Les Filieres de Traitement Des Boues

8/10/2019 Les Filieres de Traitement Des Boues

1/99

1. LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES

1.1 Prambule

C'est malheureusement une vidence, la quasi-totalit des procds d'puration des eauxuses urbaines, qu'ils soient biologiques ou physico-chimiques, conduisent la concentration

des polluants sous la forme de suspensions aqueuses on boues.

Les boues constituent des dchets volumineux puisqu'elles contiennent gnralement entre !et " d'eau et sont gnratrices de nuisances dans la mesure o# elles sont constitues pardes mati$res organiques fermentescibles et peuvent renfermer des substances toxiques %cas duraccordement au rseau urbain d'effluents industriels&.

Le probl$me des boues constitue une phase de la lutte contre la pollution qui s'av$re difficile,pour des raisons multiples rarfaction des terrains disponibles pour l'pandage ou le dp(t,ncessits et exigences de l'environnement et de l'hygi$ne publique, etc.

)ar ailleurs, il y a l'importance conomique de ce probl$me, qui s'illustre par le fait que leco*t tant en investissement qu en exploitation peut s'avrer tr$s lourd. )our des stations de+ + hab., les frais de premier tablissement reprsentent, selon le schma adopt

pour les boues, entre et ! " du traitement de l'eau et peut mme le dpasser dans certainscas %traitement de boues avec une incinration ou un schage thermique pour les stations desgrandes agglomrations, par exemple&.

L'exploitant devra trouver un schma de traitement pour se dbarrasser de ses boues dans desconditions conomiques acceptables, en respectant les contraintes aval impos par la solutiond'limination finale des boues susceptible de pouvoir tre propose.

Le choix de la fili$re de traitement dpendra la fois de la nature, de la composition et de latraitabilit des boues, de facteurs conomiques %disponibilit et co*t du terrain, main-d/0uvre,nergie, ractifs, etc.& et enfin de conditions locales %environnement, contraintesadministratives, etc. &.

1.2 Objecti! "e! ili#re! "e traiteme$t "e! b%ue!

Le traitement des boues est indispensable, pour rendre les boues plus vacuables et viter lesodeurs.

1lles sont caractrises par la concentration en mati$res s$ches %ou leur teneur en eau&, lanature de celles-ci %mati$res organiques fermentescibles&, leur teneur en mati$res volatiles,leur concentration en a2ote et phosphore %possibilits agricoles& et la rpartition de l'eaucontenue et leur viscosit a

3eux ob4ectifs finaux se retrouvent tou4ours dans le traitement des boues quelque soient ladisponibilit des terrains de dcharge et les facteurs conomiques

la rduction du pouvoir fermentescible de la digestion et la stabilisation, la rduction en volume par paississement et dshydratation, afin de les conditionner pour

leur vacuation en leur destruction %incinration& .

+


2/99

La digestion anarobie

5n utilise des bactries msophiles anarobies qui dtruisent la mati$re organique des bouesen produisant du mthane dans des conditions optimum vers -!6C.

Le chauffage est indispensable pour rduire le temps de s4our -7 4ours dans les

digesteurs fonctionnent des charges de ,8 + 9g pour permettre un certain paississement%procds un stade&.

3ans les procds en deux stades, on spare la production de mthane de l'paississement.3ans le digesteur primaire, les charges atteignent : :,! 9g ;


3/99

- rduction du pouvoir fermentescible %par voie biologique ou chimique& des bouesurbaines afin de limiter et annuler, les nuisances olfactives. 5n parle alors destabilisation,

- rduction du volume des boues, afin de faciliter leur manutention et diminuer les fraisen vue de leur limination finale.

Cette opration qui consiste assurer une limination plus ou moins pousse de l'humiditdes boues, est gnralement ralise en deux tapes

- une concentration prliminaire des boues par paississement

- suivie d'une dshydratation mcaniquefacilite par un conditionnement %chimique outhermique& pralable des boues.

)our la destination finale des boues dshydrates, on pourra %en fonction des propritsintrins$ques des boues, des possibilits locales d'limination et de considrations technico-conomiques& envisager l'une des trois solutions suivantes

- mise en dcharge,

- valorisation agricole,

- incinration.

Comme le met en relief le schma gnral ci-contre, la chaAne de traitement et d'liminationdes boues est constitue par un enchaAnement d'oprations lmentaires assurant une fonction

bien dtermine pour laquelle il existe un grand nombre d'options possibles, parmi lesquellesdoit tre fait le meilleur choix, en tenant compte des contraintes d'amont %nature,caractristiques et quantits de boues& et d'aval %possibilits locales d'limination& et cela aumeilleur co*t.

Fig. 1 - Filires de traitement des boues d'puration


4/99

Fig. 2 - Approche mthodologique en vue d'un choix rationnel d'une filire de traitement desboues

7


5/99

@chma gnral du traitement des eaux

!


6/99

2. &ARA&TERISATION DES BOUES URBAINES

2.1 Ori'i$e( $ature et c%m)%!iti%$ "e! b%ue! .

?l serait simpliste de croire que les boues urbaines sont toutes de nature identique. ?l faut aucontraire prendre conscience de l'extrme diversit de ces boues et de leur htrognit de

composition en fonction de leur origine.

Les boues d'puration sont le rsultat invitables du processus d'limination des mati$respolluantes contenues dans l'eau.

Les boues comprennent en fait des dchets de nature tr$s varies selon les tapes dutraitement et selon le procd de traitement pratiqu dans les installations.

5n peut distinguer comme dchets finals de l'puration

B. Les gadoues de fosses septiques issues de l'puration individuelle. Les dchets de dgrillageC. Les sables3. Les dchets de flottants et les graisses1. Les boues de dcantation primairesD. Les boues biologiques

L'limination de ces dchets se fait en dehors de la fili$re de traitement des eaux souvent enrelation avec la fili$re du traitement des dchets mnagers. @elon le choix de traitement quel'on fera, le traitement des boues sera adapt pour obtenir un produit capable la techniquevoulue.

Les r$gles qui s'appliquent l'limination de ces produits s'inscrivent donc gnralement dansle cadre rglementaire applicable aux dchets.

A. Les gadoues d'puration

Ces boues, dont la digestion anarobie est souvent bloque au stade de la fermentation acide,ce qui a pour effet de les rendre extrmement malodorantes, sont gnralement prleves pardes vidangeurs qui les aspirent en citerne tanche par aspiration sous vide. Ces vidangeurs,s'ils sont agrs par l'administration, ce qui est gnralement le cas, peuvent accdergratuitement en station d'puration quipe de fosses de rception ad hoc, pour tre traites en

mlange avec les eaux d'gouts.

La pratique de la reprise spare de ce dchet par rapport d'autres, comme des sdiments decuves d'hydrocarbures, n'est pas tou4ours parfaitement respecte et le traitement en stationrequiert une surveillance attentive de la part des exploitants.

La pratique de l'pandage agricole de ces produits existe galement mais elle peut tre lacause d'un EsalissementE des sols agricoles, compte tenu de ce que ces gadoues contiennent degrandes quantits d'ob4ets non biodgradables d'usage mnager, qui sont encore trop souventvacus par les sanitaires.

F


7/99

B. Les dchets de dgrillage

Ces dchets s'apparentent aux dchets mnagers et sont limins par la mme fili$re enfouissement ou incinration.

C. Les sables

Ces produits extraits l'entre des installations d'puration pour protger la machinerie enaval de l'abrasion et de la sdimentation, sont souvent tr$s abondants l'aval des rseauxunitaires en priode d'averse intense. ?ls contiennent en outre bien d'autres ob4ets que des

produits minraux, notamment les feuilles en automne.

?ls sont d$s lors beaucoup trop souvent contamins en mati$res organiques et suspects decontenir trop de mtaux lourds %particules de pneus, plomb des antidtonants, & pour trevaloriss.

Gn lavage et un tri peut tre pratiqu pour permettre leur vacuation avec les remblais

liminer ou valoriser mais ces initiatives restent au4ourd'hui ponctuelles, car considrescomme trop co*teuses.

D. Les dchets de flottants et les graisses

3ans les petites et moyennes installations d'puration, les surnageants de dgraissage sont enquantit trop faibles pour 4ustifier l'investissement sur le site d'un traitement spcial.Houtefois, partir d'une taille de quelques di2aines de milliers d'quivalents habitants, untraitement spcifique de lipolyse biologique est men in situ dans un bassin racteur ad hoc.)ar voie arobie et moyennant a4out de nutriments et de neutralisants, on arrive une

biodgradation suffisante pour liminer la ma4orit des corps gras.

E. Les boues de dcantation primaires

Le probl$me pos par ces mati$res brutes est leur haute fermentescibilit qui les difficiles manipuler dans l'environnement agricole en raison des odeurs puissantes qu'elles dgagent etde leur contenu en microorganismes d'origine humaine.

Bvant leur dshydratation, on pratique leur stabilisation %minralisation partielle& par la voiede la digestion anarobie.

F. Les boues biologiques

Comme les boues primaires auxquelles elles sont mlanges, lorsqu'elles coexistent, ellesdoivent tre stabilises et dshydrates.

La stabilisation est obtenue sparment du traitement d'eau lorsque les procds produisentdes boues tr$s riches en mati$res organiques. Ce n'est pas le cas pour les traitements enaration prolonge ou avec limination de I et de ) qui produisent des boues plus pauvres enmati$res organiques.

1lles doivent aussi tre dbarrasses d'une partie de leur eau, car l'humidit des boues

extraites est en effet, l'extraction des appareils d'puration, proche de ". L'conomie dutransport vers les sites d'limination ou de valorisation impose donc une rduction de volumeque l'on obtient en vacuant l'eau.

J


8/99

Cette rduction se fait en plusieurs tapes

l'paississement, o# la teneur en eau est ramene F ", ce qui reprsente une diminutionde volume de J!",

la dshydratation qui est mcanise partir d'une taille de station suprieure ! 1Kmais qui est ralise sur lits drainants pour les petites stations d'puration locales.

La dshydratation permet d'atteindre la siccit d'un produit E pelletable E minimum : - :!"de mati$res s$ches soit encore J!" 8" d'eau. La rduction de volume obtenue par rapportau stade prcdent est tr$s grande et atteint 8" au moins.

)ar habitant, la quantit brute annuelle de boues produites : " de mati$res s$ches est enmoyenne de ! 9g.

3ans le cas de station d'puration traitant des eaux uses ma4oritairement domestiques, lacontamination des boues en mtaux lourds, toxiques pour de nombreux organismes dansl'environnement, reste limit ce qui provient de l'accumulation des mtaux lourds diffus et

concentrs par le procd d'puration lui-mme. Certaines contaminations particuli$respeuvent lier des activits industrielles plus ponctuelles, actuelles ou passes. Le contr(le deces param$tres est men de mani$re continue par chantillonnage des boues produites, en vued'une valorisation en agriculture.

La rglementation Bllemagne adopte est plus sv$re ce su4et que les directives europenneset son respect garantit une pratique la fois favorable aux intrts agricoles etenvironnementaux.

1n pratique, la valeur agronomique de la boue brute est celle d'un fertilisant a2ot et celle d'unbon amendement calcaire lorsque est chaule. Les teneurs en humus qu'elles apportent sontfaibles, vu qu'ils s'agissent d'un produit issu d'une dgradation biologique produite dans letraitement d'eau. B cet gard, les boues primaires brutes ont une valeur plus leve.

Les doses appliques qui sont gnralement de l'ordre de :! H par application en tted'une rotation agricole de ans, sont plut(t dtermines par le respect d'une dose d'a2otemaximale ou de valeur neutralisante en cas de produits chauls.

Bctuellement, pr$s de 8" des boues produites en Bllemagne sont valorises en agriculture,essentiellement en grande culture de produits destination industrielle. Le reste est limin

par enfouissement technique soit parce qu'il ne convient pas la valorisation, soit parce que le

terroir agricole ne permet pas une valorisation rationnelle, lorsque les dchets d'levage sontabondants ou que les boues ne sont pas produites de faon rguli$re.

La composition d'une boue urbaine dpend la fois de la nature de la pollution initiale del'eau et des procds de traitement auxquels elle a t soumise. 5n pourra distinguer ainsi

- les b%ue! )rimaire!provenant d'une sparation physique des mati$res en suspensiondcantables organiques et minrales,

- les b%ue! )*+!ic%,c*imi-ue! qui renferment la quasi totalit de la pollution enleve al'eau, ainsi que les quantits de ractifs qui se retrouvent dans les boues sous forme

d'hydroxydes mtalliques ou de prcipits minraux %carbonate, phosphate, etc. &,

8


9/99

- les b%ue! bi%l%'i-ue! issues de la mtabolisation de la pollution organique biodgradablesoluble et colloMdale, lors d'une puration mettant en oeuvre une culture bactrienne libre%boues actives& ou fixe %lit bactrien, biofiltre&.

?l faut noter que ces boues biologiques auront une composition diffrente en fonction de lanature du substrat dgrad, de la charge de fonctionnement du racteur biologique, du

traitement de stabilisation %arobie ou anarobie& ventuellement pratiqu.

La classification suivante pourra tre propose

- boues fraAches mixtesN mlange de boues primaires et de boues actives d'une station fonctionnant haute oumoyenne charge,N mlange de boues primaires et de boues provenant de lits bactriens ou biofiltres

- boues actives issues d'un traitement en aration prolonge,

- boues digres de boues primaires ou de boues fraAches mixtes par voie arobie ou voieanarobie.

)our des raisons sensiblement identiques celles expliquant leur htrognit decomposition, il faut savoir que le bilan volumique et massique est tr$s variable d'une boueurbaine l'autre.

Les quantits de boues produites dpendront de la nature et des caractristiques physico-chimiques des eaux urbaines, du conditionnement chimique appliqu dans le cadre d'unepuration physico-chimie, du type de traitement biologique mis en oeuvre %boues actives oulits bactriens selon des procds haute, moyenne ou faible charge&, de la stabilisation

%chimique ou biologique& pratique sur les boues et du type d'appareillage de sparation%dcantation statique, lamellaire ou aroflottation& mis en oeuvre.

Ious faisons figurer dans le tableau ci-apr$s les quantits moyennes de boues rapportes l'habitant, produites lors de l'puration d'eaux urbaines selon les diffrentes fili$resgnralement pratiques.

ableau. 1 - !ilan massique et volumique des boues urbaines.

5n peut dire en conclusion que la variabilit des boues urbaines est telle que leurcaractrisation apparaAt comme, fondamentale pour le choix de la mthode de traitement qui


10/99

leur est applicable, ainsi que pour la prvision des performances pouvant tre atteintes chaque stade du schma de traitement.

2.2 &aractri!ti-ue! )*+!i-ue! et c*imi-ue! '$rale! "e la b%ue

?l s'agit de caractristiques gnrales relatives chacune des deux phases constitutives, qui

s'av$rent tre d'utiles points de rep$re.

Caractristiques de la phase solide

- concentration en mati$res s$ches de la boue obtenue par schage +!6C d'unchantillon de boue ensuite pes,

- teneur en mati$res volatiles %;.


11/99

Gn certain nombre de notions sont utilisables pour dcrire l'tat physique d'une boue lorsqu'onveut assurer sa manutention. ?l s'agit de

- la liquidit,

- la plasticit %aptitude a la compaction&,

- la friabilit,

- l'adhrence,

- le comportement sous agitation, etc.

3es travaux rcents ont permis de dfinir des tests de caractrisation spcifiques, permettantde ranger une boue dtermine parmi trois tats physiques conventionnels liquide, plastique,solide avec retrait %friable&.

Ious rsumons dans le tableau ci-apr$s les relations qui existent entre les grandeurscaractristiques de chacun des tats physiques et le comportement de la boue lors de samanutention.

ableau 2 "aractrisation de l'tat ph#sique des boues

2. Facteur! caractri!a$t la !tructure "e! b%ue!

3u point de vue structurel, les boues urbaines doivent tre considres comme de vritablessyst$mes colloMdaux dont la forte stabilit est dtermine par la nature des proprits desurface des colloMdes et par les interactions entre particules.

!iscosit apparente en rapport a"ec le comportement rhologique

Les suspensions boueuses ne sont pas des liquides neQtoniens la valeur trouve pour laviscosit est toute relative et dpend de la contrainte de cisaillement applique.

)our les boues urbaines, on peut dfinir une viscosit dite de inghani pour une contraintecaractristique H %en dyne=cm:& .

La viscosit peut tre considre comme une mesure de l'intensit des forcesinterparticulaires. 1lle permet d'valuer le caract$re thixotropique d'une boue %aptitude de la

++


12/99

boue se prendre en masse en l'absence de brassage et redevenir fluide sous une agitationmodre&.

#ature de l'eau contenue dans la boue

L'eau est contenue dans une boue urbaine sous deux tats

- l'eau libre, asse2 facilement liminable,

- l'eau lie ou combine comprenant l'eau d'hydratation colloMdale, l'eau capillaire, l'eaucellulaire et chimique lie.

Fig. $ - "ourbe dfinissant le comportement rhologique d'une boue

?l apparaAt que l'aptitude plus ou moins grande la dshydratation est dfinie par la structuremme des boues, dans la mesure o# les particules lmentaires qui les constituent poss$dentune capacit d'absorption de l'eau tr$s variable, fonction de leur nature et de leur composition

physico-chimique.

5n peut valuer les forces de liaison de l'eau avec les particules par des tudesthermogravimtriques.

L'tablissement de thermogrammes %figure 7& partir des boues permet d'estimer les quantitsd'eau qu'elles contiennent, en particulier - l/eau libre quantit liminable vitesse constante de schage %@L tant la siccit de la

boue apr$s la perte de cette eau&,- l/eau lie quantit d'eau restant dans la boue au premier point critique @L.

Fig .% - "ourbes thermogravinitriques dfinissant la nature de l'eau dans les boues

+:


13/99

?l s'av$re que l'aptitude la dshydratation est d'autant plus difficile que le caract$rehydrophile de la boue est plus marque et, plus prcisment, que l'eau lie par rapport lamati$re s$che et l'nergie de liaison relative de l'eau absorbe sur les particules, sont plusimportantes.

2.0 &aractri!ti-ue! "e b%ue! l/)ai!!i!!eme$t

Dtermination des grandeurs caractristiques de l'aptitude des boues $ l'paississement

gra"itaire

Ious rappellerons que la quasi-totalit des boues, par suite de leur concentration leve enmati$res solides, donne lieu une sdimentation freine caractrise par la formation rapided'un interface net entre le liquide clarifi et la phase boueuse.

L'utilisation d'un dispositif exprimental tr$s simple cylindre rempli par le bas, de + m dehauteur et d'au moins : cm de diam$tre, permet de tracer la courbe de dcantation statiqueh O f %t& %hauteur de l'interface en fonction du temps&.

Conformment la thorie de Rynch, on en dduit la courbe


14/99

d'paississement pouvant tre obtenues l'chelle industrielle dans des conditions defonctionnement bien dfinies.

2. &aractri!ti-ue! "e b%ue! !%umi!e! la !tabili!ati%$

La notion de stabilisation rside essentiellement dans l'limination ou la destruction acclre

et contr(le d'une partie des mati$res organiques et, plus prcisment, des mati$res volution bactrienne rapide, de faon obtenir un reliquat stabilis, humus vitesse dedcomposition lente sans missions d'odeurs dsagrables.

)lusieurs mthodes d'apprciationde la stabilit biologique d'une boue peuvent tre utilisesau stade du laboratoire.

%thodes chimiques

1lles consistent suivre l'volution en milieu arobic ou anarobie du taux de ;< des bouesen fonction du temps pendant une dure asse2 longue telle que + a +! 4ours %digestion

arobic& et 4usqu' F 4ours pour la digestion anarobie.

La rduction S des mati$res organiques se calcule par la formule

o# m+, et m:sont respectivement les pourcentages %les mati$res minrales dans les bouesfraAches et stabilises.

%thodes biochimiques

B ce groupe de mthodes appartiennent la dtermination de l'BH) et celles de diffrents typesd'activits en2ymatiques.

La dtermination de l'BH) %adnosine - triphosphate& qui s'effectue par la mthode de lalucifirne-lucifrase permet une valuation prcise des biomasses. )our tre significative, lavaleur de lTBH) trouve devra tre rapporte la teneur de la boue en ;


15/99

- la rsistance spcifique la filtration % &,

- le coefficient de compressibilit du g>teau de filtration %s&.

Les essais de floculation du type 4ar-test sont insuffisants pour dfinir le syst$me deconditionnement chimique le plus appropri. ?l faut se garder de croire qu'une excellente

floculation assure forcment une bonne filtrabilit de la boue.

)our permettre la slection des meilleurs ad4uvants de conditionnement %surtout pour lesractifs polymriques& ou dfinir les meilleures conditions d'autoclavage %temprature, durede cuisson&, on pourra utiliser avec succ$s le test de filtrabilit par succion capillaire%mise enoeuvre de l'appareil Hriton 1lectronics&.

Ce test tr$s rapide permet, en conditionnant la boue avec une large gamme de floculants,d'tablir des courbes traduisant l'abaissement du temps de succion capillaire en fonction d'una4out croissant de ractifs, dont la comparaison rend tr$s ais le choix du floculant le plusefficace.

E"aluation de l'amlioration des performances de filtration

Bfin d'optimiser le conditionnement dfini pralablement %c'est--dire les dosages appliquer& et valuer l'amlioration des performances de filtration, on aura recoursobligatoirement aux essais de filtration de laboratoire pour dterminer les param$tres defiltrabilit qui permettront de suivre l'volution de l'tat colloMdal de la boue dstabilise dansdes conditions bien dfinies.

B partir des valeurs de rsistance spcifique % & et de compressibilit %s& dtermines

l'chelle du laboratoire, on pourra calculer le temps de pressage %filtre sous pression& et lacapacit de filtration %filtre sous vide& par des expressions dduites de l'intgration del'quation de Carman.

?l convient de prciser cependant qu'une exprimentation semi-industrielle %utilisationd'installation pilote& est tou4ours souhaitablepour dimensionner une installation de filtrationsous vide ou sous pression, car elle permet de vrifier les capacits de filtration calcules

partir des essais de laboratoire et de prciser avec plus de rigueur les conditions defonctionnement en permettant en particulier le choix du support filtrant.

Cette exprimentation en pilote est d'ailleurs absolument indispensable pour dimensionner un

filtre bande industriel, car il n'existe notre connaissance aucun test de laboratoire quirepose sur une relation mathmatique intgrant ensemble des processus intervenant dans unefiltration par pression progressive.

2.3 &aractri!ti-ue! "e b%ue! !%umi!e! la "!*+"ratati%$ mca$i-ue )arce$triu'ati%$

%thodes d'"aluation de l'aptitude $ la dshydratation des boues par centrifugation

?l n'existe pas vrai dire dans le domaine de la centrifugation, comme c'est le cas en filtration,de relations mathmatiques permettant de dterminer les param$tres fondamentaux del'aptitude la centrifugation d'une boue, susceptibles d'tre utilises pour valuer les

performances et les conditions d'exploitation d'une centrifugeuse industrielle.

+!


16/99

5n peut cependant se baser utilement sur un certain nombre de tests de laboratoire quis'av$rent une premi$re approche dans la caractrisation du comportement d'une boue vis--visde la centrifugation.

Les essais sur centrifugeuse de laboratoire ne peuvent fournir que quelques indicationsconcernant

- l'homognit ou l'htrognit du culot de centrifugation, qui affecte considrablementle rendement de centrifugation industriel. Gne htrognit de la boue, du point de vuetaille ou densit des mati$res en suspension, provoque une sparation slective l'intrieurde la centrifugeuse. Ce phnom$ne est notablement rduit par le conditionnementchimique,

- le volume du culot de centrifugation, qui permet de prvoir le volume de phase solide extraire de la centrifugeuse et, par consquent, de choisir une vitesse adquate pour leracleur hlicoMdal de la machine,

- l'humidit ou la siccit du culot de centrifugation obtenu haute vitesse et dans desconditions reproductibles, qui donne une ide de la liaison entre l'eau et la mati$re solidedans la boue.

Les travaux de S.S.B.


17/99

)our dimensionner l'installation de dshydratation, valuer prcisment les performancespouvant tre obtenues par un dcanteur-centrifuge, et dterminer les conditions optimalesd'exploitation, il faut cependant obligatoirement raliser une exprimentation sur machineindustrielle ou ventuellement sur un appareillage pilote permettant l'extrapolation.

?l conviendra par ailleurs de procder au choix du type de machine utiliser, en fonction des

proprits physico-chimiques et structurelles de la boue traiter.

Ce choix est dlicat effectuer a priori, car toutes les machines fabriques par les diffrentsconstructeurs poss$dent des param$tres constructifs qui leur sont propres et dont dpendentvidemment les performances de centrifugation pouvant tre obtenues.

?l est important de signaler par ailleurs que l'obtention de performances optimales decentrifugation pour chaque type de machine ncessite un rglage 4udicieux des param$tresEmachineE %vitesse absolue du bol, vitesse relative du racleur, etc. &, et une adaptationrigoureuse des param$tres oprationnels %dbit d'alimentation en boue, conditionnement

polymrique, etc. & la nature de la mati$re boueuse dshydrater.

2.4 &aractri!ati%$ "e! b%ue! e$ 5ue "e leur limi$ati%$ i$ale

Les, modes d'limination finale des boues rsiduaires sont gnralement limits

- la valorisation par utilisation agricole,

- la mise en dcharge,

- l'incinration.

Le choix entre les diverses possibilits dpend la fois des caractristiques des boues et demultiples conditions locales.

)eneur en lments fertilisants

L'utilisation des boues en agriculture prsente des intrts agronomiques

- apport d'lments minraux faisant le plus souvent dfaut dans le sol IK7V, RV, )7-,I-,

- apport de mati$res humig$nes pouvant compenser les pertes d'humus dues a uneexploitation intensive.

L'intrt agricole d'une boue pourra donc tre dfini partir de la connaissance des grandeurssuivantes

- teneur en a2ote, phosphore, carbone, potassium,

- valeur du rapport C=I %qui devrait tre infrieur :&,

- tat physique de la boue, qui conditionne son mode d'pandage.

Les boues sont classes, du point de vue de leur valeur agronomique, en fonction des rapport;ati$res


18/99

)eneur en substances nuisibles ou toiques

Certains composs contenus dans les boues peuvent tre pr4udiciables l'utilisation agricolemme si leur valeur agronomique, dtermine par les crit$res ci-dessus, est certaine.

Ce sont

- les polluants organiques du type pesticides, hydrocarbures, solvants chlors, dtergents,graisses, etc. dont la recherche analytique est souvent dlicate,

- la prsence de germes pathog$nes, bactries, virus, vers, larves de parasites lorsque lesboues sont susceptibles d'entrer en contact avec des vgtaux usage alimentaire,

- et surtout les mtaux lourds caract$re toxique.

B l'heure actuelle, la concentration des mtaux est facilement dterminable parspectrophotomtrie d'absorption atomique, apr$s minralisation et solubilisation des

chantillons.

La norme franaise IDG 77-7+ de 4uillet +8! prescrit qu'aucune teneur des boues en l'undes lments mtalliques ne doit dpasser le doublede la teneur de rfrence correspondante,de mme que pour la somme des teneurs en chrome, cuivre, nic9el et 2inc. Les valeurs derfrence des teneurs en mtaux dans les boues %en mg=9g ;@& sont rsumes dans le tableauci-apr$s

&lments eneurs mg(g )*de rfrence

"admium 2+"hrome 1+++

"uivre 1+++)ercure,ic(el 2++lomb ++*lnium 1++/inc $+++"hrome 0 cuivre %+++0 ni(el 0 inc

ableau $ - aleur de rfrence des teneurs en mtaux dans les boues

Les quantits maximales d'application pour l'pandage des boues sont fixes t de ;@=hasur + ans pour la teneur en lments mtalliques de rfrence.

Les boues ne devront pas tre pandues sur des sols dont le pK W F peut conduire une fortemobilit des mtaux, ni sur des sols dont les teneurs en un ou plusieurs lments tracesexc$dent les valeurs ci-apr$s

3ments eneurs maximalesobserves dansle sol 4mg(g )*5

"admium 2"hrome 16+"uivre 7++

)ercure 1,ic(ellumb 1++

*elenium 1+/inc $++

ableau % - aleurs des teneurs maximales observes dans le sol

+8


19/99

%ise en dcharge des boues rsiduaires

La mise en dcharge de dchets, quelle que soit leur nature s'accompagne de phnom$nescomplexes relevant des interactions entre les constituants des boues, l'eau qu'elle contienne ou

provenant d'un apport extrieur et enfin + sol et le sous-sol 4ouant le r(le de milieu rcepteur.

E"aluation globale des risques de mise en dcharge

?l est possible d'obtenir une note globale, dont la valeur permettra d'estimer l'aptitude d'un site la mise en dcharge d'un type de boue dtermin, en pondrant les diffrents param$tresrelatifs tarit la boue qu'au site de dcharge lui-mme.

La difficult consiste estimer le poids relatif des diverses caractristiques, intgrer certainsaspects non quantifiables et collecter les donnes ncessaires un co*t raisonnable.

Liste des param&tres caractristiques de la boue

3ans l'hypoth$se o# le site envisag pour la mies en dcharge ou l'pandage ne donne pas desgaranties totale les facteurs de risques a prendre en compte sont en ce qui concerne la naturedes dchets les suivants

- T%6icit "irecte vis--vis de l'esp$ce humaine par de contaminants minraux ouorganiques dont les effets toxicologiques sont connus et valus par l'indice de @BX.

- T%6icit i$"irectepar l'intermdiaire de l'eau vis--vis de l'homme %ce facteur peut trevalu pour chaque substance identifiable en se reportant aux normes de potabilitnationales ou de l'5;@&,

de la vie aquatique et l'auto-puration,et des plantes.

- Pat*%'$icit "u )%i$t "e 5ue bactri%l%'i-ue et 5ircl%'i-ue dont l'valuation asse2dlicate doit tre aborde par le biais de l'analyse microbiologique.3oivent entrer dans la dfinition de ce facteur les pan m$tres tels que

l'identification et la numration des pathog$nes,la virulence des organismes, leur survivance dans le milieu naturel air eau, sol&,les formes d'existence possibles %spores. etc ... &.

- Stabilit "e la b%ue sur le )la$ bi%l%'i-ue l'analyse de la biodgradabilit %facteur 4ouant dans unsens favorable& peut tre effectue par des mesures de la concentration en biomasse oumieux d'un constituant spcifique de celle-ci l'BH) et de l'actvit en2ymatiquehydrolytique du milieu, sur le )la$ c*imi-ue. l'examen de la stabilit est indispensable dans le cas o#le dchet contient des mtaux lourds susceptibles d'tre librs dans les eaux de

percolation par sui de phnom$nes d'hydrolyse ou de dcomposition chimique.)our valuer ce risque, on peut pratiquer en laboratoire d tests de lixiviation sur les

boues, par mise en contact ou percolation avec de l'eau pure %eau distille& ou avec dessolutions simulant une eau de pluie contamine par de la pollution atmosphrique oudes eaux charges en produits de dcomposition de mati$res organiques, en milieu

arobie ou anarobie.

+


20/99

L'limination des boues par incinration

L/limination d'une boue par incinration ncessite que soient connues ses caractristiquesvis--vis

- "e! c%$"iti%$! "e !t%c7a'e et "e ma$ute$ti%$ %aspect physique, comportement

mcanique de la boue, valuation de son agressivit vis--vis des matriaux, de sonvieillissement, etc. &,

- "u bila$ t*ermi-ue pouvoirs calorifiques, infrieur %)C?& et suprieur %)C@&.

La bonne marche thermique de l'incinrateur est surtout conditionne par la valeur du )C?%exprime en Rcal=9g, ;@ ou ;


21/99

aramtres echniques8&,&9A:7&*rincipales substances prsentes ;uestionnairersence ventuelle de toxiques non dcelables < l'anal#se ph#sico-chimique &nqu=teclassique 4virus> anticoagulants5Fluidit ? 4pompable> pelletable &ssais&volution des caractristiques ph#sico-chimiques en fonction dit temps> @bservationsde la temprature> de la lumire> de l'ox#gne de l'eau"aractre agressif du dchet vis-


22/99

TRAITEMENT DE STABILISATION DES BOUES

)our assurer la rduction du pouvoir fermentescible des boues issues de l'puration biologiquedes effluents urbains, on proc$de leur stabilisation par des procds biologiques %arobies ouanarobies& chimiques ou thermiques.

.1 Di'e!ti%$ aer%bie

*rincipe

Y cause de sa simplicit, la digestion arobie est le procd de stabilisation prfr pour lesstations de petite ou de moyenne grandeur.

La digestion arobic ne diff$re gu$re, en principe, du traitement secondaire arationprolongeZ dans les deux cas, il s'agit de soumettre la masse bactrienne au rgime derespiration endog$ne, c'est--dire en phase de dclinZ le taux de mortalit est alors suprieurau taux de croissanceZ les bactries survivantes mtabolisent leurs rserves ainsi que lesmati$res libres par les bactries dtruitesZ il s'ensuit une rduction des mati$res solidesvolatiles de : ! ".

L'appareillage peut comprendre un bassin d'aration ainsi qu'un dcanteur fonctionnant encontinu ou, dans les stations plus modestes, un simple bassin d'aration fonctionnant de faonintermittente. 3ans ce cas, on interrompt l'aration et l'agitation environ une heure avant le

pompage des boues fraAches afin de permettre aux vieilles boues de se dposer. B l'arrive desboues fraAches, un volume quivalent de liquide surnageant se dcante et retourne en tte de lastation ou l'amont du traitement secondaire. L'vacuation des boues stabilises est

priodique.

Le digesteur arobie n'est pas chauffZ il doit, en revanche, tre conu de faon conserver leplus de chaleur possible. La teneur en oxyg$ne des boues doit se situer entre + et : g=m et ladure de s4our des mati$res solides %l'>ge des boues& entre 7! et + 4ours, selon latemprature des boues et le degr de stabilisation exig. Y cet gard, le taux spcifique derespiration de la boue stabilise peut tre un crit$re utile.

Ce procd consiste arer la boue pendant une priode prolonge au cours de laquelle lesmicro-organismes arobies, placs en phase de respiration endog$ne, dgradent les mati$resorganiques existant librement ou stoc9es dans la masse bactrienne. La disparition de lamasse active suit une loi exponentielle

; O ;oe-bt

avec b O ,+8, si t est exprim en 4ours

Comme tout processus biologique, la stabilisation arobie est fortement influence par latemprature. La dure de s4our des boues en aration est au minimum de + 4ours :6C, etde +7 4ours +:6C.

Cette technique est utilise pour le traitement des boues. 1lle transforme la mati$re organiquedes boues rsiduaires par action bactrienne. 1lle peut tre utilise pour le traitement des

dchets agricoles %fumier de btail, rsidus de rcoltes...&.

::


23/99

Les boues fraAches sont laisses fermenter dans le digesteur. ;alaxes avec le ga2 dedigestion et chauffes, les boues s4ournent pendant une cinquantaine de 4ours et abandonnentune partie de leur humidit. @ous l'effet des ferments anarobies qui se dveloppent au sein dela masse boueuse, certaines mati$res organiques sont dissocies en mati$re minrales et enga2.

La digestion a lieu dans des digesteurs qui sont des enceintes fermes. L'isolation est obtenuegnralement avec une double paroi, l'espace intermdiaire tant vide ou rempli d'isolant%laine de verre, matriau expans&. 3es parois composites sont aussi ralises sur de grandsouvrages.

Le dmarrage d'un digesteur est facilit par l'ensemencement avec des boues digresprleves dans une autre installation. Ceci implique un brassage intense, mcanique ou parinsufflation de ga2 de digestion.Ce brassage multiplie les chances de rencontre entre micro-organismes et mati$res dgrader. ?l permet aussi d'homogniser la temprature.

[uant l'alimentation en boues fraAches, elle doit tre aussi rguli$re que possible et les eaux

surnageantes sont soutires priodiquement et ramenes en tte de la station.

La temprature doit varier asse2 peu, les valeurs optimales tant voisines de J6C %digestionmsophile& ou de !!6C %digestion thermophile&. 3ans ce dernier cas, la dgradation desmati$res est parfois plus rapide mais irrguli$re le bilan nergtique est moins favorable et le

procd plus sensible aux variations de charge. Les meilleurs rsultats sont atteints lorsque latemprature est rgule.

La dure de s4our des boues ne doit pas tre infrieure + ou +: 4ours avec les installationsquipes parfaitement, et :! ou 4ours dans le cas contraire pour respecter un taux dedilution infrieur au taux de croissance des micro-organismes. ;ais de faon gnrale, cetemps varie selon la temprature et aussi selon le pourcentage de mati$res volatiles contenuedans les boues.

Gn digesteur doit normalement tre quip de dispositifs de contr(le du dbit de ga2, de lateneur des ga2 en ga2 carbonique %:! !" de C5:&.

L'apport de chaux peut compenser une tendance acidification, mais il faut surtout dceler lesamorces de fermentation acide.

Cette digestion conduit donc un mlange de ga2 %bioga2 CK7V C5: on peut obtenir 4usqu'

J" de mthane&, mlange combustible qui peut tre rcupr dans une cloche ga2omtriquesurmontant le digesteur et relie un ga2om$tre de stoc9age ou dans des sph$res souspression de quelques bars. Gne partie du ga2 %apr$s limination de C5:par lavage& est utilisepour le chauffage et le malaxage du digesteur.

+sage

Le plus ancien type de digesteur de boues est la fosse deux tages, ou fosse ?;K5DD,combinant un dcanteur primaire dans sa partie suprieure et un digesteur non chauff dans sa

partie infrieure. ?l tait principalement adapt aux petites installations et n'est pratiquementplus utilis au4ourd'hui.

:


24/99

%ise en oeu"re

La digestion arobie peut se mettre en 0uvre dans le bassin d'aration lui-mme dans le casdes procds d'puration en Earation prolongeE ou dans un bassin spcialement amnag cet effet avec les boues en exc$s ou les boues fraAches %boues primaires V actives&.

?l faut noter que l'obtention d'une bonne stabilisation des boues n'est pas dpendanteseulement du temps de s4our, mais aussi de la charge volumique en mati$res s$ches volatilesintroduites exprimes en 9g ;


25/99

.2 Di'e!ti%$ a$ar%bie

*rincipe

La digestion anarobie est le procd traditionnel de stabilisation des boues provenant desdcanteurs. ?l s'agit de soumettre la masse organique un processus de fermentation faisant

appel aux bactries anarobies. 1tant donn la lenteur relative de la fermentation anarobie,on maintient habituellement le digesteur une temprature de ! J6C.

1n rgime discontinu, la stabilisation des boues a lieu en deux tapes

La fermentation initiale est dit acideI au cours de cette tape, les mati$res solidesbiodgradables sont solubilises, puis dgrades par un certain groupe de bactriesmsophiles, anarobies ou facultativement anarobies dont acillus, 1scherichia,1nterobacter, )roteus et certaines esp$ces du genre ClostridiumZ il s'ensuit une abondanteformation d'acides organiques de simple structure %les acides volatils5> d'acides amins etd'alcoolsZ laisse elle-mme, cette phase donne lieu une importante baisse du pKZ

La seconde tape se caractrise par une abondante formation de mthane d'o# le nom defermentation mthanique. )armi les bactries mthanig$nes, on rencontre les;thanobactrium, les ;thanococcus et les ;thanosarcinaZ on a identifi, de plus,certaines esp$ces du genre Clostridium. 3urant cette tape, il y a formation de C5: %qui esten grande partie rduit en mthane, CK7&, d'ammoniac, d'hydrog$ne sulfur et d'hydrog$ne.La destruction des acides et la formation d'ammoniac tendent relever le pK et acclrerl'action des bactries.

1n rgime continu, avec apport constant de boues fraAches, ces deux types de fermentation sepoursuivent simultanment.

Gne production abondante de ga2 est signe d'une fermentation activeZ ces ga2 sont constitusJ " de mthane et environ :8 " de C:auxquels s'a4outent de l'hydrog$ne et del'hydrog$ne sulfur. Ce mlange est combustible et peut servir au chauffage des b>timents etdu digesteur lui-mme.

Gne digestion bien russie exige une dure de s4our des boues de + :! 4ours, elle donnelieu une rduction d'environ !" des mati$res solides volatiles,, et la formation d'environ, m de ga2 par 9ilogramme de mati$re dtruite

5n peut acclrer la digestion des boucs en faisant fonctionner le digesteur en rgimethermophile> c'est--dire dans l'intervalle 7!-F6CZ ce mode opratoire est cependant moinsconnu et est plut(t co*teux en chauffage.

Description de l'appareillage

Le digesteur anarobie est habituellement un bassin cylindrique fond conique, muni d'uncouvercle fixe ou flottant, assurant l'tanchitZ le couvercle est surmont d'une cloche verslaquelle convergent les ga2 et d'o# ils sont vacus %figure ++&.

:!


26/99

Figure 11 - 3igesteur anarobie

5n maintient habituellement la temprature du digesteur dans la rgion msophile %!6C&gr>ce un changeur de chaleur, le recyclage des boues travers l'changeur permet de lesmlanger avec les boucs fraAches et, par leur retour au-dessus de la masse liquide, de briser lechapeau d'cumes qui tend s'y former.

Bfin de minimiser les pertes de chaleur, le digesteur doit tre pourvu d'une isolation

thermique. La conduite d'vacuation des ga2, elle, doit tre munie d'un dispositif anti-flammeet d'un limiteur de pression et de vide.

Le digesteur anarobie peut fonctionner de deux faons

Bvec un brassage minimeZ dans ce cas, il y a paississement des boues dans la partieinfrieure du digesteur et formation d'une couche de liquide clair surmonte d'un chapeaud'cumesZ l'alimentation en boucs fraAches est intermittente et donne lieu un dplacement duliquide clair surnageant qui retourne en tte de la stationZ les boucs stabilises sont soutires

priodiquement il s'agit du digesteur < charge mo#enneI

Bvec un brassage vigoureux visant homogniser le contenuZ on obtient le brassage voulupar divers moyens tels que la recirculation des boucs et des ga2Z ce mode opratoire exigel'emploi d'un deuxi$me bassin %ou digesteur secondaire& servant d'paississeur et de bassin destoc9age, dans lequel, par surcroAt, la digestion tend se complterZ l'appareillage porte alorsle nom de digesteur < forte chargeI

#ormes d'eploitation

Les principaux param$tres contr(ler sont les suivants

- La temprature de digestion, habituellement voisine de !6CZ

- La dure de s4our des boues digesteur charge moyenne : :! 4oursZ digesteur forte charge + +! 4oursZ

- La charge volumique l'apport de boucs fraAches se situe pr$s des valeurs suivantes,exprimes en 9ilogrammes de mati$res solides volatiles, par)$ de digesteur, par 4our

digesteur charge moyenne +,Z digesteur forte charge 7, Z

- Le pK des boues en voie de digestion pr$s de J,Z et leur teneur en acides volatilsinfrieure ! mg=LZ

:F


27/99

- Le dbit du ga2 dgag ,8 l\)$par 9ilogramme de mati$res solides volatilesdtruites, ou environ , ;=hab.dZ

- La composition du ga2 il doit contenir pr$s de J " %par volume& de mthaneZ les valeursinfrieures sont signe d'une stabilisation incompl$te %un appareil d'analyse est souventincorpor dans le circuit&Z

- Le volume des boues stabilises la teneur en eau de ces boues se situe entre et ! ",leur volume doit tre d'environ !" du volume des boues fraAches avant paississementZ

- La qualit des boues stabilises ces boues sont brun>tres, d'odeur inoffensiveZ lesmati$res solides sont constitues 7 " de mati$res volatilesZ bien que la digestiondtruite " des germes pathog$nes, les boues peuvent contenir des spores bactriennes,des 0ufs de parasite et certains germes rsistantsZ

La destruction des mati$res solides totales par la digestionZ elle est d' peu pr$s ! ", et celledes mati$res volatiles avoisine les ! ".

?l va de soi que la conduite d'une installation de digestion anarobie exige beaucoupd'expertiseZ il faut porter une attention particuli$re l'entretien des nombreux instruments demesure, des dispositifs de scurit et des pompes.

............................

La digestion anarobie, qui se ralise par fermentation mthanique des boues dans des cuvesfermes, l'abri de l'air, nommes digesteurs, permet d'atteindre des taux de rduction desmati$res organiques de 7! ! ".

Ce processus convient tr$s bien pour les boues venant des eaux uses urbaines, mais cesrsultats sont parfois irrguliers il se produit parfois des perturbations par suite de lasensibilit des bactries aux variations de pK ou aux substances toxiques pouvant trecontenues dans les boues.

5n distingue, dans le mcanisme de la dgradation des mati$res organiques par voieanarobie, deux phases qui coexistent lorsque le digesteur est aliment en continu

- une phase de li-uacti%$(pendant laquelle les mati$res organiques %protines, graisses,glucides\ sont dgrades par des en2ymes, extra et intracellulaires secrtes par certaines

bactrie, et converties cri molcules plus simples acides amins, acides gras et surtoutacides volatils %formique, propionique, butyrique...&,

- une phase de 'a8iicati%$( o# les acides volatils sont consomms par d'autresmicro-organismes %bactries mthaniques& et transforms, par l'intermdiaire d'en2ymesintracellulaires, en eau, ga2 carbonique et mthane, produits ultimes de la digestion.

Gne bonne digestion des boues se caractrise par

- un pK de la masse boueuse compris entre F,8 et J,8,- une concentration en acides volatils dissous infrieure + g=litre,

- une bonne production de ga2 contenant J " de mthane, qui constitue cri fait le vritableEbarom$treE d'une installation de digestion.

:J


28/99

5n value, dans le cas des eaux uses urbaines et dans de bonnes conditions de marche dudigesteur, la production - 8 + l de ga2 par 9g de mati$re organique dtruite,- 7 ! + de ga2 par 9g de mati$re organique introduite.

Les bactries mthaniques, qui sont les plus sensibles aux conditions du milieu %temprature,

pK, prsence de toxiques& et les plus lentes se reproduire, r$glent la vitesse globale de ladigestion.

Hout dsquilibre dans la digestion se traduira par une accumulation, dans le digesteur, deproduits intermdiaires, les acides volatils qui, apr$s neutralisation de l'alcalinit du milieu,provoqueront une chute de pK avec pour consquence l'arrt de la fermentation mthanique.

Les conditions d'une bonne digestion

Gn certain nombre de param$tres influent sur le rendement de la digestion anarobie

- la temprature de la masse de boues qui doit tre suffisante et la plus constante possible,

- le temps de s4our des boues dans le racteur de digestion qui est fonction de la charge defonctionnement du digesteur exprime en 9g ;


29/99

ableau L - aleurs des critres de dimensionnement et defonctionnement d'une installation de digestionanarobie

La technique de la fosse ?mhoff combinant un dcanteur primaire dans sa partie suprieure etun digesteur non chauff dans sa partie infrieure, n'est pratiquement plus utilise. 1lle tait

principalement rserve aux petites stations.

La digestion anarobie est ralise gnralement dans des installations chauffes et brassesfonctionnant moyenne ou haute charge en un ou deux tages.

La digestion moyenne charge se pratique dans un digesteur unique %fig. !&. Le brassage de lamasse des boues ne peut tre tr$s intense. )our maintenir une 2one calme ncessaire l'paississement, on est conduit introduire les boues fraAches dans la partie suprieure dudigesteur.Ce type de digesteur comporte trois 2ones principales

- une couche flottante ou chapeau,

- une couche intermdiaire o# la concentration en mati$res s$ches est la plus faible,

- une couche infrieure o# les boues digres s'paississent progressivement.

Fig. 6 - 3igesteur unique < mo#enne charge

Le ga2 de digestion est normalement utilis pour alimenter la chaudi$re de chauffage desboues. Gn ga2om$tre est plac en drivation sur le circuit de ga2 vers les syst$mesd'utilisation.

La digestion forte charge se ralise habituellement en deux phases, la premi$re de digestionproprement dite, la seconde d'paississement.

Les digesteurs secondaires peuvent tre ouverts ou ferms et dans ce dernier cas, quipscomme le digesteur primaire d'un syst$me de rcupration de ga2.

:


30/99

Le brassage peut tre assur par des moyens purement hydrauliques en recirculant granddbit le volume du racteur au moyen de pompes extrieures au digesteur. ;ais cettetechnique est supplante de plus en plus par le brassage de la masse de boues par introduction,au sein du digesteur, de ga2 sous pression prlev dans le ga2om$tre et refoul dans leracteur travers des diffuseurs ou des cannes plongeantes verticales.

Le chauffage des boues a t parfois ralis par in4ection directe de vapeur dans la masse deboues, mais le mode de chauffage le plus rpandu utilise des rchauffeurs de boues alimentsen eau chaude.

Fig. L - *chma de digestion < deux tages < brassage par le ga

Crit&res de choi d'une digestion mthanique

Les avantages et inconvnients propres de la digestion anarobie doivent aider dfinir sescrit$res d'utilisation. Ious en faisons ci-apr$s un recensement ob4ectif.

Bvantages

- la mise disposition d'nergie noble et stoc9able %le ga2 mthane&. La quantit de ga2disponible dont le )C? est compris entre !J et F: Rea]=m' peut, en particulier dans lesgrandes stations, tre utilise pour le chauffage des digesteurs et l'excdent pour lechauffage des locaux, la production d'nergie, le conditionnement thermique des boues oule schage thermique des boues pralablement dshydrates,

- les boues produites ne dgagent pas de mauvaises odeurs et sont stoc9ables mme l'tatliquide compte tenu d'un taux de rduction des mati$res organiques approchant ! ",

rduction importante de la teneur en mati$res organiques au prix de dpenses d'nergierelativement faibles %: fois infrieures celles de la stabilisation arobie&,


31/99

- teaux de filtration par diminution de la compressibilit de ceux-ci&.

Cependant, il faut faire attention au fait que l'opration de malaxage peut rendre les bouesp>teuses.

,tabilisation thermique

1lle peut tre assure

- par pasteurisation des boues liquides par passage la temprature de J6C pendant unetrentaine de minutes. B l'exception de quelques esp$ces susceptibles de sporuler, lesgermes bactriens sont dtruits notons toutefois les possibilits de rensemencementultrieur apr$s mise en contact des boues avec l'atmosph$re ou le sol,

- par schage thermique partiel ou pouss, qui permet de conserver les mati$res organiquesportes une tempra turc de l'ordre de 8 +6C sous une forme suffisammentdshydrate pour empcher toute volution,

- par autoclavage, c'est--dire cuisson des boues sous pression quilibrante +8-::6Cpendant une dure de minutes selon la temprature choisie. La destruction desgermes est videmment totale mais la boue traite peu se rensemencer d'autant plusfacilement que le liquide de suspension est riche en mati$res organiques biodgradables

+


32/99

rsultant de l'hydrolyse et la solubilisation d'une partie de la phase insoluble. Le traitementd'autoclavage lui-mme est surtout effectu pour faciliter la dshydratation mcanique dela boue et non essentiellement dans un but de stabilisation.

:


33/99

0 EPAISSISSEMENT ET DE &ON&ENTRATION DES BOUES

L'emploi d'un paississeur de boues rduit considrablement leur volume et permet desconomies dans le dimensionnement des ouvrages de digestion.

L'paississeur est en fait un dcanteur dans lequel les boues sont soumises une lente

agitation favorisant l'agglomration et le dp(t des mati$res en suspension. La teneur en eaupeut tre ainsi rduite "Z l'eau dcante est retourne en tte du traitement secondaire etles boues paissies sont vacues de faon continue ou intermittente %une fois par 4our&.

Ious n'allons traiter, dans cette partie, que le conditionnement chimique des boues.

L'paississement %ou conditionnement& consiste en un prtraitement spcifique qui permet lebon fonctionnement des appareils de dshydratation mcanique. Ceux-ci donnent alors auxboues une consistance physique plus ou moins solide. ?l s'agit d'une application particuli$resur le traitement des boues de la coagulation-floculation.

C'est le premier stade d'une rduction importante du volume des boues issues des traitementsbiologiques ou physico-chimiques des effluents urbains.

)our pouvoir optimiser aussi bien le dimensionnement que la fiabilit, la scurit et largularit d'exploitation des postes de traitement situs en aval %stabilisation et dshydratationmcanique& le stade de concentration prliminaire de la boue va 4ouer un r(le primordial et ilest indispensable d'obtenir le meilleur taux d'paississement possible.

Les intrts de l'paississement sont multiples, nous citerons plus particuli$rement

-

l'amlioration des conditions de fonctionnement et des performances de la digestion parsuite % capacit gale& d'une augmentation du temps de s4our des boues fraAches dans lesdigesteurs arobies et anarobies,

- la rduction du volume des ouvrages de conditionnement et l'augmentation de laproduction de tous les dispositifs de dshydratation mcanique,

- la cration, dans le cas d'un paississement par dcantation. d'un


34/99

0.1 L/)ai!!i!!eme$t 'ra5itaire

*rincipe

La dcantation est une opration de sparation mcanique, par diffrence de gravit de phasesnon-miscibles dont l'une au moins est liquide. 5n peut sparer des phases liquides, une phase

solide en suspension dans une phase liquide.

3ans le cadre du traitement de dchets, elle est utilise afin de sparer les diverses phases envue d'un traitement spcifique. )ar exemple, des boues humides ainsi traites donneront une

phase liquide et des boues s$ches qui iront chacune sur une chaAne de traitement particuli$re%puration pour la phase aqueuses et valorisation pour les boues&. L'illustration la plusrpandue de cette technique est la station d'puration.

@i on laisse reposer une suspension solide dans une phase liquide, on observe que lesparticules sous l'action de la pesanteur et de la pousse d'Brchim$de, tendent tomber vers lefond ou remonter la surface selon leur densit et leur taille.

Cette dcantation peut cependant tre relativement lente pour les tr$s fines particules%sensibles l'agitation thermique& et les liquides particuli$rement visqueux. Houtefois, il est

possible d'agir sur plusieurs param$tres pour augmenter la vitesse de sdimentation

le diam$tre des particules, en utilisant des floculants. la diffrence de densit. la viscosit du fluide, qui diminue avec l'lvation de la temprature. la surface de base du bac.

)our que la dcantation soit efficace, il faut que la vitesse de sdimentation des particules soitsuprieure 8 m=h. Les temps de s4our augmentent lorsque la vitesse de dcantation diminue,donc entre ! et 8 m=h, une tude conomique est ncessaire pour choisir la meilleurealternative entre dcantation et aroflottation.

Ces installations ont pour ob4ectifs %parfois concourants&

la clarification, qui donne phase liquide quasi dbarrasse de particules solides. l'paississement, qui donne une boue la teneur en solide la plus haute possible.

5n distingue deux types d'installations

- les dcanteurs contact de boues, que l'on alimente priodiquement en effluent %flocul,coagul...& pour y maintenir la teneur en suspension,

- les dcanteurs statiques, que l'on coupe du circuit d'alimentation en effluents pour la durede la dcantation.

C'est d'une faon gnrale la technique de concentration des boues la plus utilise. 1lleconsiste raliser le s4our des boues dans des ouvrages de forme cylindro-conique.

^usqu' ! m de diam$tre, on peut utiliser le type statique, simple cuve cylindrique fondconique %7! a J6 sur l'hori2ontale&. Bu-del de cette dimension, on applique gnralement la

7


35/99


36/99

viser l'obtention de taux de concentration de 8 + " de ;@ pour l'application de chargesspcifiques de 8 +: 9g ;@=m.4our.

)our les boues fraAches mixtes %primaires V boues biologiques en exc$s&, quelque soit le moded'alimentation en boues de l'paississement %sous forme dilue ou concentre en ;@& laconcentration des boues obtenue se situe entre 7 et F " de ;@ en adoptant pour le

dimensionnement de la surface de l'paississeur des charges spcifiques n'excdant pas 7 9g;@=m.4our.

Ce taux d'paississement est d4 atteint cri gnral au moins " apr$s :7 heures desdimentation et il n'apparaAt, en tout tat de cause, pas ncessaire de prolongerl'paississement au del de 78 heures sous peine de favoriser l'volution biologique des boues

par fermentation, qui peut tre l'origine de nuisances olfactives.

)ar ailleurs, il s'av$re que cette fermentation entraAne une modification de la structure desboues qui est souvent nfaste leur traitement ultrieur %dshydratation mcaniquenotamment&.

Le conditionnement pralable des boues fraAches la chaux % raison d'au moins + " deCa%5K&:, rapport an poids sec de la boue& permet d'amliorer lg$rement leurpaississement, sans que cela soit tr$s significatif pour autant.

Le chaulage prsente surtout l'avantage, en portant les boues un pK alcalin de + ++ de lesstabiliser et d'viter ainsi les nuisances dues leur fermentation.

Le conditionnement polymrique des boues se rv$le n'avoir aucune incidence bnfique surle taux d'paississement.

3'une faon gnrale, la floculation des boues assure une sparation rapide des phases solide-liquide, en permettant une bonne clarification, mais le tassement de la masse boueuse estgnralement altr.

Le taux d'paississement tr$s moyen des boues, fraAches conduit, apr$s digestion anarobie, la production de boues digrestitrant an mieux a ,! % de ;@ dont l'paississementsecondaire s'av$re extrmement difficile a raliser pour se 4ustifier pleinement dans tous les

pro4ets.

B noter cependant qu'un paississement avec lutriation %lavage l'eau claire de la boue

digre& permet d'amliorer les caractristiques structurelles sur le plan de la dcantabilit%limination des mati$res fines et colloMdales& ce qui a pour effet d'acclrer et parfaire saconcentration.

?l s'av$re par ailleurs que l'optimisation technico-conomique de l'paississement des bouesfraAches en particulier pour les stations d'puration d'une certaine taille %_ J! + hab.&, rside dans une concentration spare des boues primaires %assure par sdimentationgravitaire& et des boues biologiques %ralise par aroflottation ou centrifugation& avant leurmlange ultrieur.

L'paississement gravitaire des boues stabilises par voie arobic et des boues d'aration

prolonge %produites gnralement par les stations de moyenne et faible importance& estextrmement difficile raliser Z on peut viser au mieux des concentrations apr$s

F


37/99

paississement de l'ordre de ,! " a condition d'appliquer des charges spcifiquesn'excdant pas : 9g ;@=m:.4our.

1n conclusion, on peut affirmer que les avantages de l'paississement gravitaire rsident dansla simplicit du procd, caractris par une dpense d'nergie modre, qui permet d'avoir uneffet tampon non ngligeable dans la chaAne de traitement des boues, cri augmentant la

scurit et la rgularit de l'exploitation.L'inconvnient ma4eur est, dans bien des cas, la surface et le volume importants des ouvragesd'paississement et l'investissement supplmentaire qui en rsulte.

B degr moindre, l'paississement peut tre la source d'ventuelles nuisances olfactives quipeuvent tre combattues par un chaulage prliminaire des boues fraAches ou la couverture desouvrages avec le traitement de l'air vici aspir en crant une dpression dans l'enceinte.

0.2 L/)ai!!i!!eme$t )ar l%ttati%$

Dimensionnement ( performance

@i pour les boues urbaines mixtes, fraAches ou digres, il est prfrable de recourir l'paississement par dcantation, il s'av$re par contre que la flottation est un procd

particuli$rement bien adapt la structure flocule des boues actives constitues de EflocsElgers.

Le procd le plus utilis en traitement de boues est l'aroflottation qui ralise la productionde micro bulles d'air selon la technique de pressurisation dtente %dtente du fluide

pralablement mis en contact avec de l'air comprim une pression comprise entre et Fbars&.

La pressurisation peut tre de deux types

- directe pressurisation totale ou partielle de la boue elle-mme,

- ou indirecte pressurisation le plus souvent de l'eau clarifie, rin4ecte immdiatementapr$s dtente, dans la suspension boueuse.

Le principe de l'paississement des boues par flottation ralise dans des ouvrages circulairesou rectangulaires est rsum par la figure 8.

J


38/99

Fig. - 7nstallation depaissement par flottation

L'exprience acquise ces derni$res annes en paississement par flottation de boues activesd'effluents urbains permet de dgager les conditions de fonctionnement et bases de

dimensionnement ci-apr$s

- concentration d'alimentation en boues actives du flottateur F + g=^ de ;e@H,

- charges spcifiques 7 ! 9g ;1@=m:.h, charge hydraulique W ! m=m:.h,

- concentration de la boue flotte ,! ! " de ;@ selon que l'on ralise ou pas unefloculation pralable de la boue par des polym$res organiques,

- rendement de sparation gnralement suprieur " et mme ! ".

L'intgration d'un paississement par aroflottation des boues biologiques en exc$s dans unschma de traitement des boues fraAches mixtes %voir fig. & s'av$re d'un grand intrt surtout

pour les stations de grande taille %_ a + hab.&.

Gne concentration spare des boues primaires et des boues actives avant leur mlangeultrieur permet d'augmenter le taux d'paississement global ce qui se traduira par uneamlioration notable des conditions de fonctionnement et des performances de la digestion etdes dispositifs de dshydratation.

8


39/99

Fig. N - *chma d'un traitement depaissement des boues avec une aeroflottation des bouesactives

1n conclusion, on peut affirmer que la mise en oeuvre de l'aroflottation permet sur des boueslg$res %comme les boues actives& une rduction importante de la surface et du volume desouvrages par rapport l'paississement gravitaire ainsi qu'une concentration leve de la boueflotte. Cette technique entra`ne par contre des frais d'exploitation accrus en nergie et ne

permet pas de raliser un stoc9age consquent des boues paissies dans l'ouvrage.

0. L/)ai!!i!!eme$t ce$triu'e*rincipe

La centrifugation est une opration de sparation mcanique, par action de la force centrifuge,de deux trois phases entraAnes dans un mouvement de rotation. 5n peut sparer deux

phases liquides, une phase solide en suspension dans une phase liquide, voire deux phasesliquides contenant une phase solide.

3ans le cadre du traitement de dchets, elle est utilise afin de sparer les diverses phases envue d'un traitement spcifique. )ar exemple, des boues humides ainsi traites donneront une

phase liquide et des boues s$ches qui iront chacune sur une chaAne de traitement particuli$re%puration pour la phase aqueuses et valorisation pour les boues&.

@i on laisse reposer une suspension solide dans une phase liquide, on observe que lesparticules, sous l'action de la pesanteur et de la pousse d'Brchim$de, tendent tomber vers lefond ou remonter vers la surface selon leur densit et leur taille. Ce procd, la dcantation,est cependant relativement lent pour les tr$s fines particules %sensibles l'agitation thermique&et les liquides particuli$rement visqueux.

5n a donc eu l'ide de dcupler le pouvoir sparateur du champ de pesanteur vertical en luisubstituant un champ centrifuge radial. ?l s'agit donc d'entraAner un appareil %le EbolE& grande vitesse, en rotation autour d'un axe. @on acclration, proportionnelle la distance l'axe de rotation, varie comme le carr de la vitesse. Y + tr=mn, on obtient, + cm del'axe, une acclration mille fois plus grande que celle de la pesanteur. 3ans le cadre du


40/99

traitement des effluents, le coefficient de centrifugation se situe en gnral autour de + g. 5n peut agir sur plusieurs param$tres pour augmenter l'efficacit de la centrifugation

le diam$tre des particules, en utilisant des floculants. la diffrence de densit. la viscosit du fluide, qui diminue avec l'lvation de la temprature. la surface de base du bol. la vitesse de rotation, qui laisse la plus grande latitude de rglage.

5n distingue deux domaines de centrifugation

la filtration %par essoreuse& centrifuges. la dcantation %par sparateur&

Les essoreuses

3ans le cas de la filtration centrifuge, la sparation des phases se fait par passage de la %des&phase%s& liquide%s& au travers d'un filtre sous l'action de la force centrifuge. Les particulessolides se collent donc contre la paroi interne du rotor o# elles forment une couche permable%le g>teau&. La pression de filtration est exerce par le liquide in4ect dans le bol.

L'essorage centrifuge est utilis pour le schage de boues ou de suspensions teneur leve enlments solides. 3u fait des pressions importantes mises en 4eu, on obtient des solides, plussecs que par des techniques de filtres vide ou sous pression, que l'on vacue

progressivement du bol %les boues s$ches sont plus faciles transporter et valoriser par lasuite&. L'essorage centrifuge permet par ailleurs le lavage du g>teau avant dchargement.

Bfin d'assurer la permabilit du g>teau lors de sa mise sous pression centrifuge, on netravaille qu'avec des particules de diam$tre suprieur ! m.

5n distingue quatre types d'essoreuses

- l'essoreuse poussoirs, utilise pour la filtration. 1lle est quipe d'un poussoir qui vacuepriodiquement les solides hors du bol. @on dbit solide est de ,8 ! t=h. La teneur ensolides oscille entre : et J! ". La dimension des particules doit tre comprise entre 7 et+ mm.

- l'essoreuse couteaux, utilise pour la filtration et la sparation. 1lle permet de laver et decollecter des particules solides de ! m + mm tout en les amenant mcaniquement unefaible humidit. @on dbit solide varie de quelques 9ilos quelques tonnes. La teneur ensolides oscille entre ! et F".

- l'essoreuse panier, utilise pour l'essorage et la sdimentation. 1lle permet l'essorage decopeaux ou de pi$ces mtalliques %on les spare des liquides d'usinage ou des excdentsde bains de traitement de surface&. @on dbit solide va de quelques di2aines quelquescentaines de 9ilogrammes. La teneur en solides attendue est entre ! et F". La dimensiondes particules se situe entre ! m et + mm.

- l'essoreuse vibrante, utilise pour l'essorage de produits en vrac, en gros grains, ou faciles essorer. 1n effet, son coefficient de centrifugation n'exc$de pas +: g. @on dbit solidevarie entre : et ! t=h.

7


41/99

lobalement, les essoreuses ont une capacit de traitement comprise entre : et 7 m=h.Leur coefficient de centrifugation varie de + ! g. Leur co*t d'investissement par m=htraits va de 7 D %+8&, et leur co*t de traitement varie entre J et + D par m%+8&. 5n les utilise pour traiter des boues, copeaux...

Les sparateurs

3ans le cas de la dcantation centrifuge, la sparation des phases est due la diffrence dedensit des constituants. 1lle suit les mmes lois que la dcantation mais, le champ tant plusintense, la dure de l'opration et son rendement sont bien suprieurs ceux de la simpledcantation sous l'action de la seule pesanteur.

La dcantation centrifuge est utilise prfrentiellement la dcantation statique dans les cassuivants

pour chercher limiter voire arrter une transformation physico-chimique ou biologique

dans une ou plusieurs phases. pour avoir une installation peu volumineuse. si la faible vitesse de sdimentation de la phase solide exige des dcanteurs statiques trop

importants. si la sparation exige des conditions de temprature et de pression tr$s strictes. si les produits traits poss$dent un co*t lev.

)ar contre, la dcantation statique est favoriser lorsque les volumes horaires concerns sontimportants %des centaines ou des milliers de m=h& avec des particules solides en faibleconcentration, possdant une vitesse de sdimentation leve.

Ces deux techniques peuvent tre utilises conscutivement dcantation statique pralablepuis centrifugation des boues ainsi obtenues.

)our que la dcantation centrifuge soit efficace, il est ncessaire de remplir les conditionssuivantes

masses volumiques des phases sparer doivent diffrer de +" minimum %au pire de:"&.

viscosit cinmatique des phases liquides doit tre infrieure +,! . +-7m:=s. diam$tre des particules en suspension doit tre d'au moins ,! m %les mulsions

colloMdales ne peuvent pas tres traites par centrifugation sans floculation pralable&.

?l existe trois types de sparateurs

- le dcanteur paississeur, dont le coefficient de centrifugation varie de ! 7 g enfonction de la taille. ?l permet d'lever la teneur en extrait sec de boues de +" 8"environ.

- le dcanteur centrifuge, dont le coefficient de centrifugation varie de : ! g. ?lpermet le traitement en continu de suspensions de teneur solide tr$s variable, mais faciles sparer. ?l permet en outre une clarification et un essorage efficace. @a gamme de dbitva de + +7 m=h.

7+


42/99

- le sparateur disques, dont le coefficient de centrifugation varie de ! ++ g. ?lpermet tout type de sparation, la clarification, la purification et la concentration. @agamme de dbit va 4usqu' : m=h. @elon le mod$le, il peut traiter des concentrations desolide de +" :!".

lobalement, les sparateurs ont une capacit de traitement comprise entre : et 7 m=h.

Leur co*t d'investissement par m

=h traits oscille entre et 7 D, et leur co*t detraitement va de J + D par m. ?ls sont utiliss pour traiter des boues d'hydroxydes,organiques ou huileuses, de charbon, de traitement biologique, de traitement de surface, detraitements de corps gras vgtaux. 1n sortie, le re4et d'eau est gnralement encore charg encolloMdes peu dcantables.

La concentration des boues par centrifugation peut tre ralise avec succ$s l'aided'appareils centrifuges quips d'un bol assiettes pour la version auto-dbourbeur ou

buses, commercialis par certaines firmes telles que Uestfalia et Blfa Laval, qui sontsusceptibles de traiter des dbits importants de ! + m=h.

Fig. 1+ - Appareil centrifuge d'un bol < assiettes 4Oestfalia-Alfa :aval5

)eu utilise 4usqu' prsent, en raison essentiellement des probl$mes de colmatage pouvant seposer, cette technique nous parait cependant asse2 bien adapte l'paississement des bouesactives sans ncessiter de conditionnement polymrique pralable.

5n peut aussi utiliser des machines centrifuges bol plein et axe vertical, muni d'un racleuret d'un tuyau suceur, qui fonctionnent de faon discontinue par succession de remplissages etde vidanges %appareil @ludgepa9 &

7:


43/99

Fig. 11 - Appareil centrifuge < bol plein *ludgepa(

1nfin, des rsultats tr$s prometteurs ont t obtenus avec des machines du type dcanteusecontinue axe hori2ontal lorsqu'elles sont conues avec un bol plein cylindro-conique anglede conicit tr$s rduit %de l'ordre de 76 pou certains mod$les&. L'obtention de rendementsd'extraction suprieurs 8!" ncessite le plus souvent un conditionne ment polymrique

pralable des boues.

Fig. 12 - 3canteuse continue

Bvantages

- obtention d'une concentration leve de la phase boueuse %entre F et + " de ;@&,

- matriel de faible encombrement permettant la conception d'un poste d'paississementtr$s compact.

7


44/99

?nconvnients

- appareillage dont la conception %pour certaines versions& doit tre mieux adapte autraitement de boues pour viter les probl$mes de colmatage et de bouchage,

- frais d'exploitation importants en nergie,

- prparation souvent indispensable de la boue %tamisage, conditionnementpolymrique&.

77


45/99

OPTIMISATION DE LA 9ESTION DES :PAISSISSEURS

L;)ai!!i!!eur c%$!titue tr#!r-uemme$t l;i$terace"e! ili#re! eau et b%ue! "e!!tati%$! ";)urati%$.

Pour minimiser les cots de transport et de stockage, il estncessaire de rduire au mieux les volumes de boue desstations dpuration par une limination maximale de leauquelles contiennent. Lpaississeur constitue un prlude cet

objectif. Peu dtudes de la gestion dun paississeur et surtoutde son optimisation ont t menes alors que beaucoupdexploitants jugent une telle tude ncessaire.

La 'e!ti%$ "e cet %u5ra'e at tu"ie !ur )il%te.

ette tude tente dapporter quelques pistes de rflexion endfinissant des r!gles de bonne gestion et des indicateurs desuivi. Ltude sest droule en deux p"ases #$.dtermination des crit!res de suivi %anal&se des diffrentesfonctions, rec"erc"e bibliograp"ique'.(.dtermination de lvolution de ces crit!res lorsque lonc"ange de modes de gestion #

De! e!!ai! !ur 2 !tati%$! %$t

)ermi! ";tu"ier la -ualit"e! eau6 "e l;atelier "e"!*+"ratati%$.

)tude pilote en tudiant quatre modes de gestion %$ #paississeur stockeur, ( # fonctionnement en batc", * #extraction du surnageant, + # vacuation du surnageant par

surverse'.)tude sur site pour dterminer limpact de la ds"&dratationpar centrifugation ou par filtration sur les param!tres de leauinterstitielle.

Le! %$cti%$!

nfin, pour avoir plus de souplesse sur la gestion dunpaississeur et pouvoir c"anger de mode de gestion en fonctionde lvolution des contraintes, des piquages diffrentes"auteurs permettant dvacuer le surnageant rguli!rementappara2t tre une bonne solution.

7!


46/99

7F


47/99

&ONDITIONNEMENT DES BOUES

*rincipe

Les diffrents types de boues urbaines constituent des syst$mes colloMdaux stables, compossde mati$res organiques compressibles caract$re hydrophile marqu, qui ne peuvent tre

dshydrates dans l'tat o# elles sont produites, car l'eau interstitielle qu'elles contiennent nepeut tre spare par la mise en oeuvre de la seule nergie mcanique.

?l apparaAt que l'aptitude plus ou moins importante la dessiccation mcanique ultrieure desboues est dfinie par la structure mme des boues, dans la mesure o# les particuleslmentaires qui les constituent poss$dent une capacit d'adsorption de l'eau tr$s variable enfonction de leur nature et de leur composition physico-chimique.

)our les rendre aptes la dshydratation mcanique l'chelle industrielle, il estindispensable de rompre leur stabilit colloMdale par un conditionnement pralable qui a pour

but de rendre la boue drainable, filtrable ou centrifugeable.

Les boues stabilises sont fortement hydrophiles et rsistent au drainage et l'ass$chementZune coagulation pralable est donc ncessaire.

5n la ralise soit par coagulation chimique l'aide de sulfate d'aluminium ou de chlorureferrique, soit par conditionnement thermiqueZ celui-ci exige l'exposition des boues unetemprature de +F :6C pendant F minutes, traitement qui, tout en dtruisant lastructure colloidale des boues, les strilise.

L'paississement consiste en une floculation de la boue qui permet de casser la stabilitcolloMdale et d'augmenter artificiellement la taille des particules.

Le conditionnement des boues peut tre obtenu par l'application de plusieurs principes denature physique, chimique et thermique ou de leur combinaison. Les techniques les plussouvent mises en 0uvre sont les conditionnements chimique et thermique.

Le conditionnement rend donc exploitable les diffrents quipements de dshydratation. ?l arecours des procds de nature physique %thermique principalement&, mais plus souvent denature chimique par a4out de ractifs minraux ou de polym$res de synth$se.

La floculation qui fait appel des lectrolytes minraux %sels mtalliques et chaux

notamment& rduit l'hydrophilie particulaire.La mise en 0uvre des polylectrolytes ne provoque, quant elle, aucune baisse du taux d'eaulie, et parfois mme l'augmente.

Le type de conditionnement va donc avoir une influence sur le taux d'hydratation du sdimentobtenu. 1n outre, chaque ractif chimique employ a son efficacit propre en ce qui concernela dimension des flocs forms grenus avec les ractifs minraux et volumineux avec les

polylectrolytes.

.1 &%$"iti%$$eme$t c*imi-ue

Le conditionnement chimique conduit, par application des phnom$nes de coagulation et defloculation, l'agglomration des particules sous la forme d'un rseau tridimensionnel ouEflocE.

7J


48/99

5n peut utiliser deux types de ractifs

- caract$re minral %lectrolytes minraux polycations&,

- ou organique %polym$res&.

Chaque type a son efficacit propre, notamment en ce qui concerne la diminution del'hydrophilie particulaire, surtout observe en prsence de chaux, et la dimension des flocsforms tr$s volumineux avec les polylectrolytes.

?l est important de noter qu'il convient d'adapter le conditionnement chimique chaque typede boues en fonction de sa composition physico-chimique et structurelle en tenant compte dela technique de dshydratation mise en oeuvre

Cela implique la recherche, sur la base de considrations aussi bien techniquesqu'conomiques, du meilleur ractif de conditionnement et la dtermination des dosages appliquer.

5n aura recours cet effet des essais au stade du laboratoire comme

- le test de filtrabilit par succion capillaire qui permet la slection du meilleur ad4uvantpar la comparaison des courbes exprimentales traduisant l'abaissement du temps desuccion capillaire en fonction d'un a4out croissant de diffrents ractifs,

- et les essais de filtration sur cellules de laboratoire pour dfinir les param$tres defiltrabilit de la boue %rsistance spcifique la filtration, coefficient decompressibilit, ... & qui permettront de suivre l'volution de l'tat colloMdal de la bouedstabilis dans des conditions bien dfinies.

Le c%$"iti%$$eme$t c*imi-ue mi$ralest obtenu, le plus souvent, au moyen de sels de ferou d'aluminium, avec apport complmentaire ventuel de chaux. Les coagulants cations

polyvalents favorisent la neutralisation des charges ngatives des colloMdes et agissent sur leurhydrophilie. La floculation obtenue par une agitation lente favorise les collisions successiveset l'agglomration des particules.

Les ractifs minraux conduisent la formation d'un floc relativement fin et stable. ?ls sontparticuli$rement adapts la dshydratation pour le passage de la boue sur toile fine %filtrationsous vide et filtration sous forte pression&.

Le poste de conditionnement comporte alors essentiellement

3'une faon gnrale, l'paississement centrifuge prsente des avantages et inconvnients quenous rsumons ci-apr$s

- des cuves et silos de stoc9age de produits %avec leurs dispositifs de transfert,d'extraction, de fluidisation, etc. &,

- des organes de dosage %doseurs sec, pompes doseuses&,

- des cuves de mlange et de floculation avec in4ection du ou des produits coagulants,

- des dispositifs d'alimentation des boues conditionner %pompes vannes motorises, etc

78


49/99

@on fonctionnement est automatique avec asservissement des doseurs aux dispositifsd'alimentation en boues. Les doseurs peuvent, parall$lement aux syst$mes d'admission des

boues, fonctionner par tout ou rien. Gn asservissement proportionnel continu des doses deractifs au dbit de boues est galement possible.

@ur de grandes installations, cet asservissement peut tenir compte de la concentration des

boues en mati$res s$ches.

Bvec des ractifs minraux, la dure de floculation varie gnralement, suivant les boues etles ractifs employs, de +! minutes.

Le c%$"iti%$$eme$t c*imi-ue )ar )%l+lectr%l+te! conduit la formation de flocsvolumineux %de plusieurs millim$tres& asse2 fragiles, supportant mal un transport turbulentainsi qu'une dure de stoc9age suprieure quelques heures. Le liquide interstitiel est tr$sclair.

Les polylectrolytes sont surtout utiliss avant centrifugation et avant passage sur toile

filtrante larges mailles %filtres bandes presscuses par exemple&.

5n ne peut les utiliser lors d'une dshydratation mcanique par filtration sous pression %filtre-presse mcanis& ou sous vide %filtre rotatif tambour& en raison des nombreuses difficultsrencontres en exploitation collage des g>teaux entraAnant des pertes de temps dues auxlavages frquents des toiles du filtre-presse, dcollement du g>teau la sortie d'immersion dutambour du filtre sous vide.

Les produits polymriques sont livrs sous forme de poudre ou de sirops visqueux. Leurutilisation ncessite une dilution tr$s importante avant in4ection dans la boue. Laconcentration satisfaisante de la solution m$re est gnralement comprise entre , et + ".

Le poste de conditionnement comprend essentiellement

- cuves de stoc9age de solution concentre avec syst$me de dispersion,

- dispositifs de manutention,

- cuves de stoc9age de solution prdilue,

- mlangeur haute turbulence,

- pompes doseuses et dbitm$tres.

Les polvlectrolytes cationiques s'av$rent gnralement les plus efficaces sur les bouesbiologiques urbaines constitues essentiellement de mati$res organiques, mais la varit despolym$res disponibles sur le march est grande et le choix du produit optimal dans chaque casdoit tre fait par des techniciens expriments sur la base des rsultats de tests de floculationraliss pralablement en laboratoire.

Les boues urbaines issues d'une puration physico-chimie ou stabilise la chaux requi$rentpar contre un conditionnement par des floculants anioniques ou non ioniques.

La floculation de la boue au moyen de polym$res approprie est en gnral immdiate?lefloc form est volumineux, mais asse2 fragile, ce qui implique le plus souvent de prvoir les

7


50/99

points d'in4ection presque immdiatement a l'amont du dispositif d'essorage, avec un mlangeviolent et bref du ractif dans la suspension boueuse.

Ious indiquons dans le tableau ci-apr$s, pour les diffrentes catgories de boues urbaines, lesconsommations moyennes de ractif %dosages valus en 9g de produit anhydre par tonne de;.@. des boues pour les floculants organiques et en pourcentage rapport au poids sec de la

boue pour les ractifs minraux&."onsommation en ractifs chimiques

#pes de boues Floculants cationiques AdJuvants minraux? %(g7t )* de la boue Fe"1$ 0 "44@B527)*

!oue de dcantation primaire 2 < % % < L 46 en mo#enne54$ en mo#enne5 01+ < 2+ 416

!oue fraMche mixte $ < 6 L < 1+ 4 en mo#enne54primaire 0 biologique5 4% en mo#enne5 02+ < $+ 426!oue digre par voie % < K < 1+ 41+ en mo#enne5anarobie 46>6 en mo#enne5 026 < $6 4$+!oue digre arobie 6 < N 12 < 1L 41% en mo#enne5ou d'aration prolonge 4K en mo#enne5 0$+ < 6+ 4%+!oues ph#sico-chimiques 2 < $ (g7t 12 < 1L 41% en mo#enne

4floculant anionique5 2+ < $+ 426 en mo#enne5

ableau K - "onditionnement chimique des boues urbaines

.1.1. Racti! mi$rau6

Choi des ractifs minrau

?ls sont mieux adapts si l'on veut procder une dshydratation par filtres-presses ou filtressous vide possdant des mailles fines gnralement infrieures +-: m. Ces ractifsminraux conduisent, en effet, la formation de flocs fins mais mcaniquement stables.

)our des raisons d'conomie et d'efficacit, on emploie le plus souvent des sels mtalliquestels que des sels de fer et, un degr moindre, des sels d'aluminium. @ur les boues organiques,l'ion DeVest de loin le plus efficace et le plus utilis. Le choix entre DeClet De@57Cl estgnralement d'ordre conomique.

L'action de ces lectrolytes est double

- action coagulante leur charge est souvent oppose celle des particules boueuses,

- action floculante formation d'hydroxydes complexes hydrats qui 4ouent le r(le d'unpolym$re minral.

Bfin d'amliorer la filtrabilit,

Les Filieres de Traitement Des Boues

Documents

Transcript of Les Filieres de Traitement Des Boues