive ou vapeur de flash et/ou de condensais (de tels condensais peuventêtre issus d'autres procédés et disponibles sur site), lors ou en amont de ladite étapepréliminaire, afin de préchauffer lesdites boues. Une telle étape de préchauffage, permet dediminuer encore la viscosité des boues et d'optimiser encore leur déshydratation tout enoptimisant la consommation de réactif floculant.
Selon une variante de l'invention, le procédé comprend de plus une injection d'eaude dilution dans lesdites boues lors ou en amont de ladite étape préliminaire. Une telleétape permet de diluer les boues de façon à optimiser encore le contact du réactif floculantavec les boues.
Egalement selon une variante de l'invention, le procédé comprend une aérationdesdites boues lors ou en amont de ladite étape préliminaire. Cette étape permet aussi auréactif floculant de mieux interagir avec la boue en formant dans la chambre du mixeur uneémulsion boues/polymère/air.
Tous ces fluides sont mélangés à très haute vitesse dans la chambre du mixeur dontles dimensions sont calculées en conséquence. L'invention concerne également une installation pour la mise en œuvre du procédéselon l'invention comprenant un équipement de déshydratation de boues et des moyensd'injection de réactif floculant, caractérisée en ce qu'elle inclut un mixeur prévu en amontdudit équipement de déshydratation. Un tel mixeur peut être facilement intégré sur uneinstallation déjà existante incluant ledit équipement de déshydratation pour dynamiser lesperformances de celle-ci
Avantageusement, ledit mixeur comprend une chambre cylindrique munie de palesmontées rotatives. De tels mixeurs peuvent être trouvés dans le commerce. Les pales ontpour seul objet de mixer les boues. Elles ne concourent pas à faire avancer les boues dans lachambre. La chambre cylindrique présente un faible volume et le temps de séjour dans celle-ci est très court, de l'ordre de quelques secondes.
Egalement avantageusement, ledit équipement de déshydratation est unecentrifugeuse.
Préférentiellement ledit mixeur est relié à des moyens d'injection de réactif floculanttel qu'un polymère.
Selon une variante, ledit mixeur est relié à des moyens d'injection de coagulantorganique ou inorganique tel que du chlorure ferrique.
Selon une variante, ledit mixeur est relié à des moyens d'injection d'eau de dilution.Egalement selon une variante, ledit mixeur est relié à des moyens d'injection d'eau chaudeet/ou de vapeur vive ou de flash et/ou de condensats pour préchauffer les boues.
Egalement selon une variante, ledit mixeur est relié à des moyens d'injection d'aircomprimé.
Dans ce cas, l'installation inclut préférentiellement un pot de dégazage prévu entreledit mixeur dynamique et ledit équipement de déshydratation.
Liste des figures L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plusfacilement compris grâce à la description qui va suivre d'un mode de réalisation de celle-ci,donné à titre simplement illustratif et non limitatif, en référence aux figures, danslesquelles : la figure 1 représente, de façon schématique, une installation selon la présenteinvention ; la figure 2 est un graphique indiquant les consommations de réactif floculant(polymère) lors de la mise en œuvre de l'installation selon la figure 1 grâce auprocédé selon l'invention d'une part et grâce à un procédé classique de l'artantérieur d'autre part.
Description de modes de réalisation de l'invention
Installation
En référence à la figure 1, l'installation comprend un équipement de déshydratationde boues constitué par une centrifugeuse (de marque Andritz ®, modèle D2L). Cettecentrifugeuse est reliée à des moyens d'amenée de boues 2 et à des moyens d'injection depolymère 3.
Conformément à la présente invention l'installation comprend également un mixeur4 prévu en amont dudit équipement de déshydratation pourvu de moyens d'injection d'aircomprimé 5,d e moyens d'amenée d'eau 6, et de moyens d'injection de chlorure ferrique 6a.
Les moyens d'amenée de boues 2, les moyens d'injection de polymère 3, les moyensd'injection d'air comprimé 5 et les moyens d'amenée d'eau sont reliées par descanalisations, respectivement 12, 13, 15, 16 à un collecteur 7. Des vannes 22, 23, 25, 26permettent de distribuer, respectivement les boues, le polymère, l'air comprimé et l'eau dans celui-ci. La canalisation 15 d'amenée d'air comprimé au collecteur 7 est équipée d'undébitmètre 55.
Les moyens d'amenée de boues 2, les moyens d'injection de polymère 3, et lesmoyens d'amenée d'eau 6 sont reliées par des canalisations, respectivement 32, 33, 36 à lacentrifugeuse 1. Des vannes 42, 43, 46 permettent de distribuer, respectivement les boues,le polymère, et l'eau directement au nez de celle-ci.
Les canalisations 16 et 56 d'amenée d'eau respectivement au collecteur 7 et à lacentrifugeuse sont équipées chacune d'un débitmètre commun 56.
Les moyens d'injection d'air comprimé 5 sont quant à eux reliée par une canalisation35 à un pot de dégazage 8, équipé d'un évent 8a, une vanne 45 permettant de distribuer cetair comprimé vers celui-ci. Ce pot de dégazage est relié au nez de la centrifugeuse 1 par unecanalisation 9.
Conformément à la présente invention, le mixeur 4 comprend une chambrecylindrique 4a équipée d'un axe rotatif 4b sur lequel sont montées des pales 4c. L'axe rotatifest mu par un moteur (non représenté sur la figure 1) qui permet d'entraîner à une vitesseélevée de rotation les pales comprise entre 500 tours/min et 4000 tours/min.
Le mixeur 4 reçoit les boues, du polymère, du chlorure ferrique, de l'eau et de l'aircomprimé provenant du collecteur 7 via une canalisation commune. Les boues mixées sontacheminées vers le pot de dégazage 8 par une canalisation 11. L'installation ici décrite permet d'acheminer l'eau, le polymère et l'air comprimé versle collecteur 7 et/ou vers la centrifugeuse.
Procédé L'installation ici décrite a été mise en œuvre pour déshydrater des boues mixtesdigérées selon l'art antérieur d'une part et selon l'invention d'autre part. Ces bouesprésentaient une siccité de départ de 28%.
Dans le cadre de ces expérimentations, la centrifugeuse a toujours été utilisée à sacapacité maximale (2000 G).
Dans une première phase expérimentale, les vannes 22, 23,25, 26, 45, 46 ont étéfermées et seules les vannes 42 et 43 ont été ouvertes de façon à diriger les boues et le polymère provenant des moyens d'amenée 2 et 3 de ces composés directement en nez de lacentrifugeuse 1, sans transiter par le mixeur, selon l'art antérieur.
Dans une deuxième phase expérimentale, selon l'invention, les vannes 23, 25, 26, 45,46 ont été maintenues fermées. La vanne 22 a été ouverte pour autoriser la distribution desboues dans le mixeur 4 via le collecteur 7 et la vanne 42 a été fermée. La vanne 43 a étémaintenue ouverte pour continuer d'acheminer le polymère en nez de la centrifugeuse 1.
Dans une troisième phase expérimentale, les vannes 25, 26, 35, 46 ont étémaintenues fermées. La vanne 22 a été maintenue ouverte, la vanne 43 a été fermée et lavanne 23 a été ouverte pour autoriser selon l'invention l'acheminement des boues et dupolymère au mixeur 4.
Au cours de chacune de ces trois phases expérimentales on a mise en œuvre lepolymère à trois dosages différents, à savoir, 5 kg/TMS (tonne de matière sèche), 7,5kg/TMS et 11 kg/TMS.
Le mixeur a été utilisé pour les deuxième et troisième phases expérimentales avecune vitesse des pales de 2000 tours/min permettant de déstructurer les boues avant de lesacheminer à la centrifugeuse 1 via le pot de dégazage 8.
Les boues ne le nécessitant pas, il n'a pas été ajouté de chlorure ferrique.
Les résultats de siccité des boues en sortie de la centrifugeuse 1 sont synthétisés surle graphe représenté à la figure 3.
Ces résultats montrent qu'avec la même dose de polymère, il est possible grâce àl'invention d'obtenir une siccité de boues bien meilleure avec l'invention, notammentlorsque l'injection du polymère est faite dans le collecteur prévue en amont du mixeurdynamique.
Ainsi, pour une dose de polymère de 11,3 kilogrammes par tonne de matières sèches(TMS) on a obtenu grâce à l'invention une siccité des boues de 32 %, et même de plus de33% en injectant le polymère en amont du mixeur dynamique, alors que la siccité obtenueselon l'art antérieur n'a été que de 28,5 %. Ceci sans l'ajout de chlorure ferrique et d'aircomprimé car les boues ne le nécessitaient pas. Une siccité comparable de 29% a pu êtreobtenue en ne mettant en œuvre le polymère qu'à raison de 5kg/TMS soit une économie deprès de 50% en quantité de polymère.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de déshydratation de boues assistée par réactif fioculant ledit procédécomprenant une injection de réactif fioculant dans les boues et une étape dedéshydratation desdites boues caractérisé en ce qu'il comprend une étapepréliminaire à ladite étape de déshydratation consistant à mixer lesdites boues defaçon à les déstructurer et à abattre leur viscosité, ladite étape préliminaire consistant à mixer lesdites boues comprend l'introductionde celles-ci dans un mixeur comprenant un chambre cylindrique munies de paiesmontées rotatives sur un axe tournant à une vitesse de rotation comprise entre 500tours/min et 4000 tours/min.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite vitesse de rotation estcomprise entre 2000 tours/min et 2000 tours/min.
  3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que laditeétape de déshydratation est une étape de centrifugation mise en œuvre grâce à aumoins une centrifugeuse.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que laditeétape d'injection de réactif fioculant est effectuée en injectant ledit réactif fioculant1er s ou en amont de ladite étape préliminaire.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'ilcomprend l'injection d’eau chaude et/ou de vapeur vive ou vapeur de flash et/ou decondensais lors ou en amont de ladite étape préliminaire pour préchauffer lesditesboues.
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'ilcomprend une injection d'eau de dilution dans lesdites boues lors ou en amont deladite étape préliminaire.
  7. 7. Procédé selon i’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'ilcomprend une oxygénation desdites boues iors ou en amont de ladite étapepréliminaire.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications là? caractérisé en ce qu’ilcomprend une injection de réactif coagulant dans lesdites boues lors ou en amontde ladite étape préliminaire.
  9. 9. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l’une quelconque desrevendications 1 à 8 comprenant un équipement de déshydratation de boues et desmoyens d'injection de réactif Acculant, caractérisé en ce qu'elle inclut un mixeurprévu en amont dudit équipement de déshydratation, et en ce que ledit mixeur comprend uns chambre cylindrique munie de paiesmontées rotatives.
  10. 10. installation selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit équipement dedéshydratation est une centrifugeuse,
  11. 11. Installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 10 caractérisé en ce queledit mixeur est relié à des moyens d’injection de réactif floculant.
  12. 12. installation selon hune quelconque des revendications 9 à 11 caractérisé en ce queledit mixeur est relié à des moyens d'injection de coagulant.
  13. 13. Installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 12 caractérisée en ce queledit mixeur est relié à des moyens d’injection d'eau de dilution.
  14. 14. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 13 caractérisée en ce queledit mixeur est relié à des moyens d'injection d’eau chaude et/ou de vapeur vive oude flash et/ou de condensais.
  15. 15. installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 14 caractérisée en ce queledit mixeur est relié à des moyens d’injection d’air comprimé.
  16. 16. installation selon la revendication 15 caractérisé en ce qu'eile inclut un pot dedégazage prévu entre ledit mixeur dynamique et ledit équipement dedéshydratation.
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