Procédé et installation pour l'hydrolyse thermique des boues
1. Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine du traitement des boues fortement chargées en matières organiques fermentescibles et notamment celui :
- des boues issues des processus de dépollution des eaux usées urbaines ou industrielles ;
des biodéchets ;
des mélanges de boues issues des processus de dépollution des eaux usées urbaines ou industrielles et de biodéchets.
2. Art antérieur
Actuellement, une partie des boues produites par les stations d'épuration est valorisée dans le domaine agricole tandis qu'une autre partie est généralement soit stockée en décharge, soit incinérée. La production de ces boues étant de plus en plus importante, il est nécessaire que celles-ci ne présentent pas de danger pour l'environnement et la santé humaine. En effet, ces boues contiennent des germes dont certains sont pathogènes (bactéries coliformes, salmonelles, oeufs d'helminthes,...). De plus, elles sont très fermentescibles et sont à l'origine de la production de gaz (aminés, sulfure d'hydrogène, mercaptans) qui engendrent des nuisances olfactives. Ces considérations expliquent la nécessité de mettre en oeuvre, sur les filières de traitement indiquées ci-dessus, au moins une étape de stabilisation de ces boues visant à obtenir des boues n'évoluant plus, ou à tout le moins, évoluant peu rapidement, tant sur le plan biologique que sur le plan physico-chimique. D'autres préoccupations résident dans la volonté de réduire le volume de ces boues, et de valoriser les boues sous forme de biogaz.
Différents procédés ont été proposés dans l'état de la technique pour traiter ces boues au rang desquels figurent :
la digestion aérobie ;
la digestion anaérobie ;
le conditionnement chimique ;
- le conditionnement thermique ;
l'hydrolyse thermique.
C'est à ce dernier type de traitement que se rapporte l'invention.
L'hydrolyse thermique des boues consiste à traiter celles-ci à une température élevée et sous pression de façon à les hygiéniser (c'est-à-dire à abattre très fortement leur teneur en micro-organismes), à solubiliser une partie importante des matières particulaires et à transformer la matière organique qu'elles contiennent en DCO soluble biodégradable (alcools, aldéhydes, acides gras volatils).
Une technique d'hydrolyse de boues particulièrement efficace consiste à mettre en œuvre au moins deux réacteurs fonctionnant en parallèle dans chacun desquels les boues subissent un cycle complet d'hydrolyse thermique.
Chacun des cycles d'hydrolyse thermique mis en œuvre dans un réacteur comprend les étapes consistant à alimenter les boues à traiter dans le réacteur, à y injecter de la vapeur vive pour les amener à une pression P et à une température T permettant l'hydrolyse, à les maintenir à cette pression P et à cette température T pendant un certain temps, à ramener subitement les boues à une pression proche de la pression atmosphérique en libérant de la vapeur de flash qui est recyclée pour préchauffer les boues à traiter du réacteur en parallèle, et à vidanger le réacteur des boues ainsi hydrolysées.
Selon cette technique, il est prévu que le cycle soit décalé dans le temps d'un réacteur à l'autre pour utiliser la vapeur de flash produite à partir d'un réacteur pour l'injecter dans l'autre réacteur.
Une telle mise en œuvre permet de profiter de la vapeur de flash produite dans un des réacteurs pour alimenter en vapeur l'autre réacteur.
Ce type de procédé, qui permet de s'affranchir de la nécessité de faire transiter les boues d'un réacteur à un autre pour effectuer les différentes étapes de l'hydrolyse thermique, présente plusieurs avantages. Il conduit notamment à simplifier les installations nécessaires à la mise en oeuvre du procédé, à diminuer la vitesse d'encrassage de ces installations, à minimiser les odeurs pouvant se
produire lors du passage des boues d'un réacteur à l'autre, et à réduire les besoins en vapeur vive. Il présente toutefois quelques limites.
3. Inconvénients de l'art antérieur
Ce type de procédé d'hydrolyse thermique de boues peut être amélioré. Ceci est en particulier le cas lorsqu'il est mis en œuvre au sein d'installations de petite ou de moyenne taille, c'est-à-dire traitant un volume journalier de boues inférieur à 10 m3 soit environ 10 000 équivalents habitants.
Dans l'hydrolyse thermique, le principal poste de cout/dépense est lié à la quantité de vapeur injectée dans les boues. Au niveau du dimensionnement, cela influe sur la taille des installations de production de vapeur mises en œuvre à cet effet (chaudière, générateur de vapeur, récupérateur de vapeur, tuyauterie, ...). Au niveau de l'exploitation, cela influe sur la consommation de combustible pour générer la vapeur. Il est donc important de réduire au mieux la quantité de vapeur mise en œuvre pour traiter les boues.
La quantité de vapeur à injecter dans une boue afin de porter celle-ci à la température souhaitée pour procéder à son hydrolyse thermique est liée à sa concentration en matières sèches. Les boues sont en effet constituées d'un mélange de matières sèches et d'eau. Lors du chauffage des boues, il est donc nécessaire d'augmenter la température à la fois des matières sèches et de l'eau. Il en résulte que moins la concentration de la boue est importante, c'est-à-dire que moins sa viscosité ou sa siccité est importante, plus le volume de boue à chauffer est important et donc plus la quantité de vapeur nécessaire à la chauffer est importante. Ceci engendre une augmentation de la consommation en vapeur vive, et par conséquence une augmentation de la consommation en combustible (biogaz, fuel, gaz naturel, ...) utilisé pour produire cette vapeur vive.
En outre, le risque d'émanation d'odeurs à tout niveau de la filière de traitement des boues est d'autant plus important que le volume des boues hydrolysées est élevé.
Il convient donc traiter des boues les plus concentrées possible, c'est-à-dire ayant une viscosité ou siccité importante, afin de limiter la consommation de
vapeur et de réduire la production de boues hydrolysées et par conséquent les émanations d'odeurs.
Le transfert de la vapeur dans une boue fortement concentrée pose toutefois problème. En effet, il a notamment été constaté dans les procédés existants que le transfert de la vapeur dans les boues fortement concentrées n'était pas optimal. Ce problème de transfert de vapeur est notamment rencontré lors de l'injection de vapeur flash dans les boues à traiter, en début d'hydrolyse thermique. Ceci peut s'expliquer par le fait que le transfert de vapeur dans les boues est lié à leur concentration, le transfert étant d'autant plus faible que la concentration des boues est importante. La concentration des boues à traiter ne doit donc pas être trop élevée pour ne pas entraver le transfert de vapeur.
Au final, l'optimisation de l'hydrolyse thermique des boues en termes de réduction de la consommation en vapeur suppose de prendre en considération deux facteurs antagonistes suivants :
- plus la boue est concentrée, plus le volume à traiter est faible (plus les risques d'émanations d'odeurs sont faibles) et plus la quantité de vapeur à injecter pour chauffer ces boues est faible
MAIS plus la boue est concentrée, plus il est difficile d'effectuer le transfert de vapeur et donc d'utiliser une faible quantité de vapeur : c'est donc une limite constatée dans les procédés de l'art antérieur, selon lesquels les boues ne sont pas concentrées au-delà d'une certaine valeur au risque d'avoir un mauvais transfert et une consommation trop élevée de vapeur.
4. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique d'hydrolyse thermique de boues qui conduise à limiter, dans au moins un mode de réalisation, la consommation en vapeur.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en œuvre, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de diminuer les pertes thermiques en vapeur, notamment en vapeur de flash.
L'invention a encore pour objectif de procurer une telle technique qui permette, dans au moins un mode de réalisation, de réduire les émanations d'odeurs en dehors des réacteurs.
Un autre objectif de l'invention est de procurer une telle technique qui permette, dans au moins un mode de réalisation, d'assurer une hydrolyse efficace de boues ayant une siccité importante en assurant un transfert efficace de la vapeur avec ladite boue dans un milieu confiné améliorant les échanges vapeur/boues permettant notamment la condensation rapide de la vapeur dans la boue, ce qui permet de limiter la consommation en vapeur.
Un autre objectif de l'invention est d'améliorer, dans au moins un mode de réalisation, la viscosité de la boue avant l'injection de la vapeur, en améliorant notamment le mélange boues hydrolysées / boues fraîches.
L'invention vise également à procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui soit fiable et/ou bon marché et/ou peu encombrante et/ou simple à mettre en œuvre.
5. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé d'hydrolyse thermique de boues à traiter, ledit procédé étant mené dans au moins deux réacteurs fonctionnant en parallèle dans chacun desquels les boues subissent un cycle complet d'hydrolyse thermique, ledit cycle comprenant les étapes consistant à alimenter lesdites boues à traiter dans un réacteur, à y injecter de la vapeur flash provenant de l'autre réacteur pour préchauffer les boues, à y injecter de la vapeur vive pour les amener à une pression P et à une température T permettant l'hydrolyse, à les maintenir à ladite pression P et à ladite température T pendant un certain temps, à ramener le plus
rapidement possible lesdites boues à une pression proche de la pression atmosphérique afin de libérer de la vapeur de flash, ce qui a pour effet de refroidir les boues, et à vidanger ledit réacteur desdites boues ainsi hydrolysées, ledit cycle étant décalé dans le temps d'un réacteur à l'autre pour utiliser la vapeur de flash produite à partir d'un réacteur pour l'injecter dans l'autre réacteur.
Selon l'invention, un tel procédé comprend une étape consistant à extraire une partie des boues présentes dans chacun des réacteurs et à les réintroduire dans le réacteur correspondant.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait originale qui consiste à extraire une partie des boues contenues dans un réacteur d'hydrolyse thermique puis à les réintroduire dans ce réacteur. En d'autres termes, elle consiste à recirculer une partie du contenu d'un réacteur d'hydrolyse thermique dans lui- même, c'est-à-dire à réintroduire dans un réacteur d'hydrolyse thermique des boues qui en ont été extraites.
Les pressions mentionnées sont exprimées en pressions effectives.
Les boues au moins en partie hydrolysées contenues dans un réacteur présentent une siccité inférieure et une température supérieure à celles des boues à traiter introduites dans le réacteur. Ainsi leur viscosité est plus faible que celle des boues à traiter. Grâce à cette invention, le mélange des boues partiellement hydrolysées avec les boues à traiter est amélioré, le mélange est ainsi d'une parfaite homogénéité, la viscosité du mélange est ainsi optimisée.
En outre, selon la nature des moyens mis en œuvre pour recirculer les boues (une pompe par exemple), la viscosité du mélange diminue lors de son passage à travers ceux-ci par effet mécanique.
Le transfert de la vapeur dans les boues croît inversement proportionnellement à leur viscosité. La mise en œuvre de l'invention permet donc d'améliorer le transfert de la vapeur dans les boues. Les pertes thermiques et la consommation en vapeur peuvent ainsi être réduites.
Compte tenu du fait que les pertes thermiques, par exemple les fuites de vapeur en dehors des réacteurs, sont réduites, la technique selon l'invention
contribue également à limiter les nuisances olfactives tout au long de la filière de traitement des boues.
Les inventeurs sont ainsi parvenus à optimiser l'hydrolyse thermique des boues en contournant deux facteurs limitant :
- le premier selon lequel plus la siccité des boues à traiter est importante moins bon est le transfert de vapeur dans les boues et donc l'efficacité de l'hydrolyse ;
le second selon lequel moins la siccité des boues à traiter est importante, plus le volume de boues à traiter est élevé et plus la consommation de vapeur est élevée et donc moins le rendement de l'hydrolyse est bon.
Selon une caractéristique avantageuse, au moins une partie de ladite vapeur vive et/ou de ladite vapeur de flash est injectée dans les boues extraites des réacteurs avant leur réintroduction dans le réacteur correspondant.
En injectant la vapeur dans la boucle de recirculation qui est un milieu confiné, on améliore les échanges vapeur/boues permettant notamment la condensation rapide et efficace de la vapeur dans la boue, ce qui permet de limiter la consommation en vapeur.
L'amélioration du transfert de vapeur dans les boues procurée par une telle injection de vapeur dans une boucle de recirculation de boues est telle que la technique selon l'invention permet d'hydrolyser de manière efficace des boues plus concentrées que celles usuellement traitées dans les procédés de l'art antérieur. Les boues à traiter par la technique de l'invention ont une siccité de préférence comprise entre 14 et 30%.
Lesdites boues à traiter pourront être introduites directement dans les réacteurs.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdites boues à traiter sont mélangées avec lesdites boues extraites avant d'alimenter les réacteurs.
Les boues à traiter sont ainsi mélangées avec des boues en partie hydrolysées, dont la siccité est inférieure et la température supérieure, avant d'être
introduites dans le réacteur. La siccité du mélange de boues introduites dans le réacteur est donc plus faible que celle des boues à traiter et la température du mélange de boues introduites dans le réacteur est donc plus élevée que celle des boues à traiter. Par ces deux phénomènes, le transfert de vapeur dans les boues à l'intérieur du réacteur est ainsi amélioré comparativement au cas dans lequel les boues à traiter sont directement introduites dans le réacteur. Cette mise en œuvre permet ainsi d'améliorer les performances de l'hydrolyse des boues tout en limitant la consommation en vapeur, en augmentant la siccité des boues à traiter et en diminuant les nuisances olfactives.
Selon une première caractéristique avantageuse, entre 0 et 100 % de la vapeur de flash produite dans un réacteur est introduite dans les boues extraites d'un autre réacteur avant leur réintroduction dans celui-ci, de préférence entre 25 et 75%.
Selon une deuxième caractéristique avantageuse, entre 0 et 100 % de la vapeur vive nécessaire à mener un cycle dans un réacteur est introduite dans les boues qui en sont extraites avant d'y être réintroduite, de préférence entre 0 et 50%.
Selon ces deux variantes, le reste de la vapeur de flash et/ou de la vapeur vive est alors introduit directement dans le réacteur.
Le fait d'introduire directement dans les boues extraites d'un réacteur une telle proportion de la quantité totale de vapeur de flash et/ou de la vapeur vive nécessaire à la réalisation de l'hydrolyse dans celui-ci, permet d'obtenir de bons résultats en termes d'hydrolyse des boues, de réduction de la consommation en vapeur et de réduction des nuisances olfactives, et de réduction de la siccité des boues à traiter.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, l'injection de vapeur flash et l'étape consistant à alimenter les boues à traiter dans le réacteur ont lieu simultanément.
Le temps d'un cycle complet d'hydrolyse de boues peut est ainsi être réduit ce qui contribue à améliorer la productivité.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la pression P est comprise entre 3 et 12 bars, et ladite température T est comprise entre 140 et 180 °C.
Selon une autre caractéristique avantageuse, la pression de la vapeur de flash est comprise entre 1 et 12 bars.
L'invention couvre également une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des variantes présentées plus haut. Une telle installation comprend au moins deux réacteurs d'hydrolyse thermique montés en parallèle, des moyens d'amenées de boues à traiter dans chacun desdits réacteurs, des moyens d'évacuation des boues hydrolysées de chacun desdits réacteurs, des moyens d'injection permettant d'injecter de la vapeur vive alternativement dans chacun desdits réacteurs et des moyens d'acheminement et d'injection de la vapeur de flash provenant de chaque réacteur vers l'autre réacteur.
Une installation selon l'invention comprend en outre des moyens d'extraction d'une partie des boues présentes dans chacun des réacteurs, des moyens de réintroduction dans le réacteur correspondant des boues qui en ont été extraites.
Une telle installation comprend avantageusement des moyens d'injection de vapeur vive et/ou de vapeur de flash débouchant entre lesdits moyens d'extraction et lesdits moyens de réintroduction.
Selon une variante, lesdits moyens d'amenée de boues à traiter débouchent directement dans chacun desdits réacteurs.
Selon une autre variante avantageuse, lesdits moyens d'amenée de boues à traiter débouchent entre lesdits moyens d'extraction et lesdits moyens de réintroduction.
6. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 illustre un exemple d'installation comprenant deux réacteurs pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, laquelle comprend des moyens d'amenée des boues à traiter directement dans les réacteurs ; la figure 2 illustre un exemple d'installation comprenant deux réacteurs pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, laquelle comprend des moyens d'amenée de boues à traiter qui débouchent dans des boucles de recirculation de boues dans les réacteurs ;
la figure 3 illustre une installation mise en œuvre au cours d'essais réalisés pour vérifier l'efficacité d'une technique selon l'invention ;
la figure 4 illustre une courbe représentant les consommations en vapeur en fonction de la siccité des boues à traiter au cours de la mise en œuvre d'une hydrolyse thermique selon l'art antérieur et selon l'invention.
7. Description d'un mode de réalisation de l'invention
7.1. Rappel du principe de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur le fait de recirculer dans un réacteur d'hydrolyse une partie des boues qu'il contient. Elle consiste en d'autres termes à extraire une partie des boues contenues dans un réacteur d'hydrolyse thermique puis à les réintroduire dans celui-ci.
Du fait que les boues extraites présentent une siccité inférieure, le transfert de la vapeur dans les boues est amélioré.
L'invention permet ainsi de réduire les pertes thermiques et par conséquent de réduire la consommation en vapeur, le cas échéant la consommation en biogaz utilisé pour produire cette vapeur, ainsi que les nuisances olfactives. Elle permet également, tant le transfert de vapeur dans les boues est promu, d'hydrolyser plus efficacement des boues à traiter dont la siccité est relativement importante.
7.2. Installations de traitement
7.2.1. Exemple d'un premier mode de réalisation d'une installation selon l'invention
On présente, en relation avec la figure 1 , un premier mode de réalisation d'une installation pour la mise en œuvre d'un procédé d'hydrolyse thermique de boues selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté sur cette figure 1 , une telle installation comprend un premier réacteur 10 et un deuxième réacteur 20.
Le premier réacteur 10 comprend une première entrée de boues 320, une entrée de vapeur 102, une sortie de boues à recirculer 103, une sortie de boues hydrolysées 104 et une sortie de vapeur flash 105. Il comprend une deuxième entrée de boue 101.
Le deuxième réacteur 20 comprend une première entrée de boue 360, une entrée de vapeur 202, une sortie de boues à recirculer 203, une sortie de boues hydrolysées 204 et une sortie de vapeur flash 205. Il comprend une deuxième entrée de boue 201.
La sortie 105 est reliée à une canalisation d'extraction de vapeur flash 11 dont une sortie est reliée à une vanne 12 et l'autre sortie est reliée à une vanne 13. La sortie de la vanne 12 est reliée à un évent. La sortie de la vanne 13 est reliée à une canalisation 14. La canalisation 14 est reliée à une canalisation 15. Une canalisation 16 est reliée à l'une de ses extrémités à la canalisation 14 et à l'autre de ses extrémités à une vanne 17 dont la sortie est reliée à la canalisation d'amenée de vapeur flash et/ou vive 37.
La canalisation 14 est reliée à une autre vanne 18. La vanne 18 est reliée à une autre canalisation d'extraction de vapeur flash 19. La sortie 205 est reliée à la canalisation d'extraction de vapeur flash 19. Cette canalisation 19 est également reliée à une vanne 21 dont la sortie est reliée à un évent. Une canalisation 22 est reliée à l'une de ses extrémités à la canalisation 14 et à l'autre de ses extrémités à une vanne 23 dont la sortie est reliée à la canalisation d'amenée de vapeur flash et/ou vive 33.
La canalisation 14 débouche dans les canalisations 16 et 22. Cette canalisation 14 se situe de part et d'autre de la canalisation 15.
La canalisation 15 est reliée à une vanne 24 et à une vanne 25 qui sont respectivement reliées à une canalisation 26 et à une canalisation 27.
La canalisation 26 est reliée à l'entrée 102 du premier réacteur 10.
La canalisation 27 est reliée à l'entrée 202 du deuxième réacteur 20.
La canalisation 15 est reliée à une canalisation d'amenée de vapeur vive 28 via une vanne 29.
Une canalisation d'amenée de boues à traiter 32 et une canalisation d'amenée de boues à traiter 36 débouchent respectivement dans le premier 10 et dans le deuxième 20 réacteurs respectivement via les entrées 320 et 360.
Une boucle de recirculation comprend une canalisation 30 dont l'entrée est reliée à la sortie 103 du premier réacteur 10 et la sortie débouche dans l'entrée 101 du premier réacteur 10. Une pompe 31 est montée sur cette canalisation 30. La canalisation d'amenée de vapeur flash et/ou vive 33 débouchent dans la canalisation 30.
Une autre boucle de recirculation comprend une canalisation 34 dont l'entrée est reliée à la sortie 203 du deuxième réacteur 20 et la sortie débouche dans l'entrée 201 du deuxième réacteur 20. Une pompe 35 est montée sur cette canalisation 34. La canalisation d'amenée de vapeur flash et/ou vive 37 débouchent dans la canalisation 34.
Une canalisation d'extraction de boues hydrolysées 38 est reliée à la sortie
104 du premier réacteur 10. Une canalisation d'extraction de boues hydrolysées 39 est reliée à la sortie 204 du deuxième réacteur 20.
Les canalisations 28, 33 et 37 sont reliées à des moyens de production de vapeur vive, comme une chaudière, non représentées.
Des moyens de contrôle (non représentés) permettent de contrôler les vannes, l'injection de vapeur et de boues dans les réacteurs ainsi que l'extraction des boues hydrolysées des réacteurs.
7.2.2. Exemple d'un deuxième mode de réalisation d'une installation selon l'invention
On présente, en relation avec la figure 2, un deuxième mode de réalisation d'une installation pour la mise en œuvre d'un procédé d'hydrolyse thermique de boues selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté sur cette figure 1 , une telle installation se distingue de celle selon le premier mode de réalisation du fait que les canalisations d'amenée de boues à traiter 32, 36 qui débouchent respectivement dans les premier 10 et deuxième 20 réacteurs sont ici supprimées et remplacées par des canalisation d'amenée de boues à traiter 32' , 36' qui débouchent respectivement dans les canalisations de recirculation 30, 34.
7.3. Procédés de traitement
7.3.1. Exemple d'un procédé mettant en œuvre une installation selon le premier mode de réalisation
Au cours de la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, des cycles d'hydrolyse thermique sont mis en œuvre successivement dans chacun des premier 10 et deuxième 20 réacteurs.
Chaque cycle d'hydrolyse thermique comprend :
une étape d'alimentation de boues à traiter dans un réacteur,
une étape d'injection dans ce réacteur de vapeur flash provenant de l'autre réacteur pour préchauffer les boues qui s'y trouve et refroidir ce dernier réacteur. Cette étape peut être réalisée simultanément avec l'étape d'alimentation en boues ou successivement.
une étape d'injection de vapeur vive pour amener les boues à traiter à une pression P comprise entre 3 et 12 bars et à une température T comprise entre 140 et 180°C permettant l'hydrolyse ;
- une étape consistant à maintenir les boues à la pression P et à la température T pendant un temps Tps compris entre 10 et 60 minutes ; une étape consistant à ramener les boues à une pression proche de la pression atmosphérique en libérant de la vapeur de flash. Cette étape a lieu simultanément avec l'étape d'injection de vapeur flash dans l'autre réacteur ;
une étape de vidange du réacteur des boues ainsi hydrolysées.
Les cycles sont mis en œuvre dans chacun de ces réacteurs de manière décalée dans le temps afin d'injecter dans un réacteur la vapeur de flash produite dans l'autre réacteur en fin de cycle.
Dans un premier temps, des boues à traiter sont introduites via la canalisation 32 dans le premier réacteur 10.
La pompe 31 est mise en œuvre afin d'extraire une partie des boues contenues dans le premier réacteur 10 par la sortie 103 et de les y réintroduire via la canalisation 30 et l'entrée 101.
De la vapeur flash provenant du réacteur 20 est injectée simultanément à l'alimentation en boues du réacteur 10 :
soit dans la canalisation 30 via les canalisations 19, 14, 22 et 33 ;
soit à l'entrée 102 du réacteur 10 via les canalisations 19, 14, 15 et 26.
Après que l'alimentation en boues du premier réacteur 10 est achevée, l'arrivée de boues à traiter via la canalisation 32 est arrêtée.
Lorsque les étapes d'alimentation en boues et d'injection de vapeur flash sont terminées, de la vapeur vive est injectée :
soit dans le premier réacteur 10 via les canalisations 28, 26 et l'entrée 102 ; soit dans la canalisation 30 via la canalisation 33.
La pompe 31 continue d'être mise en œuvre en sorte qu'une partie des boues contenues dans le premier réacteur 10 est extraite via la sortie 103 et recirculée dans le premier réacteur 10. Le cas échéant, la vapeur vive est injectée dans ces boues via la canalisation 33.
En parallèle, l'injection de vapeur vive se poursuit jusqu'à ce que les boues soient progressivement portées à une pression P et à une température T : soit dans le premier réacteur 10 via les canalisations 28, 26 et l'entrée 102 ; soit dans la canalisation 30 via la canalisation 33.
Lorsque ces conditions sont atteintes, les injections de vapeur vive sont stoppées, et la pompe 31 est arrêtée en sorte que la recirculation de boues via la
canalisation 30 est stoppée. Les boues sont alors maintenues à la pression P et à la température T pendant un temps Tps pour permettre l'hydrolyse thermique.
Lorsque l'hydrolyse thermique est achevée dans le premier réacteur 10, la pression des boues hydrolysées est rapidement relâchée jusqu'à atteindre une pression proche de la pression atmosphérique produisant ainsi de la vapeur de flash.
Dans le même temps, des boues à traiter sont introduites dans le deuxième réacteur 20 via la canalisation 36. La pompe 35 est mise en œuvre afin d'extraire une partie des boues contenues dans le deuxième réacteur 20 par la sortie 203 et de les y réintroduire via la canalisation 34 et l'entrée 201.
La vapeur de flash ainsi produite dans le premier réacteur 10 en est extraite depuis la sortie 105 et est introduite simultanément à l'alimentation de boues du deuxième réacteur 20 :
soit dans le deuxième réacteur 20 via les canalisations 11 , 14, 15, 27 et l'entrée 202 ;
soit dans la canalisation 34 via les canalisations 11 , 14, 16 et 37.
Lorsque l'ensemble de la vapeur de flash provenant du premier réacteur 10 est injectée dans le deuxième réacteur 20, les boues hydrolysées sont extraites du premier réacteur 10 via la sortie 104 et la canalisation 38.
Après que l'alimentation du deuxième réacteur 20 est achevée, l'arrivée de boues à traiter via la canalisation 36 est arrêtée.
Lorsque les étapes d'alimentation et d'injection de vapeur flash sont terminées, de la vapeur vive est injectée :
soit dans le deuxième réacteur 20 via les canalisations 28, 27 et l'entrée 202 ;
soit dans la canalisation 34 via la canalisation 37.
La pompe 35 continue d'être mise en œuvre en sorte qu'une partie des boues contenues dans le deuxième réacteur 20 en est extraite via la sortie 203 avant d'y être recirculée. Le cas échéant, de la vapeur vive est injectée dans ces boues via la canalisation 37.
En parallèle, l'injection de vapeur vive se poursuit jusqu'à ce que les boues soient progressivement portées à une pression P et à une température T : soit dans le deuxième réacteur 20 via les canalisations 28, 27 et l'entrée 202 ;
- soit dans la canalisation 34 via la canalisation 37.
Lorsque ces conditions sont atteintes, les injections de vapeur vive sont stoppées, et la pompe 35 est arrêtée en sorte que la recirculation de boues via la canalisation 34 est stoppée. Les boues sont alors maintenues à la pression P et à la température T pendant un temps Tps pour permettre l'hydrolyse thermique.
Chaque cycle comprend donc une étape de recirculation consistant à extraire une partie des boues présentes dans le réacteur alimenté en boues à traiter et à les réintroduire dans celui-ci. Cette étape de recirculation est préférentiellement mise en œuvre pendant l'étape d'alimentation de boues à traiter dans ce réacteur et pendant l'étape d'injection de vapeur flash dans ce réacteur. Elle pourra également être mise en œuvre depuis l'étape d'alimentation jusqu'au début de l'étape consistant à maintenir les boues à la pression P et à la température T, encore appelée étape de maintien. De manière générale, l'étape de recirculation peut donc être mise en œuvre entre le début de l'étape d'alimentation et de l'étape de maintien.
Lorsque l'hydrolyse thermique est achevée dans le deuxième réacteur 20, la pression des boues hydrolysées est rapidement relâchée jusqu'à atteindre une pression proche de la pression atmosphérique produisant ainsi de la vapeur de flash.
Dans le même temps, une nouvelle étape d'alimentation du premier réacteur 10 est mise en œuvre. Des boues à traiter sont introduites via la canalisation 32 dans le premier réacteur. La pompe 31 est mise en œuvre afin de faire circuler les boues à l'intérieur de la canalisation 30 et de les introduire dans le premier réacteur 10 via l'entrée 101. De la vapeur flash provenant du deuxième réacteur est injectée dans le premier réacteur 10 ou dans la canalisation 30.
Le cycle se poursuit alors dans le premier réacteur 10.
Une pluralité de cycles est ainsi mise en œuvre de manière décalée dans chacun des réacteurs.
Dans le cas d'un démarrage de l'installation, et en absence de vapeur flash disponible - l'ensemble des réacteurs étant à l'arrêt - l'ensemble de la vapeur injectée dans le premier réacteur est de la vapeur vive.
7.3.2. Exemple d'un procédé mettant en œuvre une installation selon le deuxième mode de réalisation
Un procédé mettant en œuvre une installation selon le deuxième mode de réalisation est identique à celui mettant en œuvre une installation selon le premier mode de réalisation à ceci près que les boues à traiter sont non plus injectées directement dans les réacteurs mais dans les boucles de recirculation, Cette injection peut avoir lieu en amont ou en aval des pompes 31 , 35.
7.4. Variantes
Dans une variante, il pourra être prévu que l'injection de vapeur flash n'ait pas lieu simultanément à l'alimentation en boues à traiter, mais ultérieurement.
Une installation mise en œuvre pour réaliser un procédé selon l'invention pourra comprendre plus de deux réacteurs au sein de chacun desquels des cycles d'hydrolyse thermique sont successivement mis en œuvre, les cycles étant décalés d'un réacteur à l'autre pour injecter la vapeur de flash produite dans un réacteur dans un autre réacteur au sein duquel le cycle en est arrivé à ce stade.
7.5. Essais
Des essais comparatifs ont été menés pour vérifier l'efficacité de la technique selon l'invention en termes de consommation de vapeur.
Une première série d'essais a consisté à traiter des boues par hydrolyse thermique dans l'installation de l'art antérieur illustrée à la figure 3, qui est comparable à celle illustrée à la figure 1 à ceci près que les moyens de recirculation de boues et d'injection de vapeur dans les boues extraites puis réintroduites dans les réacteurs n'étaient pas mis en œuvre.
La consommation en vapeur en fonction de la siccité des boues au cours de ces premiers essais est représentée par les carrés de la figure 4.
Une deuxième série d'essais a consisté à traiter des boues par hydrolyse thermique dans une installation comparable à celle illustrée à la figure 2.
La consommation en vapeur en fonction de la siccité des boues au cours de ces deuxièmes essais est représentée par les losanges de la figure 4.
L'analyse des courbes de la figure 4 permet de constater que quelle que soit la valeur de la siccité des boues à traiter, la mise en œuvre de la technique selon l'invention permet de réduire la consommation en vapeur. Elle permet également de réduire la consommation en vapeur lorsque la siccité des boues à traiter croît.
La technique selon l'invention permet donc de réduire la consommation en vapeur et d'assurer de manière efficace l'hydrolyse thermique de boues à traiter présentant une siccité relativement importante, en tout état de cause plus importante que les procédés de l'art antérieur.
La technique selon l'invention permet également d'éviter la mise en œuvre d'un réacteur de préchauffage en amont des réacteurs au sein desquels les cycles d'hydrolyse thermique sont mis en œuvre. L'invention permet ainsi de traiter des boues dans des installations plus compactes et peu onéreuses.