WO2016135422A1 - Procede de deshydratation de boues - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a method of dewatering sludge to achieve a high level of dryness for limited power consumption.
  • Such a process can in particular be used to dewater sludge, for example from purification plants, for incineration or burial.
  • Sludges such as those from wastewater treatment plants, for example, are generally dehydrated followed by recovery, such as organic amendment (spreading) or combustion (incineration), or landfilling in a wastewater treatment center. storage.
  • organic amendment spreading
  • combustion combustion
  • landfilling in the case of combustion, the dryness of the sludge reached at the end of the dehydration step, that is to say the ratio of dry matter to the total mass of sludge, must be sufficient to allow the self-maintenance of the combustion: a dryness of 30 to 45% is thus preferred.
  • some national legislation requires a minimum dryness rate before sludge landfill, of the order of 40% for example. The importance of developing effective dewatering processes is therefore understood, particularly when the sludge is of a type that is difficult to dehydrate, as is the case for biological sludge in a treatment plant.
  • some are intended to mechanically dehydrate the sludge: it may be centrifugation or pressure filtration processes, including the use of a filter press or a belt filter.
  • such methods are limited. For example, for sewage sludge, they allow to reach dryness of only 15 to 40%; this maximum value of 40% is reached only in rare cases with particularly effective devices and sludge particularly easy to treat (mainly mineral).
  • sludge such as biological sludge treatment plant, it is difficult to reach a dryness of 30%, which may be insufficient depending on the fate of the sludge.
  • Other processes are intended to thermally dehydrate the sludge: it is then to heat the latter to dry them.
  • electro-dewatering processes are intended to filter under pressure a volume of sludge, for example in a filter press, by additionally applying an electric field. This, added to the hydrolysis phenomenon it creates, breaks the water-sludge bonds, facilitating the migration of water molecules in the opposite direction of the solid particles. Such electrical assistance thus makes it possible to improve the dewatering of the sludge and thus to gain some additional dryness points.
  • Such a process is faced with certain difficulties in the case of certain sludge.
  • the sludge behaves like an electrical resistance.
  • the electromobility and / or the amount of ions is low. Therefore, by Joule effect and constant intensity, the rapid rise of the electrical resistance of the sludge results in an increase in temperature.
  • the present disclosure relates to a method of sludge dewatering, comprising a step of chemically conditioning the sludge to be dehydrated in which a flocculant adjuvant and a coagulation adjuvant are added to the sludge, and an electro-dehydration step.
  • the flocculant adjuvant used is a polymer.
  • the polymer used is of the cationic flocculant type. This type of polymer indeed allows better aggregation of the sludge particles and gives good results in filtration in the context of this presentation.
  • the polymer used is a cationic flocculant of high density and low molecular weight.
  • anionic, cationic or nonionic flocculation additives would also be possible with different molecular weights depending on the type of sludge to be dewatered.
  • the weight of flocculant adjuvant added to the sludge is between 1 and 25 kg of pure product, that is to say of active ingredient (MA ), per tonne of dry matter in the sludge (kgMA / tMS), preferably between 4 and 15 kgMA / tMS.
  • MA active ingredient
  • kgMA / tMS per tonne of dry matter in the sludge
  • the coagulation adjuvant is a mineral-type coagulant, for example FeCl 3 .
  • other mineral or organic adjuvants would also be possible.
  • the mass of pure clotting aid product added to the slurry is between 0.5 and 20% of the dry sludge mass.
  • the electro-dehydration step is carried out within a filter press comprising at least one chamber consisting of two trays, each tray being provided with at least one electrode and at least one tray being provided with a filter, preferably a filter cloth.
  • Each chamber consists of a tray equipped with an anode and a tray equipped with a cathode to apply the electric field.
  • a filter press allows firstly to filter and then compress a volume of sludge between two trays to extract the water through the filter cloths lining the trays.
  • the electrodes create an electric field between the trays to facilitate migration and thus the evacuation of water through the filter cloths.
  • At least one filter press platen is provided with a membrane configured to be deformed by a compression fluid to compress the sludge present in the filter press.
  • the pressure exerted during compression is between 5 and 20 bar, preferably between 10 and 13 bar.
  • the electro-dehydration step is performed, at least initially, at constant intensity. This mode of regulation makes it possible to promote rapid dehydration of the sludge.
  • the intensity used is between 5 and 200 A / m 2 .
  • constant current regulation is abandoned in favor of constant voltage regulation when a predetermined condition is met.
  • a mode of regulation makes it possible to limit the growth of the temperature at the level of the electrodes.
  • the constant voltage value used then is preferably that which was reached when the predetermined condition is satisfied.
  • constant current regulation is abandoned in favor of constant voltage regulation when the voltage reaches a threshold voltage.
  • This threshold voltage is set by the operator so as to use the electrodes below their breakdown voltage.
  • constant current regulation is abandoned in favor of constant voltage regulation when the temperature in the vicinity of an electrode reaches a threshold temperature. This allows operation at constant intensity, so high dehydration efficiency, as long as the temperature remains low enough and switch to constant voltage once the threshold temperature reached to slow the temperature growth and thus prolong the dehydration before the temperature becomes too high and dangerous for the electro-dehydration device.
  • constant current control is abandoned in favor of constant voltage regulation when the anode temperature reaches a threshold temperature of between 50 and 65 ° C. This is indeed a good compromise between the interest of benefiting as long as possible from highly effective constant intensity dehydration and that of being able to prolong the dehydration at constant tension as long as possible once this threshold temperature has been reached.
  • the temperature of the sludge in the vicinity of the electrodes does not exceed a ceiling temperature of less than or equal to 150 ° C., preferably less than or equal to 80 ° C. more preferably less than or equal to 70 ° C. This reduces the risk of damage to the device. Electro-dehydration is thus preferably stopped as soon as such a ceiling temperature is reached.
  • the electro-dehydration step lasts at least 45 minutes, preferably at least 60 minutes, more preferably at least 100 minutes. Such durations, permitted by the present process, make it possible to achieve higher levels of sludge dryness than conventional electro-dewatering processes.
  • the sludge dryness is greater than 30%, preferably greater than 40%, more preferably greater than 50%.
  • the method further comprises a filtration step performed prior to the electro-dehydration step.
  • This filtration step allows a first filtration before the application of the electric field to remove the majority of the free water contained in the sludge. This filtration step is preferably performed after the conditioning step.
  • the method further comprises a compression step performed prior to the electro-dehydration step.
  • This compression step alone makes it possible to mechanically extract the remainder of free water without electrical assistance. This can make it possible to extract the free water of a sludge without consuming the electricity necessary for the electro-dehydration and without beginning the growth of temperature of the electrodes.
  • this step is carried out after the filtration step and using the filter press.
  • the compression pressure can be between 5 and 20 bar, preferably between 10 and 13 bar.
  • the method is devoid of a compression step prior to the electro-dehydration step.
  • the inventors have indeed found during their tests that an application of the electrical treatment just after the filtration step was little energy consuming and even that such a single prior compression step could be unfavorable in the case of sludge. difficult to dehydrate, with high electrical resistance in particular.
  • the sludge to be dewatered is a biological sludge from a treatment plant, including an aerobic biological purification process.
  • This type of sludge contains specifically a high proportion of bound water.
  • this disclosure could be applied to other types of sludge.
  • FIG 1 is a block diagram of an exemplary method according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the filter press used for the purposes of the process.
  • FIG 3 is a graph comparing the evolution of the voltage during a conventional electro-dehydration and an electro-dehydration according to the invention.
  • FIG 4 is a graph comparing the evolution of the temperature during a conventional electro-dehydration and an electrodehydration according to the invention.
  • FIG. 5 is a graph of time tracking of the parameters of conventional electro-dehydration at high intensity.
  • FIG 6 is a graph of time monitoring of the parameters of a conventional electro-dehydration at lower intensity.
  • FIG 5 illustrates the temporal monitoring of the various parameters of an electro-dehydration performed by the inventors without the packaging according to the present invention.
  • This first test is performed at high intensity.
  • the electro-dehydration is carried out on a mud difficult to dehydrate, having a high electrical resistance, with a constant intensity of 16 A, or about 70 A / m 2 , and a voltage limited to 110 V in order not to reach the breakdown voltage of the system.
  • the voltage 82 (strongly interrupted line) grows very rapidly to reach its maximum value of 110 V in less than one minute.
  • the constant-intensity regulation can no longer be maintained and the intensity 81 (strong continuous line) begins to decrease before stabilizing while the voltage 82 is maintained at 110 V.
  • anode side 83 (continuous fine line) which reaches 70 ° C in less than fifteen minutes, then imposing the stopping of the test.
  • the rise in temperature on the cathode side 84 (fine line interrupted) is much slower so that it is determined that the temperature on the anode side is the limiting parameter for such electro-dehydration.
  • the inventors sought to reduce the intensity of the current applied during electro-dehydration.
  • the latter is made with a constant intensity of 9 A, or about 40 A / m 2 .
  • the voltage 92 (strongly interrupted line) increases again very rapidly in the first seconds of the test and then slows down its growth before nevertheless reaching its safety value at 110 V after three minutes about.
  • the constant current regulation can no longer be maintained and the intensity 91 (strong continuous line) begins to decrease while the voltage 92 is maintained at 110 V.
  • the rise in temperature on the cathode side 94 (thin line interrupted) is negligible compared with that of the anode 93.
  • the sludge to be treated is a biological sludge from a purification plant. This type of sludge comes from a membrane bioreactor operating directly on untreated raw water.
  • the sludge 10 whose initial dryness is about 0.9% in this example, that is to say 9 g of solids per liter of liquid sludge, first undergoes a step of chemical conditioning SI at during which certain chemical components are added to the sludge 10 to facilitate its treatment and dehydration.
  • a coagulation adjuvant (IIa) and a flocculation adjuvant (11b) are added.
  • the coagulation adjuvant (IIa) used is FeCl 3 . It is added to the sludge tank at a level of 15% by mass of dry sludge material.
  • the flocculation adjuvant (11b) used is the Flopam EM 640 TBD polymer. It is injected in line with a target concentration of 4.6 kg of pure product per tonne of dry matter (4.6 kgMA / tMS).
  • the sludge 10 thus treated is injected into the filter press 20 by means of a booster pump.
  • This filter press 20 is shown diagrammatically in FIG. 2. It comprises three trays 21a, 21b defining two chambers 22 in which the sludge 10 is introduced. Each wall of the trays 21a, 21b defining an edge of a chamber 22 is provided with an electrode 23a, 23b: the lateral plates 21a are thus provided with an electrode forming the anode 23a and the central plate 21b is provided on each of its faces an electrode forming the cathode 23b. The inner wall of each side plate 21a is further provided with a filter cloth 24 disposed in front of the electrode 23a considered. Each wall of the central plate 21b is provided with a membrane 25 disposed behind the electrode 23b in question and a filter cloth 24 disposed in front of the electrode 23b considered.
  • the three plates 21a, 21b of the filter press 20 are clamped against each other via a hydraulic cylinder 26 which seals the flow chambers 22. Under the strong pressure of the cylinder 26, the plates are brought closer to each other. the other in order to maintain the sludge volumes present in the chambers 22.
  • a hydraulic cylinder 26 which seals the flow chambers 22.
  • the plates are brought closer to each other. the other in order to maintain the sludge volumes present in the chambers 22.
  • Each plate 21a and 21b is equipped with a first outlet for discharging the filtrates 12 and a second outlet 13a and 13b for evacuating any gas produced.
  • a flushing step S2 the booster pump generates a mechanical pressure of 8 bar in the sludge 10 which is then filtered using the filtering cloths 24.
  • This step S2 stops when the flow rate of filtrate 12 discharged by the trays 21 reaches a predetermined low threshold. This step S2 makes it possible to eliminate the free water present on the surface of the sludge flocs with less energy expenditure.
  • a compression step S3 alone is carried out within the filter press 20.
  • a compressed air booster makes it possible to inflate the membranes 25 of the filter press 20 in order to compress the sludge present in the chambers 22 until reaching a pressure in the chambers 22 of about 11 to 12 bar. The compression is thus maintained for 10 minutes. No electrical assistance is provided during this step S3.
  • This compression step alone S3 makes it possible to extract the remainder of free water present in the sludge 10 in the form of filtrates 12 evacuated by the outlets of the trays 21.
  • An electric generator then imposes a current between the pairs of electrodes 23a, 23b of each chamber 22. Initially, the regulation is carried out at constant current. In this example, an intensity of about
  • 9 A is chosen, ie about 40 A / m 2 .
  • the water extracted from the sludge 10 is discharged in the form of filtrates 12 through the outlets of the trays 21a and 21b.
  • the gases generated during this step S4 oxygen and hydrogen resulting from the hydrolysis of water, for example, are removed by the second outputs of the trays 13a and 13b.
  • the constant current regulation is maintained until the temperature in the vicinity of an anode 23a, measured by means of a thermocouple for example, reaches 60 ° C: when this condition is fulfilled, the regulation of the current is abandoned in favor of constant voltage regulation.
  • the voltage value selected for this constant voltage control is the maximum safe voltage value, 110V in this example.
  • Constant voltage electrical assistance is then maintained until the temperature near an anode 23a reaches
  • the sludge cakes 14 thus dehydrated are then removed from the chambers 22 of the filter press 20 during a step of disintegrating the cakes S5.
  • the dryness values obtained for these cakes 14 are on average about 38.3%.
  • cakes 14 can then be buried, or upgraded organic amendment or energy.
  • sludge 10 is a biological sludge of the type that comes from wastewater treatment plants.
  • sludge of the type which is derived from a membrane bio-reactor operating on raw unbranched water.
  • This sludge has an initial dryness of less than 1%, that is to say 10 g / L.
  • the operating conditions of the TO test are as follows:
  • FIGS. 3 and 4 are intended to compare the evolution of the voltage and temperature of conventional electro-dehydration and electro-dehydration according to the invention.
  • the voltage 31, 36 and the anode temperature 32, 37 were followed during the electro-dehydration step of these tests: the curves relating to the T0 test are in broken lines while the curves relating to the Tl test are in continuous lines.
  • the voltage 31 first grows rapidly and forms a voltage peak 31a at approximately 80 V in the first minutes of the test; the voltage then drops back to stabilize from the tenth minute around around 50 V.
  • the voltage measured in the context of the Tl test follows an evolution totally opposite to the voltage 31 of the test T0 since, after the electric field has been set up, the voltage 36 Tl test decreases from its initial value instead of growing as was the case in the T0 test.
  • the voltage 36 then reaches a minimum voltage value at about 40 V and does not begin to increase significantly until later, after about 30 minutes of testing, until reaching a plateau 36a at about 50 V after about forty minutes. , before stabilizing at a value between 30 and 40 V. Therefore, it can be seen in FIG.

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Abstract

Procédé de déshydratation de boues permettant d'atteindre un niveau élevé de siccité pour une consommation électrique limitée, comprenant une étape de conditionnement chimique (SI) de la boue à déshydrater (10) au cours de laquelle un adjuvant de floculation (11b) et un adjuvant de coagulation (lia) sont ajoutés à la boue (10), et une étape d'électro-déshydratation (S4).

Description

PROCEDE DE DESHYDRATATION DE BOUES
DOMAINE DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne un procédé de déshydratation de boues permettant d'atteindre un niveau élevé de siccité pour une consommation électrique limitée.
Un tel procédé peut notamment être utilisé pour déshydrater des boues, celles issues de stations d'épuration par exemple, en vue de leur incinération ou de leur enfouissement. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les boues, comme celles issues de stations d'épuration par exemple, font généralement l'objet d'une déshydratation suivie d'une valorisation, comme amendement organique (épandage) ou par combustion (incinération), ou d'un enfouissement en centre de stockage. Dans le cas de la combustion, la siccité de la boue atteinte au terme de l'étape de déshydratation, c'est-à-dire le ratio de matière sèche par rapport à la masse totale de boue, doit être suffisante pour permettre l'auto-entretien de la combustion : une siccité de 30 à 45% est ainsi préférée. De même, dans le cas de l'enfouissement, certaines législations nationales requièrent un taux de siccité minimal avant enfouissement des boues, de l'ordre de 40% par exemple. On comprend donc l'importance de développer des procédés de déshydratation efficaces, en particulier lorsque la boue est d'un type difficile à déshydrater comme cela est notamment le cas des boues biologiques en station d'épuration.
Parmi les procédés connus, certains visent à déshydrater mécaniquement la boue : il peut s'agir de procédés de centrifugation ou de filtration sous pression, avec notamment l'utilisation d'un filtre-presse ou d'un filtre à bande. Toutefois, de tels procédés sont limités. Par exemple pour des boues de station d'épuration, ils permettent d'atteindre des siccités de seulement 15 à 40% ; cette valeur maximale de 40% n'étant atteinte que dans de rares cas avec des dispositifs particulièrement efficaces et des boues particulièrement faciles à traiter (à dominante minérale par exemple). Ainsi, pour certaines boues, telles les boues biologiques de station d'épuration, il est difficile d'atteindre une siccité de 30%, ce qui peut être insuffisant selon le devenir de ces boues. D'autres procédés visent à déshydrater thermiquement les boues : il s'agit alors de chauffer ces dernières en vue de les sécher. Ces procédés sont très efficaces : en fonction de la température de chauffage et de la durée du traitement, il est possible d'atteindre des siccités de l'ordre de 90%. Toutefois, ces procédés sont très énergivores et consomment a minima 700 kWh par tonne d'eau éliminée (kWh/tEE), voire plus encore, lorsqu'un procédé mécanique consomme en général moins de 20 kWh/tEE selon le type de technologie (filtre-presse, filtre à bande ou centrifugeuse).
Enfin, des procédés de déshydratation mécanique assistée électriquement, appelés procédés d'électro-déshydratation, visent à filtrer sous pression un volume de boue, par exemple dans un filtre-presse, en appliquant en outre un champ électrique. Celui-ci, ajouté au phénomène d'hydrolyse qu'il crée, permet de rompre les liaisons eau-boue, facilitant la migration des molécules d'eau en sens inverse des particules solides. Une telle assistance électrique permet donc d'améliorer la déshydratation des boues et ainsi de gagner quelques points de siccité supplémentaires. Toutefois, un tel procédé se retrouve confronté à certaines difficultés dans le cas de certaines boues.
En effet, pendant l'électro-déshydratation, la boue se comporte comme une résistance électrique. Or, dans le cas de certaines boues pour lesquelles l'électromobilité et/ou la quantité d'ions est faible, on constate une élévation rapide de la résistance électrique de la boue. Dès lors, par effet Joule et à intensité constante, l'élévation rapide de la résistance électrique de la boue se traduit par une augmentation de la température. Plus la boue est sèche, plus l'électromobilité est faible et donc plus la résistance électrique est élevée. Ceci entraine dans le même temps une augmentation de la température, en particulier du côté de l'anode qui est la zone la plus sèche au moment de l'électro-déshydratation. Pour cette raison, la durée de telles électro-déshydrations est nécessairement limitée dans le temps afin de ne pas endommager le dispositif d'électro- déshydratation. En outre, cette augmentation de la résistance électrique à intensité constante et par conséquent de la tension provoque des pertes énergétiques importantes. Dès lors, pour de tels types de boues, le gain en siccité est relativement faible et peu intéressant compte tenu de la consommation électrique supplémentaire investie.
Il existe donc un réel besoin pour un procédé de déshydratation de boues qui soit dépourvu, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux procédés connus précités.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne un procédé de déshydratation de boues, comprenant une étape de conditionnement chimique de la boue à déshydrater au cours de laquelle un adjuvant de floculation et un adjuvant de coagulation sont ajoutés à la boue, et une étape d'électro- déshydratation.
Individuellement, les adjuvants de coagulation et les adjuvants de floculation n'ont pas d'effet sensible sur le fonctionnement et l'efficacité d'une électro-déshydratation. En revanche, les inventeurs ont constaté que leur utilisation combinée dans le conditionnement de la boue offre un effet synergique permettant un gain important en efficacité de l'étape d'électro-déshydratation et donc en siccité finale de la boue.
En effet, lorsqu'aucun ou un seul de ces composants est utilisé, on constate habituellement une croissance rapide de la tension aux bornes des électrodes du dispositif d'électro-déshydratation, qui peut ensuite se stabiliser et redescendre ou bien atteindre et plafonner à une valeur maximale de tension fixée par l'opérateur pour protéger les électrodes. Dès lors, ce pic de tension, apparaissant pratiquement immédiatement après le début de l'électro-déshydratation, entraîne une élévation rapide de la température de la boue du côté où elle est la plus sèche, c'est-à-dire du côté de l'anode, ce qui conduit à l'arrêt prématuré de l'électro- déshydratation afin de prévenir la détérioration du dispositif.
A l'inverse, lorsqu'un adjuvant de coagulation et un adjuvant de floculation sont combinés, on constate de manière inattendue que le pic de tension habituellement observé ne survient pas. Au contraire, les expériences menées par les inventeurs ont montré que la tension commençait par diminuer durant les premières minutes de l'électro- déshydratation avant de remonter puis de se stabiliser ou de redescendre. Dès lors, l'élévation de la température au voisinage de l'anode est retardée, ce qui permet de prolonger la durée de l'étape d'électro- déshydratation avant d'atteindre un niveau de température risquant d'endommager le dispositif : une plus grande quantité d'eau peut ainsi être extraite, aboutissant à une siccité plus importante.
Une hypothèse avancée par les inventeurs pour expliquer ce phénomène surprenant serait, qu'au-delà de l'amélioration de la filtrabilité de la boue, la combinaison d'un adjuvant de coagulation et d'un adjuvant de floculation augmente la quantité et l'électromobilité des ions contenus dans la boue. Un tel phénomène contribuerait à réduire la résistance électrique de la boue, en particulier au début de l'application du champ électrique, et donc à réduire l'élévation de la tension et donc le réchauffement par effet Joule des électrodes.
Ainsi, grâce à ce procédé et à ce conditionnement particulier, les tests ont montré que l'on gagne de 10 à 60 points de siccité par rapport à une déshydratation conventionnelle pour une consommation électrique réduite, la consommation énergétique globale d'un tel procédé restant ainsi inférieure à 300 kWh/tEE.
Dans certains modes de réalisation, l'adjuvant de floculation utilisé est un polymère.
Dans certains modes de réalisation, le polymère utilisé est du type floculant cationique. Ce type de polymère permet en effet une meilleure agrégation des particules de boue et donne de bons résultats en filtration dans le cadre du présent exposé.
Dans certains modes de réalisation, le polymère utilisé est un floculant cationique de forte densité et de faible poids moléculaire.
Toutefois, d'autres adjuvants de floculation anioniques, cationiques ou non ioniques seraient également possibles avec différents poids moléculaires en fonction du type de boue à déshydrater.
Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape de conditionnement chimique, la masse d'adjuvant de floculation ajoutée à la boue est comprise entre 1 et 25 kg de produit pur, c'est-à-dire de matière active (MA), par tonne de matière sèche au sein de la boue (kgMA/tMS), de préférence entre 4 et 15 kgMA/tMS. Les inventeurs ont en effet constaté au cours de leurs tests que cette gamme de concentration donnait des résultats très satisfaisants en termes de contrôle de la cinétique de l 'électro-déshydratation et donc en termes de siccités atteignables.
Dans certains modes de réalisation, l'adjuvant de coagulation est un coagulant de type minéral, par exemple du FeCI3. Toutefois, d'autres adjuvants minéraux ou organiques seraient également possibles.
Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape de conditionnement chimique, la masse de produit pur d'adjuvant de coagulation ajoutée à la boue est comprise entre 0,5 et 20% de la masse de boue sèche. Les inventeurs ont en effet constaté au cours de leurs tests que cette gamme de concentrations donnait des résultats très satisfaisants en termes de contrôle de la cinétique de l'électro- déshydratation et donc en termes de siccités atteignables.
Dans certains modes de réalisation, l'étape d'électro-déshydratation est réalisée au sein d'un filtre-presse comprenant au moins une chambre constituée de deux plateaux, chaque plateau étant muni au moins d'une électrode et au moins un plateau étant muni d'un filtre, de préférence une toile filtrante. Chaque chambre est constituée d'un plateau équipé d'une anode et d'un plateau équipé d'une cathode pour appliquer le champ électrique. Un tel filtre-presse permet dans un premier temps de filtrer puis de comprimer un volume de boue entre deux plateaux afin d'en extraire l'eau à travers les toiles filtrantes tapissant les plateaux. Dans un second temps, alors que les boues sont toujours comprimées, les électrodes permettent de créer un champ électrique entre les plateaux pour faciliter la migration et donc l'évacuation de l'eau à travers les toiles filtrantes.
Dans certains modes de réalisation, au moins un plateau du filtre- presse est muni d'une membrane configurée pour être déformée par un fluide de compression pour comprimer la boue présente dans le filtre- presse.
Dans certains modes de réalisation, la pression exercée au cours de la compression est comprise entre 5 et 20 bar, de préférence entre 10 et 13 bar.
Dans certains modes de réalisation, l'étape d'électro-déshydratation est réalisée, au moins initialement, à intensité constante. Ce mode de régulation permet en effet de favoriser une déshydratation rapide de la boue. Dans certains modes de réalisation, l'intensité utilisée est comprise entre 5 et 200 A/m2.
Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape d'électro- déshydratation, la régulation à intensité constante est abandonnée au profit d'une régulation à tension constante lorsqu'une condition prédéterminée est remplie. Un tel mode de régulation permet en effet de limiter la croissance de la température au niveau des électrodes. La valeur de tension constante utilisée alors est de préférence celle qui a été atteinte au moment où la condition prédéterminée est remplie.
Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape d'électro- déshydratation, la régulation à intensité constante est abandonnée au profit d'une régulation à tension constante lorsque la tension atteint une tension seuil. Cette tension seuil est fixée par l'opérateur de façon à utiliser les électrodes en dessous de leur tension de claquage.
Dans d'autres modes de réalisation, la régulation à intensité constante est abandonnée au profit d'une régulation à tension constante lorsque la température au voisinage d'une électrode atteint une température seuil. Ceci permet un fonctionnement à intensité constante, donc à forte efficacité de déshydratation, tant que la température reste assez faible et de basculer à tension constante une fois la température seuil atteinte afin de freiner la croissance de température et donc de prolonger la déshydratation avant que la température ne devienne trop haute et dangereuse pour le dispositif d'électro-déshydratation.
Dans certains modes de réalisation, la régulation à intensité constante est abandonnée au profit d'une régulation à tension constante lorsque la température de l'anode atteint une température seuil comprise entre 50 et 65°C. Ceci est en effet un bon compromis entre l'intérêt de bénéficier le plus longtemps possible d'une déshydratation à intensité constante hautement efficace et celui de pouvoir prolonger le plus longtemps possible la déshydratation à tension constante une fois cette température seuil atteinte.
Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape d'électro- déshydratation, la température de la boue au voisinage des électrodes ne dépasse pas une température plafond inférieure ou égale à 150°C, de préférence inférieure ou égale à 80°C, de préférence encore inférieure ou égale à 70°C. Ceci permet de réduire le risque d'endommagement du dispositif. On arrête ainsi de préférence l'électro-déshydratation dès que l'on atteint une telle température plafond.
Dans certains modes de réalisation, l'étape d'électro-déshydratation dure au moins 45 minutes, de préférence au moins 60 minutes, de préférence encore au moins 100 minutes. De telles durées, permises par le présent procédé, permettent d'atteindre des niveaux de siccité de la boue plus importants que les procédés d'électro-déshydratation conventionnels.
Dans certains modes de réalisation, à l'issue de l'étape d'électro- déshydratation, la siccité de la boue est supérieure à 30%, de préférence supérieure à 40%, de préférence encore supérieure à 50%.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de filtration réalisée avant l'étape d'électro-déshydratation.
Cette étape de filtration permet de réaliser une première filtration avant l'application du champ électrique afin d'éliminer la majorité de l'eau libre contenue dans la boue. Cette étape de filtration est réalisée de préférence après l'étape de conditionnement.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de compression réalisée avant l'étape d'électro-déshydratation. Cette étape de compression seule permet d'extraire mécaniquement le restant d'eau libre sans assistance électrique. Ceci peut permettre d'extraire déjà l'eau libre d'une boue sans consommer l'électricité nécessaire à l'électro-déshydratation et sans entamer la croissance de température des électrodes. De préférence, cette étape est réalisée après l'étape de filtration et à l'aide du filtre-presse. La pression de compression peut être comprise entre 5 et 20 bar, de préférence entre 10 et 13 bar.
Dans d'autres modes de réalisation, le procédé est dépourvu d'étape de compression avant l'étape d'électro-déshydratation. Les inventeurs ont en effet constaté au cours de leurs tests qu'une application du traitement électrique juste après l'étape de filtration était peu consommatrice d'énergie et même qu'une telle étape de compression seule préalable pouvait être défavorable dans le cas de boues difficiles à déshydrater, à forte résistance électrique notamment.
Dans certains modes de réalisation, la boue à déshydrater est une boue biologique issue d'une station d'épuration, et notamment d'un procédé d'épuration biologique aérobie. Ce type de boue contient spécifiquement une forte proportion d'eau liée. Toutefois, naturellement, le présent exposé pourrait être appliqué à d'autres types de boues.
Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du procédé proposé. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l'invention.
Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence.
La FIG 1 est un schéma-bloc d'un exemple de procédé selon l'invention.
La FIG 2 est un schéma de principe du filtre-presse utilisé pour les besoins du procédé.
La FIG 3 est un graphe comparant l'évolution de la tension au cours d'une électro-déshydratation conventionnelle et d'une électro- déshydratation selon l'invention.
La FIG 4 est un graphe comparant l'évolution de la température au cours d'une électro-déshydratation conventionnelle et d'une électrodéshydratation selon l'invention.
La FIG 5 est un graphe de suivi temporel des paramètres d'une électro-déshydratation conventionnelle à haute intensité.
La FIG 6 est un graphe de suivi temporel des paramètres d'une électro-déshydratation conventionnelle à plus basse intensité.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLE(S) DE REALISATION
Afin de rendre plus concrète l'invention, des exemples de procédés de déshydratation sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.
La FIG 5 illustre le suivi temporel des différents paramètres d'une électro-déshydratation réalisée par les inventeurs sans le conditionnement selon la présente invention. Ce premier test est réalisé à haute intensité. Dans ce cas, l'électro-déshydratation est réalisée sur une boue difficile à déshydrater, possédant une forte résistance électrique, avec une intensité constante de 16 A, soit environ 70 A/m2, et une tension limitée à 110 V afin de de ne pas atteindre la tension de claquage du système.
Comme on peut le voir sur la FIG 5, en raison de la forte résistance électrique de la boue, la tension 82 (trait fort interrompu) croît très rapidement pour atteindre sa valeur maximale de 110 V en moins d'une minute. La régulation à intensité constante ne peut plus alors être maintenue et l'intensité 81 (trait fort continu) commence à décroître avant de se stabiliser tandis que la tension 82 se maintient à 110 V. On constate alors une hausse rapide de la température côté anode 83 (trait fin continu) qui atteint 70°C en moins de quinze minutes, imposant alors l'arrêt du test. On remarque en revanche que la hausse de la température côté cathode 84 (trait fin interrompu) est beaucoup plus lente de telle sorte que l'on détermine que la température côté anode est le paramètre limitant pour une telle électro-déshydratation.
Ainsi, dans ce premier test ne mettant pas en œuvre le procédé selon l'invention, on constate que la durée totale du traitement ne dépasse pas quinze minutes. On comprend donc que le niveau de siccité atteint n'est pas satisfaisant.
Dans un deuxième test réalisé sans conditionnement conforme à la présente invention, les inventeurs ont cherché à réduire l'intensité du courant appliqué lors de l'électro-déshydratation. Dans ce cas, cette dernière est réalisée avec une intensité constante de 9 A, soit environ 40 A/m2.
Comme on peut le voir sur la FIG 6, la tension 92 (trait fort interrompu) croît à nouveau très rapidement dans les premières secondes du test puis ralentit sa croissance avant d'atteindre néanmoins sa valeur de sécurité à 110 V au bout de trois minutes environ. La régulation à intensité constante ne peut plus alors être maintenue et l'intensité 91 (trait fort continu) commence à décroître tandis que la tension 92 se maintient à 110 V. On constate toutefois également une hausse rapide de la température côté anode 93 (trait fin continu) qui atteint 70°C en environ dix minutes, imposant alors l'arrêt du test. Ici encore, la hausse de la température côté cathode 94 (trait fin interrompu) est négligeable devant celle de l'anode 93. Ainsi, dans ce deuxième test ne mettant pas en œuvre le procédé selon l'invention, on constate que la durée du traitement à intensité constante est un peu plus longue mais ne dépasse toutefois pas quatre minutes. De plus, la durée totale du traitement ne dépasse pas dix minutes. On comprend donc que le niveau de siccité atteint est encore une fois insuffisant.
Pour améliorer ces conditions de déshydratation, le procédé selon la présente invention va maintenant être décrit. Son enchaînement global est représenté à la FIG. 1.
Dans le cadre du présent procédé, la boue à traiter 10 est une boue biologique issue d'une station d'épuration. Ce type de boue est issu d'un bioréacteur à membrane fonctionnant directement sur de l'eau brute dégrillée.
La boue 10, dont la siccité initiale est d'environ 0,9% dans cet exemple, c'est-à-dire 9 g de matières sèches par litre de boues liquide, subit tout d'abord une étape de conditionnement chimique SI au cours de laquelle certains composants chimiques sont ajoutés à la boue 10 afin de faciliter son traitement et sa déshydratation. Parmi ces composants, sont ajoutés un adjuvant de coagulation (lia) et un adjuvant de floculation (11b).
Dans cet exemple, l'adjuvant de coagulation (lia) utilisé est du FeCI3. Il est ajouté dans la cuve de boue à hauteur de 15% en masse de matière de boue sèche. L'adjuvant de floculation (11b) utilisé est quant à lui le polymère Flopam EM 640 TBD. Il est injecté en ligne avec une concentration cible de 4,6 kg de produit pur par tonne de matière sèche (4,6 kgMA/tMS).
La boue 10 ainsi traitée est injectée dans le filtre-presse 20 à l'aide d'une pompe de gavage.
Ce filtre-presse 20 est schématisé à la FIG 2. Il comprend trois plateaux 21a, 21b définissant deux chambres 22 dans lesquelles la boue 10 est introduite. Chaque paroi des plateaux 21a, 21b définissant un bord d'une chambre 22 est munie d'une électrode 23a, 23b : les plateaux latéraux 21a sont ainsi munis d'une électrode formant l'anode 23a et le plateau central 21b est muni sur chacune de ses faces d'une électrode formant la cathode 23b. La paroi interne de chaque plateau latéral 21a est en outre munie d'une toile filtrante 24 disposée devant l'électrode 23a considérée. Chaque paroi du plateau central 21b est quant à elle munie d'une membrane 25 disposée derrière l'électrode 23b considérée et d'une toile filtrante 24 disposée devant l'électrode 23b considérée.
Les trois plateaux 21a, 21b du filtre-presse 20 sont serrés les uns contre les autres via un vérin hydraulique 26 qui assure l'étanchéité des chambres de flltration 22. Sous la forte pression du vérin 26, les plateaux sont rapprochés l'un vers l'autre afin de maintenir les volumes de boue présents dans les chambres 22. On comprend naturellement qu'il est possible de prévoir plusieurs modules de plateaux 21a, 21b avant le vérin 26.
Chaque plateau 21a et 21b est équipé d'une première sortie permettant d'évacuer les filtrats 12 et d'une deuxième sortie 13a et 13b permettant d'évacuer les éventuels gaz produits.
Au cours d'une étape de flltration S2, la pompe de gavage génère une pression mécanique de 8 bar au sein de la boue 10 qui est alors filtrée à l'aide des toiles filtrantes 24. Cette étape S2 s'arrête lorsque le débit de filtrat 12 évacué par les plateaux 21 atteint un seuil bas prédéterminé. Cette étape S2 permet d'éliminer l'eau libre présente en surface des flocs de boue à moindre dépense énergétique.
Une fois la boue 10 filtrée dans les chambres 22 du filtre-presse 20, une étape de compression seule S3 est réalisée au sein du filtre-presse 20. Un surpresseur d'air comprimé permet de gonfler les membranes 25 du filtre-presse 20 de manière à comprimer la boue présente dans les chambres 22 jusqu'à atteindre une pression dans les chambres 22 d'environ 11 à 12 bar. La compression est ainsi maintenue durant 10 minutes. Aucune assistance électrique n'est réalisée durant cette étape S3.
Cette étape de compression seule S3 permet d'extraire le restant d'eau libre présente dans la boue 10 sous la forme de filtrats 12 évacués par les sorties des plateaux 21.
Au terme de cette étape de compression seule S3, la compression est maintenue et l'assistance électrique est déclenchée afin d'initier une étape d'électro-déshydratation S4.
Un générateur électrique impose alors un courant entre les paires d'électrodes 23a, 23b de chaque chambre 22. Initialement, la régulation est réalisée à courant constant. Dans cet exemple, une intensité d'environ
9 A est choisie, soit environ 40 A/m2.
Au cours de cette étape, l'eau extraite de la boue 10 est évacuée sous la forme de filtrats 12 par les sorties des plateaux 21a et 21b. En outre, les gaz générés au cours de cette étape S4, de l'oxygène et de l'hydrogène issus de l'hydrolyse de l'eau par exemple, sont évacués par les secondes sorties des plateaux 13a et 13b.
La régulation à courant constant est maintenue jusqu'à ce que la température à proximité d'une anode 23a, mesurée à l'aide d'un thermocouple par exemple, atteigne 60°C : lorsque cette condition est remplie, la régulation du courant est abandonnée en faveur d'une régulation à tension constante. La valeur de tension choisie pour cette régulation à tension constante est la valeur de tension maximale de sécurité, 110V dans cet exemple.
L'assistance électrique à tension constante est ensuite maintenue jusqu'à ce que la température à proximité d'une anode 23a atteigne
70°C : lorsque que cette condition est remplie, le traitement électrique est arrêté et la compression est relâchée.
Les gâteaux de boue 14 ainsi déshydratés sont alors retirés des chambres 22 du filtre-presse 20 au cours d'une étape de débâtissage des gâteaux S5. Les valeurs de siccités obtenues pour ces gâteaux 14 sont en moyenne d'environ 38,3%.
Ces gâteaux 14 peuvent ensuite être enfouis, ou valorisés en amendement organique ou en énergie.
Plusieurs séries de tests vont maintenant être présentées pour illustrer l'apport de l'invention par rapport aux procédés conventionnels.
Dans tous ces tests, un même type de boue 10 a été utilisé : il s'agit d'une boue biologique du type qui est issu de stations d'épuration.
Plus particulièrement, il s'agit d'une boue du type qui est issu d'un bio- réacteur à membrane fonctionnant sur une eau brute dégrillée. Cette boue présente une siccité initiale inférieure à 1%, c'est-à-dire 10 g/L.
Les conditions opératoires du test TO sont les suivantes :
- polymère FLOPAM EM 640TBD à hauteur de 8,95 kg/tMS, soit 3,8 kg MA/tMS ;
- pas de coagulant ;
- filtration seule à 8 bar ; - compression seule à 11-12 bar durant 10 minutes ;
- compression à 11-12 bar + électro-déshydratation à 9 A (soit environ 40 A/m2) avec basculement à tension constante au-delà d'une température côté anode de 60°C.
Les conditions opératoires du test Tl sont les suivantes :
- polymère FLOPAM EM 640TBD à hauteur de 12,8 kg/tMS, soit 5,4 kg MA/tMS ;
- coagulant FeC à hauteur de 15% de la masse de boue sèche ; - filtration seule à 8 bar ;
- pas d'étape de compression seule ;
- compression à 11-12 bar + électro-déshydratation à 9 A (soit environ 40 A/m2) sans basculement à tension constante au-delà d'une température côté anode de 60°C.
Les FIG 3 et 4 visent à comparer l'évolution de la tension et de la température d'une électro-déshydratation conventionnelle et d'une électro-déshydratation selon l'invention.
Ainsi, la tension 31, 36 et la température d'anode 32, 37 ont été suivies durant l'étape d'électro-déshydratation de ces tests : les courbes relatives au test T0 sont en traits interrompus tandis que les courbes relatives au test Tl sont en traits continus.
Dans le cadre du test T0 dans lequel le conditionnement n'a pas mis en œuvre de coagulant, on constate sur la FIG 3 que la tension 31 croît tout d'abord rapidement et forme un pic de tension 31a à environ 80 V dans les premières minutes du test ; la tension redescend ensuite pour se stabiliser à partir de la dixième minute environ aux alentours de 50 V.
On remarque alors que la tension mesurée dans le cadre du test Tl, dont le conditionnement a mis en œuvre simultanément un coagulant et un polymère, suit une évolution totalement opposée à la tension 31 du test T0 puisque, après instauration du champ électrique, la tension 36 du test Tl diminue depuis sa valeur initiale au lieu de croître comme cela était le cas dans le test T0. La tension 36 atteint alors une valeur minimale de tension à environ 40 V et ne commence à croître de manière significative que plus tard, après 30 minutes de test environ, jusqu'à atteindre un plateau 36a à environ 50 V au bout de quarante minutes environ, avant de se stabiliser à une valeur comprise entre 30 et 40 V. Dès lors, on constate sur la FIG 4 que la température d'anode 32 du test TO croît beaucoup plus rapidement que la température d'anode 37 du test Tl puisqu'elle atteint une valeur de 40°C dès le début du test TO tandis que ce même seuil est atteint par la température d'anode 37 du test Tl après 15 minutes.
En conséquence, à l'issue de ce régime transitoire dont le comportement diffère entre le test TO et le Tl, on constate un décalage dans le temps des courbes de température : la température plafond de 70°C est ainsi atteinte après 45 minutes pour le test TO et après 120 minutes pour le test Tl. Ainsi, au total, l'électro-déshydratation dans le test selon l'invention Tl aura duré environ 75 minutes de plus que le test comparatif TO qui s'est terminé au bout de 45 minutes environ.
De plus, une mesure de la siccité en plusieurs points des gâteaux ainsi obtenus a révélé :
- pour le test TO, une valeur moyenne de siccité de 26±5%;
- pour le test Tl, une valeur moyenne de siccité de 38±7%
On constate donc en moyenne un gain de 12 points en siccité lorsque le conditionnement combine un polymère et un coagulant par rapport au conditionnement avec un polymère seul.
En outre, la consommation énergétique engendrée par chacune de ces électro-déshydratations a été mesurée au cours du test selon l'invention Tl et du test de référence TO.
Ces consommations énergétiques sont de 260 kWh/tEE pour l'électro-déshydratation conventionnelle du test T0 et de 140 KWh/tEE pour l'électro-déshydratation selon l'invention du test Tl soit une consommation énergétique diminuée de presque moitié.
Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention.
De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de déshydratation de boues, comprenant
une étape de conditionnement chimique (SI) de la boue à déshydrater (10) au cours de laquelle un adjuvant de floculation (11b) et un adjuvant de coagulation (lia) sont ajoutés à la boue (10), et
une étape d'électro-déshydratation (S4).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'adjuvant de floculation (11b) utilisé est un polymère du type floculant anionique, cationique ou non ionique.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, au cours de l'étape de conditionnement chimique (SI), la masse d'adjuvant de floculation (11b) ajoutée à la boue est comprise entre 1 et 25 kg de produit pur par tonne de matière sèche.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'adjuvant de coagulation (lia) utilisé est du type minéral.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'adjuvant de coagulation (lia) utilisé est du type organique.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, au cours de l'étape de conditionnement chimique (SI), la masse de produit pur de l'adjuvant de coagulation (lia) ajoutée à la boue est comprise entre 0,5 et 20% de la masse de boue sèche.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape d'électro-déshydratation (S4) est réalisée au sein d'un filtre- presse (20) comprenant au moins deux plateaux (21a, 21b), chaque plateau (21a, 21b) étant muni au moins d'une électrode (23a, 23b) et au moins un plateau (21a) étant muni d'un filtre (24), dans lequel le filtre- presse (20) réalise une compression de la boue (10) au cours de l'étape d'électro-déshydratation (S4).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape d'électro-déshydratation (S4) est réalisée, au moins initialement, à intensité constante puis la régulation à intensité constante est abandonnée au profit d'une régulation à tension constante lorsque la température au voisinage d'une électrode (23a) atteint une température seuil.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape d'électro-déshydratation (S4) est réalisée, au moins initialement, à intensité constante puis la régulation à intensité constante est abandonnée au profit d'une régulation à tension constante lorsque la tension atteint une valeur seuil
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel, au cours de l'étape d'électro-déshydratation (S4), la température de la boue au voisinage des électrodes (23a, 23b) ne dépasse pas une température plafond inférieure ou égale à 150°C, de préférence inférieure ou égale à 70°C.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre une étape de filtration (S2) réalisée avant l'étape d'électro-déshydratation (S4).
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre une étape de compression (S3) réalisée avant l'étape d'électro-déshydratation (S4).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la boue à déshydrater (10) est une boue biologique issue d'une station d'épuration.
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