Traitement Des Boues ENGEES [PDF]

Zitiervorschau

TRAITEMENT DES BOUES

A-G Sadowski Responsable du laboratoire SHU-ENGEES Avril 2003

Traitement des Eaux Usées

TRAITEMENT DES BOUES 2003

AntoineAntoine-Georges SADOWSKI Responsable du laboratoire SHU - ENGEES

TRAITEMENT DES BOUES (1)

REGLEMENTATION Â TYPOLOGIE DES BOUES Â PARAMETRES DE CARACTERISATION Â

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TRAITER L’EAU, C’EST D’ABORD TRAITER LES BOUES Â

Â

Le traitement des boues est défini en fonction de la destination finale des boues.

La boue, c’est l’intimité du couple : Â «effluent - station».

De l’influence de la filière de traitement des boues sur la filière eau  «inter activité permanente des deux filières»

TRAITER L’EAU, C’EST D’ABORD TRAITER LES BOUES ‹ 1)

Contraintes de conception des filières boues » Objectifs du traitement des boues » Contraintes du devenir des boues » La réglementation

‹ 2)

Origine des boues ‹ 3) Interaction dans un système de traitement » Paramètres influençant le traitement des boues » Interaction sur le traitement de l'eau /boues ‹ 4)

Production de boues-paramètres analytiques

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TRAITER L’EAU, C’EST D’ABORD TRAITER LES BOUES ‹ 5)Filières

de traitement de boues

» Principe de définition d'une filière boue » Relation état physique et système de déshydratation » Choix et incidence de la stabilisation ‹ 6)

Les différentes filières de valorisation possibles ‹ 7) Approche économiques de ces filières

DANS 10 ANS, LA PRODUCTION DE BOUES SERA MULTIPLIEE PAR 3 A 4 Réglementation européenne plus contraignante ; Augmentation de la pollution traitée sur les stations d’épuration ; Exigence croissante de qualité.

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DESTINATION DES BOUES Production

‹ ‹

France

870 000*

‹

CEE

‹

* t MS / an

7 400 000*

Décharge Agriculture Incinération 27 % 47 %

58 % 42 %

15 % 11 %

QUEL DEVENIR POUR LES BOUES ISSUES DES STATIONS D’EPURATION ? Retour à la terre : valorisation agricole des éléments fertilisants (azote, phosphore) ;

Incinération et récupération de l’énergie ainsi produite ;

Stockage (mise en décharge) option transitoire

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La loi déchet du 13.07.1992 ⇒Les 22 dispositions de l’art 1 » complète les dispositions de la loi de 1975 relative aux déchets - recadrer l’objectif tout en assurant la transposition de la directive CEE du 18 mars 1991 sur les déchets dangereux – –

» notion de déchet «ultime»: «déchet qui n’est plus susceptible d’être traité dans les conditions économiques et techniques du moment, notamment par extraction de la part valorisable ou par réduction de son caractère polluant ou dangereux»

La loi déchet du 13.07.1992 » « à compter du 1er juillet 2002, les installations d’élimination des déchets par stockage ne seront autorisés à accueillir que des déchets ultimes » – –

» «le transport, les opérations de curtage ou de négoce de déchets visés à l’art 8 règlementés et soumis soit à autorisation.... soit à déclaration… »

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Valorisation agricole - Textes Deux textes récents rénovent la réglementation relative à l’épandage des boues de stations de traitement des eaux usées ; ‹

1) Décret N°97-1133 du 8.12.1997 (JO du 10.12.1997) relatif à l’épandage des boues issues du traitement des eaux usées

‹

2) Arrêté du 8.01.1998 (JO du 31.01.1998) Prescriptions techniques applicables aux épandages des boues sur les sols agricoles pris en application du décret du 8.12.1997.

Valorisation agricole - Décret du 8.12 .1997 ‹

a) Définition de la boue

‹

Sédiments résiduaires des installations biologiques ou physico-chimiques

‹

Les matières de curage après traitement pour diminuer la teneur en sables et en graisses

‹

Les matières de vidange issues des dispositifs non collectif d'assainissement

‹

Les boues sont considérées comme des déchets au sens de la loi du 15.07.1975

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Valorisation agricole - Décret du 8.12 .1997

‹

‹

Les exploitants des unités de collecte et de traitement sont producteurs de boues ; il leur incombe à ce titre d’en appliquer les dispositions. L’exclusion du champ d’application ; les produits composés en tout ou partie au titre de la loi du 13.07.1979, bénéficiant d’une homologation ou, à défaut d’une autorisation provisoire de vente

Valorisation agricole - PRINCIPES • Les épandages sont réalisés après des études préalables, font l’objet d’un suivi, et des registres en assurent la traçabilité. • Les producteurs de boues sont responsables des boues jusqu’à leur élimination. • La qualité des boues doit garantir leur innocuité.

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Valorisation agricole - Qualité des boues • Les boues doivent avoir fait l'objet d'un traitement de manière à réduire leur pouvoir fermentescible et les risques sanitaires liés à leur utilisation. • Les teneurs limites en éléments-traces dans les boues sont divisées par deux par rapport à l’ancienne réglementation. • Des teneurs limites en composés-traces organiques sont introduites.

Valorisation agricole - EPANDAGE • l'épandage des boues ne peut être pratiqué que si celles-ci présentent un intérêt pour les sols ou la nutrition des cultures ou des plantations. • l'épandage est interdit à certaines périodes (gel, enneigement,...) et dans les terrains à forte pente. • Tout épandage est subordonné à une étude préalable réalisée par le producteur. Cette étude doit définir l'aptitude du sol à recevoir l'épandage, son périmètre et les modalités de réalisation.

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Valorisation agricole - EPANDAGE • L'épandage de boues provenant de stations moyennes ou grosses doit faire l’objet (par le producteur) d’un programme prévisionnel annuel puis d’un bilan agronomique annuel. • Une solution alternative d'élimination des boues doit être prévue pour pallier un éventuel empêchement temporaire.

Valorisation agricole - EPANDAGE • Des distances minimales doivent être respectées par rapport aux berges et aux points de prélèvement d'eau. • Les dépôts temporaires en bout de champ ne seront autorisés que pour des boues solides et stabilisées, et uniquement pendant une période limitée à l'épandage.

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Valorisation agricole - SURVEILLANCE • Les producteurs doivent tenir à jour un registre indiquant la provenance et les caractéristiques des boues, les dates d'épandage, les quantités épandues, afin d’assurer la traçabilité des épandages. Une synthèse des toutes ces informations est transmise chaque année au Préfet. • Les producteurs de boues doivent assurer la surveillance de la qualité des boues et des sols.

Valorisation agricole - SURVEILLANCE • Le Préfet est chargé d’assurer le contrôle • Des organismes indépendants du producteur des boues peuvent être chargés du suivi général des épandages. • Un comité national de suivi de l’épandage des boues a été mis en place en février 1998 pour permettre, en étroit partenariat avec l’ensemble des acteurs concernés, de définir des conditions d’épandage qui recueillent la confiance de tous.

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Valorisation agricole - Arrêté du 8 janvier 1998 Nombre d’analyses de boues < à 32t < 1800 EH*

Tonnes de MS (hors chaux)

32 à 160t 1800 à 9000EH*

Valeur agronomique

2

4

Eléments- traces métalliques

2

2

Composés organiques

-

2

* Capacité estimée sur la base de 48 g de MS/EH.j Si 60g de MS/EH.j Ð 2000 EH = 44t de MS/an

Valorisation agricole - Normes NFU 44 - 041

‹ L’arrêté

du 29.08.1998 portant application obligatoire de la norme NFU 44-041 est abrogé.

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EVACUATION EN CET 2 Décret du 15.05.1997 - Classification des déchets dangereux Les déchets provenant des « stations d’épurations des eaux usées » ainsi que les déchets provenant des installations de traitement des déchets sont classés sous le code : 19 000

‹ ‹

‹

Arrêté du 9.09.1997 relatif aux décharges de déchets ménagers (classe 2) ‹ Cet arrêté abroge la circulaire de 11.03.1987 qui régissait les conditions d’admission des déchets en décharge de classe 2 ( type ordures ménagères)

EVACUATION EN CET 2 ‹ Déchets

admissibles :

la catégorie E : déchets évolutifs pendant leur stockage prolongé la catégorie D : déchets peu évolutifs pendant leur stockage prolongé

‹ ‹

⇒Dans la catégorie D nous trouvons ; ‹ ‹

Boues de STEU admissible si la siccité est au moins égale à 30% Boues de dégrillage sont admissibles ( si la siccité est égale à 30%)

⇒Dans la catégorie E nous trouvons ; ‹

Déchets minéraux à faible potentiel de polluants (sables ?)

⇒ Déchets interdits : ‹ déchets liquides ou dont la siccité est inférieure à 30%

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EVACUATION EN CET 2 Date d’application de l’arrêté du 09.09.1998 ; Octobre 1998

‹

Le terme « décharge » est remplacé par « installations de stockage » .

‹

‹ La

date de 2002 doit être considéré comme un cap, qu’on glisserait déjà vers 2005 et de toutes façons, la législation sera déclinée localement dans le cadre de schémas départementaux.

L’INCINERATION

Il s’agit de récupérer les formes d’énergie réutilisables dans la boue que constitue la matière organique, pour détruire par combustion la part oxydable. En termes de devenir final, deux problèmes se posent :

‹ les fumées, dont la composition doit obéir à des limites très strictes, en termes de carbone total, CO, métaux lourds, etc.

‹

les cendres, qui doivent être conformes aux conditions de mise en décharge.

Page 13 13

L’INCINERATION ‹

‹

‹ ‹

Au niveau réglementaire, en ce qui concerne les fumées, on applique soit l’arrêté du 21 .01.1991, soit la norme CEE proche de la BimschV90 ( cette norme n’est pas encore rendue obligatoire). En ce qui concerne le devenir des cendres volantes, l’arrêté du 10.01.1996 ne définit que des règles provisoires de classement en mâchefer valorisable en remblai routiers . Concernant la valorisation en tant que filler dans les parpaings, seules des autorisations locales ont été obtenues de la DRIRE. Quant aux résidus de lavage des gaz (REFIOM), ils partent sans ambiguïté en décharge pour DIS de « classe 1 ».

Contraintes de conception des filières boues DESTINATION FINALE FILIERE BOUE

TRAITEMENT EAU

CONTRAINTES

COMPATIBILITES

QUALITE BOUES

RESEAU

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Catégories de contraintes pour le devenir des boues

CONTRA INTES

PHYSIQUE

COMPOSITION

STABILITE

MANUTENTION

PCI

BIOLOGIQUE

SICCITE

STOCKAGE

INNOCUITE

VALEURS

PONDERALE

OLFACTIVE

I. ORIGINE DES BOUES ⇒Boues de curage ⇒Boues primaires ⇒Boues physico-chimiques ⇒Boues secondaire (Boues bio strictes ou mixtes) ⇒Boues mixtes (boues primaire+boues bio strictes) ⇒Boues tertiaires

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ORIGINE DES BOUES

Décanteur primaire

Traitement biologique

Boues primaires

Clarificateur

Traitement tertiaire

Boues biologiques en excès

Boues tertiaires

CARACTERISTIQUES DES BOUES ‹ Boues

= Déchets liquides fermentescibles ‹ Boues primaires : » favorables à la déshydratation qualité (% M.O. - présence d’hydroxydes) ‹ Boues

biologiques :

» défavorable à la déshydratation qualité variable ‹ Boues

tertiaires :

» défavorable à la déshydratation qualité (présence d’hydroxyde)

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ORIGINE ET CARACTERISTIQUES DES BOUES

Elles dépendent de la filière de traitement d’eau ‹ Boues

primaires :

⇒obtenues par simple décantation, avec ou sans floculation ; ⇒60 à 70 % de matière organique ; ⇒concentration de quelques dizaines de g/l ; ⇒très fermentescibles.

BOUES PRIMAIRES Composition grossière : - Matières organiques - Hydrocarbures lourds - Celluloses - Bactéries, virus Soit : - 25% de protéines - 25 % de lipides - 35% de polysaccharides - 15 % de lignine

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ORIGINE ET CARACTERISTIQUES DES BOUES

Elles dépendent de la filière de traitement d’eau ‹ Boues

biologiques :

⇒engendrées par la combinaison de phénomènes de floculation et de matériel cellulaire issu de la consommation de la matière organique dissoute ; ⇒concentration de quelques g/l ; ⇒caractère fermentescible variant de façon croissante avec la charge appliquée à la station.

BOUES BIOLOGIQUES Composition grossière : - Matières organiques - Débris de cellule - Enveloppe bactériennes - Colloïdes organiques Soit : - 50% de protéines - 5 % de lipides - 15% de polysaccharides - 30 % divers

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TYPOLOGIE DES BOUES ‹ DIVERS

ETATS PHYSIQUES DES BOUES

⇒ Liquide (siccité de 0 à 3 %) ⇒ Liquide épais (siccité de 4 à 5 %) ⇒ Pateux thixotrope (siccité de 6 à 18 %) ⇒ Plastique (siccité de 18 à 30 %) ⇒ Solide friable (siccité supérieure à 30 %)

TYPOLOGIE DES BOUES Boue liquide

boue pâteuse

Boue solide

Boue sèche

1 à 10%

10 à 30%

30 à 90%

> 90%

Caractéristiques physiques

boue non déshydratée

convoyage

pompage centrifuge ou volumétrique

boue déshydratée pelletable mise en tas faible pompage volumétrique ou par vis

mise en tas : OK boue gerbable et émottable tapis, vis, pompe volumétrique

boue pulvérulente ou granulée tapis ou système pneumatique

Siccité

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DEFINITIONS DES PARAMETRES ‹ Concentration ‹ Siccité ‹ Taux

de capture ‹ Volume des boues ‹ Débit massique ‹ Débit hydraulique

TERMES PRINCIPAUX UTILISES EN TRAITEMENT DES BOUES ABREVIATIONS

SIGNIFICATIONS

UNITES

IM

Indice de Mohlman

ml/g

Vd30’ MES

Volume décanté en 30mn Matières en suspension (obtenues après filtration ou centrifugation puis séchage 105°C) Matières sèches totales (obtenues après séchage à 105°C) Matières minérales (obtenues après calcination à 550°C) Matières volatiles sèches (matières sèches - matières minérales)

ml/l

MST MM MVS

mg/l g/l g/l mg/l

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TERMES PRINCIPAUX UTILISES EN TRAITEMENT DES BOUES (Retour en Tête) ABREVIATIONS

SIGNIFICATIONS

UNITES

Red/ox pH

Rotentiel d’oxydo-réduction Potentiel d’hydrogène

mV pH

DCO DBO5

Demande chimique en oxygène Demande biologique (ou biochimique) en oxygène après 5 jours Formule chimique de l’ion ammonium Azote Kjeldhal (NH4+ + N organique) Ortho phophate

mgO2/l

NH4+ NTK PO4

mgO2/l mgN/l mgN/l mgP/l

Rappel paramètres quantifiables ⇒MS / MVS / MES ⇒masse = conc x volume (5g/l x 1000 m3=5000 kg) ⇒siccité

⇒volume

=

M.S M. brute

=

Masse.M.S 1 × = m3 Siccité.1000 d

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SICCITE

Siccité =

P2 − P0 P1 − P0

Taux de capture d’un équipement de traitement ‹ Epaississeur

⇒Rdt de capture =

Qalim.Calim− Qsv.Csv ×100 Qalim.Calim

⇒Qsv = Q alim - Q ep ‹ GDD(grille d’égoutage)

⇒%C

=

Qalim.Calim− Q(F+L) .C(F+L) Qalim.Calim

» F = filtrat » L = lavage

Page 22 22

Indice de Mohlman: IM

» C’est le volume en ml occupé par un gramme de boue après décantation de 30 mn: sans dilution

im =

V30(ml / l) MES(g / l)

INDICE DE DECANTATION = VOLUME OCCUPE PAR 1g DE BOUES APRES 30 MINUTES DE DECANTATION

IB =

V D 3 0 ( m l / l) (ml/g) M E S B A ( g / l)

INDICE DE BOUE (ml/g)

ET Taux de boues après 30 minutes de décantation (ml/l)

Concentration en MES (g/l)

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TAUX DE BOUES ET TESTS DE DECANTATION: DILUER OU NE PAS DILUER ? Après 30 min

Pas de dilution:

250 ml

Taux de boues

Après 30 min

Sans dilution:

=

250 = 25% 1000

Après 30 min

1ère dilution par 2

Après 30 min

2 ème dilution par 2 Taux de boues

800 ml

350 ml

150 ml

150 × 2 × 2 1000 600 = 1000 = 60% =

Méthode analytique : %MVS

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Paramètres influençant la qualité des boues ‹Influence

qualité boues

⇒ type de réseau: R sep / R unitaire ⇒ temps sec / temps de pluie ⇒ état de l’effluent: H2S ⇒ nature de l’effluent: soluble / particulaire ⇒ % de MVS sur l’effluent d’entrée ⇒ filière eau

INTERFERENCES SUR LA CHAINE DE TRAITEMENT ⇒ Taille de l’installation ⇒ Filière eau (P biologique) ⇒ Temps sec / Temps de pluie ⇒ Facteurs influants sur les caractéristiques des boues » condition de collecte ...... » origine des boues (I/II/III) » réactifs » conception / exploitation de l’installation » IM / %MV

Page 25 25

Impact du traitement des boues sur le traitement de l ’eau L’anoxie prolongée la boue est le siège d'une modification de structure importante concrétisée par une hydrolyse partielle de la matière organique, réaction comparable à la première phase d'acidification de la digestion anaérobie. Cette dégradation conduit à la production d' H2S, C02, acides butyriques propioniques, etc.

‹

Impact du traitement des boues sur la qualité des boues

le retour à la normale est une opération très difficile et de longue haleine. 24 H D'EPAISSISSEMENT EN TROP C'EST 50 % DE POLYMERE EN PLUS 2 POINTS DE SICCITE EN MOINS 48 H D'EPAISSISSEMENT EN TROP C'EST 100 % DE POLYMERE EN PLUS 4 POINTS DE SICCITE EN MOINS

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Amplification des retours en tête Pollution de retour en tête : a . X X

X 1- a

Flux à traiter = X / (1-a)

Eau traitée X Filière eau Y 1-a Filière boues

a X 1-a

Evacuation des boues = Y

Charges des retours en tête de différentes filières boues Filière eau Filière boues

Aération prolongée

Aération prolongée

Flottateur + Filtre-bande

Epaiss-gravitaire

+ Filtre-bande

Déc-primaire + Aéra-prolongée Epaiss-séparé + Digestion-ana + Filtre-bande

Retours en tête en % par rapport de la charge de l'effluent brut Débit DBO5 MES NTK Ptot

22 5 12 5 1

11 25 25 8 5

15 17 19 25 10

Page 27 27

PRODUCTION DE BOUES BIOLOGIQUES ƒS = Smin + Sdur + (0,83+0,2.log Cm)DBO5 +K’.Nit - Fuite MES ƒS = production de boues biologiques en excès Smin = partie minérale des MES = MES x (100-% MVS) Sdur = partie non biodégradable des matières volatiles en suspension (MVS) Sdur = 0,1 à 0,3 x MVSƒ de l'influent Cm = charge massique appliquée kg de DBO5/kg MV/j

Production Boues Physico-chimiques ‹ Traitement

du phosphore

⇒Phosphore soluble uniquement ⇒M.PO4 + M(OH)3 ‹ Boues

physico-chimique = 6 à 8 x Psoluble à précipiter ( 2 mg/l) ‹ Boues physico-chimique = 8 à 12x Psoluble à précipiter ( 1 mg/l) ‹ % MVS chute par l’apport de ces boues minérales

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LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES

Ä Epaississment

Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä

SCHEMA GENERAL DU TRAITEMENT DES BOUES BOUES PRIMAIRES

BOUES MIXTES

BOUES D'AERATION PROLONGEE

BOUES DES SYSTEMES EXTENSIFS

CONCENTRATION

STABILISATION

CONCENTRATION

CONDITIONNEMENT

DESHYDRATATION

COMPOSTAGE

STOCKAGE

COMMERCIALISATION

INCINERATION

MISE EN DECHARGE CONTROLEE

COMPOSTAGE

REPRISE - EPANDAGE

VALORISATION AGRICOLE

VALORISATION AGRICOLE

Page 29 29

SCHEMA GENERAL DES TRAITEMENT DES BOUES boues primaires

boues mixtes fraiches

boues biologiques

épaississement

épaississement

épaississement

stabilisation anaérobie

stabilisation anaérobie

stabilisation aérobie thermophile

boues tertiaires

stabilisation aérobie thermophile

conditionnement

stabilisation chimique traitement complémentaire

déshydratation

SCHEMA GENERAL DES TRAITEMENT DES BOUES

boues tertiaires boues boues biologiques

mixtes

épaississement

stabilisation aérobie thermophile

suite filière

stabilisation anaérobie

fraiches boues primaires

Page 30 30

SCHEMA GENERAL DES TRAITEMENT DES BOUES

boues primaires

épaississement stabilisation anaérobie

boues biologiques

conditionnement

déshydratation

épaississement boues tertiaires

Qualité physique des boues en fonction du traitement Liquide

Liquide épais

pâteux thixotrope

solide plastique

solide friable

épaississement statique épaississement dynamique Filtre à bandes presseuses Centrifugeuse Centrifugeuse HP Filtre presse Lit de séchage apport de Ca0

Page 31 31

FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (2)

Epaississement des boues

LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES Ä Epaississment

Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la réglementation (2 modes de destination) Ä

Page 32 32

SOMMAIRE ⇒Les différentes filières boues » Epaississeur » Flottation » Système drainant (GDE) » Filtre à bande » Centrifugeuse » Filtre - presse » Lit de séchage » Digestion aérobie / anaérobie » Incinération

SOMMAIRE ⇒Siccité selon les différentes filières ⇒Filières en fonction du type du boues ⇒Filière en fonction de la taille des stations

Page 33 33

EPAISSISSEMENT

‹ Epaississement

boues mixtes

⇒Epaississement statique, calculé sur la base de 50 kg MS / jour ⇒Concentration obtenue de 5 à 5,5%

Page 34 34

EPAISSISSEMENT

‹ Epaississement

boues primaires

⇒Epaississement statique, calculé sur la base de 100 kg MS / jour ⇒concentration obtenue de 8 à 10%

EPAISSISSEMENT DES BOUES Les différentes filières d’épaississement ‹ Epaississement

conjoint boues primaires et

boues activées ⇒boue en excès: » soit envoyées directement en tête de décantation » soit envoyées dans un épaississeur commun avec les boues primaires

Page 35 35

EPAISSISSEMENT DES BOUES Les différentes filières d’épaississement ‹ Epaississement

séparé

⇒les boues primaires sont envoyées dans un épaississeur statique (ne pas confondre avec un silo) ⇒les boues biologiques en excès sont épaissies séparément par flottation ⇒ ⇒L’épaississement séparé concentration plus élevée

EPAISSISSEMENT DES BOUES Les différentes filières d’épaississement ⇒Epaississement .......... boues primaires de 55% à ⇒ 60% boue mixte de 5 à 5,5% maximum ⇒En épaississement séparé, on peut obtenir: » 8% sur les boues primaires avec épaississement statique ⇒ » 4% sur les boues activées avec flottation à eau pressurisée

⇒Le mélange

6 à 6,5%

Page 36 36

L’EPAISSISSEMENT DES BOUES PAR GRILLE D ’EGOUTTAGE

‹ Les

grilles d’égouttage :

⇒égouttage naturel et raclage ⇒Siccité de 6 à 8%

Epaississement dynamique Grille d’égouttage

Page 37 37

L’EPAISSISSEMENT DES BOUES PAR GRILLE D ’EGOUTTAGE ‹ Principe ⇒la boue floculée est introduite dans le bac de répartition d’où elle déborde sur la grille d’égouttage. Elle est alors reprise par une série de racleurs qui assurent sa progression vers la sortie de l’appareil tandis que l’eau interstitielle est collectée par un bac à filtrat situé sous la grille. Les racleurs, constitués de plaques métalliques supportant des bavettes en caoutchouc sont montés sur chaînes sans fin maintenues par des roues dentées. Du côté de la sortie des boues, un moteur et un motovariateur assurent l’entaînement de la chaîne.

Page 38 38

Page 39 39

Epaississement dynamique Tambour d’égouttage

Epaississement dynamique Grille d’égouttage

Page 40 40

SCHEMA D’EPAISSISSEMENT DES BOUES PAR FLOTTATION PRESSURISATION INDIRECTE

SOUS NAGEANT BOUES EPAISSIES

BOUES DE FOND

BOUES

PRESSURISATION DIRECTE

SOUS NAGEANT BOUES EPAISSIES

BOUES

BOUES DE FOND

LA FLOTTATION Flottation par air dissous ‹ Flottation:

production de micro bulles de 40 à 70

microns. ‹ L’uniformité = f (diamètre des bulles émises dans le liquide) ⇒Bulles de 20 microns: vitesse ascensionnelle de quelques mm/s ⇒Bulles de quelques mm de diamètre: vitesse 10 à 30 fois supérieures.

Page 41 41

LA FLOTTATION Flottation par air dissous ‹ Les

bulles: effet de flottation si elles s’accrochent aux particules, diamètre bulles < diamètre floc. ‹ Production de micro bulles: la pressurisation (détente d’une solution enrichie en air dissous sous une pression de quelques bars).

LA FLOTTATION Flottation par air dissous ⇒

‹ ERU

appareils :

⇒de forme circulaire. ⇒double dispositif de raclage des boues en surface et au fond. ‹ Le

racleur de fond est tiré par une passerelle radicale ou diamétrale. La rotation des bras de surface, radiaux, est assurée par celle de la passerelle

Page 42 42

LA FLOTTATION Flottation par air dissous ‹ Des

boues flottantes sont reprises dans une goulotte. Les appareils d’un diamètre supérieur à 15 m, possèdent généralement 2 goulottes diamétralement opposées. ⇒ ‹ En ERU, la flottation concentration boues > 40 g/l. Vitesse de pointe < 10 m/h. Généralement les polyélectrolytes cationiques: meilleurs résultats.

L’EPAISSISSEMENT DES BOUES L’épaississement des boues activées ‹ La

fottation: bonne solution

⇒en marche normale, on peut ne pas utiliser de polymères ⇒mais ces derniers peuvent permettre de faire face à une dégradation de la qualité de la boue, ou à une augmentation de la capacité

Page 43 43

L’EPAISSISSEMENT DES BOUES L’épaississement des boues activées

‹ Charge

de 5 kg MS / m².heure ‹ Concentrations de l’ordre de 4% ‹ La pressurisation directe, sous une pression d’environ 5 bars

FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (3)

Stabilisation biologiques & chimique des boues

Page 44 44

LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES

Ä Epaississment

Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä

Stabilisation des boues : évolution de la production de H2S et CH3SH

1,6

mg S/g MV

1,4

H2S

CH3SH

H2S

CH3SH

1,2 1

Moyenne charge

0,8 0,6 0,4

Aération prolongée

0,2 0 0

40

80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 Temps (h)

Page 45 45

Actions des différents types de stabilisation efficacité

tampon

fermentations hygiénisation ultérieures

biologique en aération prolongée aérobie anaérobie Deux phases DAT chimique conditionnement minéral post chaulage traitements complémentaires incinération compostage inertage

exploitation fluctuation difficulté qualité

+ (1) + (1) +++ +++ ++ (2)

+ + ++ ++ +++

+ 0 ++ ++ ++

+ ++ + + ++

0 +++ ++ + +

+++ +++

+++ +++

0 0

+++ +++

++ +++

+++ +++ +++ (++)

+++ +++ (+++)

0 0 0

++ ++ ++

+++ +++ -

But de la digestion ‹ Appliquée

sur des boues épaissies, la digestion anaérobie a 2 objectifs: ⇒ stabiliser la boue ⇒ réduire le masse de boue, en dégradant une partie des MVS (45 à 50% environ) ⇒ une hygiénisation peut-être obtenue (thermophile)

Page 46 46

Principe de la digestion anaérobie ‹ Les

matières organiques (MVS) subissent les réactions biologiques suivantes; ⇒ Phase 1 : Hydrolyse des macromolécules en composés simples (enzymes spécifiques), ⇒ Phase 2 : Production de composés acides, à partir des composés simples (flore acidogène), ⇒ Phase 3 : Gazéification, sous forme de CO2 et CH4 (par une flore méthanogène) »

C5H7O2N + H2O Î 5/2 CO2 + 5/2 CH4 +NH3

Schéma de principe de la digestion anaérobie Matières organiques complexes (sucres, protéines, lipides, ...) Bact. hydrolytiques

HYDROLYSE

Matières organiques simples (osides, pectides, acides aminés, ...) ACIDOGENESE

Bactéries acidogènes

Acides Gras Volatils (AGV) (acétate, propionate, butirate, ...) ACETOGENESE

Bact. acétogènes Acide acétique CH3COOH

CO2 + H2

METHANOGENESE Bact. acétoclastes

Bact. hydrogénophiles CH4 + CO2

Page 47 47

Principe de la digestion aérobie thermophile ‹ Il

s’agit d’une oxydation biologique par injection d’air dans une cuve soigneusement brassée. Le principe n’est pas fondamentalement différent d’une boue activée, aux concentrations et à la température près. ⇒ C5H7O2N + 5O2 Î 5CO2 + 2H2O + NO3

‹ Appliquer

en hygiénisation / pasteurisation :

- il faut assurer un Tsh de 30mn à 60°C

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Schéma de principe de la stabilisation aérobie des boues Matière organique complexe (biopolymères : cellulose, lignine, lipides, débris végétaux, ...) Lyse cellulaire

Exoenzymes bactériennes

Matières organiques simples (monomères : glucose, acides aminés, ...) O2

O2

Chaleur

CO2

Acides gras volatils (acides acétique, propionique, butirique, ...)

Biomasse thermophile Respiration

ADP transfert d'énergie

Synthèse

O2 ATP chaleur Respiration endogène Résidus solubles

Biomasse chaleur

O2

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LA DIGESTION DES BOUES Pourquoi une digestion ? ‹ Avantages: ⇒Pas de dégagement de mauvaises odeurs stockables même à l’état liquides. ⇒ La teneur en matière organique: 45 à 55% de dépenses d’énergie relativement faibles. ⇒Réduction du tiers de la masse totale des boues » moins de consommation de réactifs de conditionnement » moins des frais de transport en décharge. ⇒Production d’énergie stockable (gaz) et valorisable. ⇒Volume important d’ouvrages = tampon entre la production de boues fraiches et la production de boues déshydratées.

LA DIGESTION DES BOUES ‹ Inconvénients

⇒ Coût d’investissement important ⇒ Retour de pollution en tête de station ⇒ Réduction du pouvoir calorifique des boues ⇒ Nécessité d’une exploitation plus attentive qu’avec une stabilisation aérobie ou chimique (après défaillance, le retour à la normale est plus long).

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LA DIGESTION DES BOUES Digestion mésophile et thermophile ‹

‹

‹

‹

2 classes de bactéries méthaniques: ⇒bactéries mésophiles : 35 à 37°C ⇒bactéries thermophiles : 50 à 60°C Avantages: ⇒La digestion thermophile: réduction des temps de séjour. ⇒La boue obtenue: meilleure structure / déshydrabilité plus facile. Inconvénients: ⇒dépenses calorifiques plus élevées, ⇒grande sensibilité aux variations de températures et de charge. La digestion mésophile: le procédé de digestion le plus employé.

La digestion anaérobie Mise en œuvre de la digestion ‹ La

digestion anaérobie en 2 phases:

⇒ la 1ère phase : hydrolyse et acidogène à 50°C » TSH : 2 jours et Cv sup à 2,5 kg MV/m3.j

⇒ la 2ème phase : méthanogène à 37 °C » TSH : 10 jours

⇒ Rendement sur les MV : 45 à 50% ‹ Avantages

⇒ Volume du réacteur réduit de moitié ⇒ Fonctionnement biologique beaucoup plus stable

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Conditions physico-chimiques ‹ Ph

: 7 à 7,5 ‹ AGV entre 100 et 500 mg CH3COOH/l ‹ TAC entre 1500 et 6500 mg CaCO3/l ‹ AGV/TAC inf à 0,25 (0,1 à 0,20) ‹ concentration de la boue : 30 à 80g/l ‹ Température : 35 à 37°C

La digestion aérobie thermophile Mise en œuvre de la digestion ‹ Digestion

aérobie en 1ou 2 cuves ⇒ TSh : 6 à 8 jours maxi ⇒ Apport en oxygène : 2 kg O2/ MVS entrantes ⇒ Aération en moyennes bulles en plancher ⇒ Brassage ⇒ Brise mousse ⇒ Rendement ; 35 à 45% sur le MVS

Page 52 52

LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion ‹ Digestion

chauffée et non chauffée

⇒ non chauffée: pratiquement abandonnées, car des temps de séjour considérables (de l’ordre de 90 à100 jours) ‹ Aucun

effet d’épaississement n’est recherché

⇒assurer la vitesse de dégradation maximale de la matière organique et une gazéification intense. » température = 35 à 37°C

» brassage énergique » charges atteignant 2 kg de MV/m3.jour, des temps de séjour de 18 jours.

LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion ‹

Performances de la digestion. Caractéristiques des boues et du gaz. ⇒ La qualité d’une digestion = f (réduction de la teneur en matières volatiles, production de gaz)

‹

La réduction des MV sera d’autant plus importante que sa teneur initiale sera, élevée: ⇒ Taux de réduction des MV de 45 à 55%

‹

Une digestion stabilisée = production d’un gaz avec +/- 65% de méthane et 35% de CO2, petites quantités d’H2S, H2, ... ⇒ Le PCI du gaz: 5.000 à 6.000 kcal/m3

‹

H2S = corrosion.

Page 53 53

LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion ‹ Forme

et brassage des digesteurs.

⇒Tendance: digesteurs à fond plat, brassés au gaz de digestion sous pression. ⇒ Le rapport optimal: diamètre = 2 * hauteur ⇒Le gaz aspiré:comprimé puis injecté au centre de l’ouvrage ⇒ Le débit: de l’ordre de 1à 1,5 m3/m2.h de surface libre de digestion. ⇒Une couronne centrale, sur le toit du digesteur alimente un certain nombre de cannes d’injection plongeant au fond de l’ouvrage et placées sur un cercle, de façon à avoir une zone d’émulsion de dimension suffisante.

LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion ‹ Le

chauffage.

⇒ Les échangeurs externes à eau chaude: les plus sûres et les plus largement utilisées. ⇒ Généralement échangeurs tubulaires, alimentation en eau chaude à une température comprise entre 65 et 80°C. ⇒ L’installation de chauffage soit au fuel, soit au gaz de digestion, calculée pour compenser les pertes calorifiques extérieures des digesteurs et fournir les calories nécessaires au pré-chauffage des boues fraîches.

Page 54 54

LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion ‹ Production

et stockage du gaz

⇒ 900 ou 1.000 litres par kg de MV détruite. ⇒ Un stockage minimal de gaz nécessaire pour compenser les variations quotidiennes de production (quelques heures sur une grandes station, une demi journée sur une petites). ⇒ Le stockage: cloches gazométriques en communication avec les digesteurs sous une pression d’une vingtaine de cm de colonne d’eau. ⇒ Si possibilités d’utilisation sous pression (moteurs thermiques, transport à distance...), stockage: réservoirs sphériques sous 2 ou 3 bars de pression.

STABILISATION CHIMIQUE A LA CHAUX VIVE ‹ CaO

+ H2O º Ca(OH)2

‹ Une

bonne stabilisation est obtenue avec une dose de l ’ordre de 40%, avec un pH final supérieur à 12 ‹ l ’adjonction de la chaux vive permet d ’augmenter la siccité grâce à 2 phénomènes : ⇒ réaction chimique d’extinction de la chaux par l ’eau interstitielle ⇒ effet d’exothermie de la réaction obtenue pendant 30mn (effet négligeable) ⇒ phénomène de cimentation qui se poursuit plusieurs jours ⇒ effet secondaire = stripping de l’ammoniac

Page 55 55

Impact de la stabilisation sur la qualité des boues A é ro b ie

DAT

A n a é ro b ie

C h im iq u e (c h a u x )

ré d u c tio n de 0 - 5 %

ré d u c tio n 40 - 55 %

ré d u c tio n 40 - 55 %

M a tiè re m in é ra le N

c o n s ta n t d a n s l'a b s o lu p e u d e p e rte s u r M S m a is p e rte e n N d e la p h a s e liq u id e

c o n s ta n t d a n s l'a b s o lu tra n s fo rm a tio n d e 40 % - du N o rg a n iq u e e n N H 4

P Masse de boue F e rm e n ta tio n u lté rie u re

in c h a n g é ré d u c tio n 0 à 3 % o u i a p rè s 7 2 h e u re s d 'a n o xie s o u s fo rm e liq u id e e n tre 1 e t 6 m o is p e rte d e 5 à 2 5 % d e s M .0 . e t 3 0 -4 0 % N o rg a n iq u e ⇒ NH4

c o n s ta n t d a n s l'a b s o lu tra n s fo rm a tio n d e N o rg a n iq u e ⇒ N O 3 d é n itrific a tio n p o s s ib le in c h a n g é ré d u c tio n 22 à 30 % fa ib le

p a s d e p e rte s u r b o u e d é s h y d ra té e ; h y d ro ly s e d e s M .0 . ju s q u ' à 4 0 % s u r b o u e liq u id e a u g m e n ta tio n de 10 à 50 % s trip p in g d e N H 4 d e la p h a s e liq u id e e t re s s o lu b ilis a tio n d 'u n e p a rtie d e N o rg a n iq u e p ré c ip ité a u g m e n ta tio n d e l0 à 3 0 % trè s fa ib le s i p H > 1 0 ,5 e t m ilie u n o n liq u id e

bonne 45 - 60 2 ,5 - 3 ,5 2 0 ,2 - 0 ,3 2 4 -3 3 0 ,5 -1 1 -3 5 -1 5

fa ib le 4 5 -6 0 2 -3 1 ,5 -2 ,5 0 ,1 5 -0 ,2 5 2 4 -3 3 0 ,5 -1 1 -3 5 -1 5

M a tiè re o rg a n iq u e

D é s in fe c tio n M .0 . % / M S N T o ta l P K C .. Mg Fe . Ca

non 5 0 -6 5 4 -5 2 -2 ,5 0 ,2 -0 ,3 3 3 -3 8 0 ,4 -0 ,8 1 -3 5 -1 5

in c h a n g é ré d u c tio n 22 à 30 % n u lle

o u i s i p H > 1 1 ,5 3 5 -5 0 0 ,8 -2 2 -5 0 ,1 -0 ,2 2 0 -3 0 0 ,4 -2 2 -1 5 1 5 -3 0

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Actions des différents types de stabilisation efficacité

tampon

fermentations hygiénisation ultérieures

biologique en aération prolongée aérobie anaérobie Deux phases DAT chimique conditionnement minéral post chaulage traitements complémentaires incinération compostage inertage

exploitation fluctuation difficulté qualité

+ (1) + (1) +++ +++ ++ (2)

+ + ++ ++ +++

+ 0 ++ ++ ++

+ ++ + + ++

0 +++ ++ + +

+++ +++

+++ +++

0 0

+++ +++

++ +++

+++ +++ +++ (++)

+++ +++ (+++)

0 0 0

++ ++ ++

+++ +++ -

FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (4)

Déshydratation des boues par filtre bande

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LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES

Ä Epaississment

Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä

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FILTRE A BANDE Description ⇒La boue est introduite avec floculant dans un mélangeur équipé d’un agitateur à vitesse variable et se déverse sur une première toile inférieure dans une zone d’égouttage

FILTRE A BANDE - Principe ⇒Dans cette première partie de parcours, la boue est hersée par des peignes e repartie en couche régulière et homogène par un rouleau sur la toile, en même temps qu’est assuré un premier compactage. ⇒Cette disposition assure une excellente évacuation du liquide interstitiel, dont une partie à toujours tendance à se maintenir en surface, en facilitant son passage à travers le lit de boue. ⇒De la qualité de l’égouttage dépend directement le rendement de pressage ultérieur

Page 59 59

FILTRE A BANDE - Principe ⇒Après cette zone d’égouttage, la boue se trouve prise entre la première toile (inférieure) et une deuxième toile (supérieure) dans une entrée en forme de coin qui assure une première compression jusqu’au serrage dû à la mise en tension des toiles sur le tambour.

FILTRE A BANDE - Principe

⇒La pression exercée sur le gâteau est complétée par l’action de 2 ou 4 rouleaux appuyant sur le tambour et commandés par des vérins pneumatiques. ⇒Les deux toiles passent ensuite entre une série de rouleaux de renvoi dont le petit diamètre permet d’augmenter la pression d’essorage, en même temps qu’est assuré un effet de cisaillement qui rompt la structure de la boue.

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DESHYDRATATION SUR FILTRE A BANDE

‹ En

sortie, les 2 toiles se séparent et le gâteau est dégagé par 2 racloirs pour évacuation sur une bande transporteuse. Le lavage des toiles est assuré en permanence au moyen d’eau sous pression

Performance du filtre bande » Le rendement optimal adapté à chaque type de boue s’obtient par réglage: - De la tension de la toile - De l’intensité de pressage - De la vitesse de défilement des 2 toiles

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DESHYDRATATION PAR FILTRE BANDE

DESHYDRATATION PAR FILTRE BANDE

Page 62 62

Page 63 63

Page 64 64

DESHYDRATATION SUR FILTRE A BANDE Les valeurs suivantes sont des valeurs obtenues sur des boues type urbain. Capacité kg MS/h.m

Siccité %

Boues fraîches mixtes

150

20

Doses de polymères kg/t MS 4

Boues digérées mixtes

150

20

4

Boues primaire fraîches

250

27

2,5

Boues primaires digérées

250

27

2,5

Boues biologiques moy. charge

100

18

5

Boues biologiques aér. prolong.

80-120

16-18

5

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Avantages et inconvénients ‹ Les

filtres à bandes sont bien adaptés aux petites et moyennes installations, leurs avantages sont: ⇒ Un procédé continu et une bonne vision des phases de la déshydratation (égouttage, essorage, cisaillement, pressage ultime), ⇒ Une exploitation facile, ⇒ Une robustesse de l’installation, ⇒ Un investissement et une maintenance réduits ainsi qu’une consommation d’énergie faible.

Avantages et inconvénients ‹ Ce

système présente cependant des inconvénients: ⇒ Les toiles peuvent se colmater ⇒ Nécessité d’une forte consommation d’eaux de lavage ⇒ Le système est encombrant ⇒ Un dispositif de ventilation est à prévoir en raison d’une atmosphère humide

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FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (5)

Déshydratation des boues par Centrifugeuse

LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES Ä Epaississment

Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä

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CENTRIFUGEUSE

Déshydratation par centrifugeuse

Page 68 68

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Nouvelle génération HP ‹ Augmentation

de la vitesse du bol : 2500 à 3000 g (favorable à la siccité et taux de capture) ‹ La vis tourne légèrement plus vite que le bol : vitesse différentielle (VR) - si VR faible Tsboue élevé ‹ Augmentation du TS boue dans le bol par un nouveau type de bol, abaissement de la VR et augmentation du couple (favorable à la siccité et au taux de capture) ‹ augmentation de l’anneau liquide favorable au taux de capture ‹ nouvelle technologie de la vis (resistance à l’abrasion)

Performance du procédé centrifugeuse haute performance ‹ Ces

performances sont obtenues grâce :

⇒à un augmentation de la vitesse du bol (2500 à 3000 g) ⇒ à une augmentation du Ts des boues dans le dans le rotor (vitesse différentielle plus faible : 2 à 20t/mn) ⇒à la technologie de la vis ⇒choix et dosage en polymère

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Performances des centrifugeuses Diamètre du bol mm 300 Limite massique KgMS/h 180 3 10 Limite hydraulique m /h Nature de boues B.A très faible charge Boues primaires Boues digérées Boues agro-alimentaire

400 400 30

Non HP 15 à 18% 28 à 32 % 17 à 21 % 12 à 15%

500 600 50

600 1100 70

HP 18 à 22% 32 à 38 % 21 à 30% 14 à 17%

Avantages et inconvénients ‹ Une

centrifugeuse fonctionne en continu, ses principaux avantages sont: ⇒ Un traitement des boues rapide, ⇒ Le système est bien adapté pour le traitement des boues graisseuses, ⇒ le dispositif est compact, ⇒ La déshydratation se déroule en enceinte fermée donc pas de problème d’odeur.

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Avantages et inconvénients ‹ Cependant

ce système peu répandu présente des inconvénients: ⇒ Nécessité d’un personnel qualifié pour le faire fonctionner, ⇒ Appareil cher à l’achat et à l’entretien (abrasion par le sable, prévoir un dessablage), ⇒ Consommation d’énergie importante, ⇒ Consommation de polymère, ⇒ Dispositif bruyant,

CENTRIDRY

Page 72 72

SECHAGE par CENTRIDRY ® : boucle ouverte Cheminée

Polymère

Boue s

CENTRIFUGEUSE

Combustibles fuel gaz biogaz Air

Laveur de buées

Ventilateur

Eau de lavage

Cyclone

Air chaud

Vanne écluse

Air

Générateur gaz chauds

Boues sèches

SECHAGE par CENTRIDRY ® : boucle fermée Polymère Ventilateur

Boue s

CENTRIFUGEUSE

Laveur de buées

Cyclone

Combustibles fuel gaz biogaz

Vanne écluse Air chaud

Air

Boues sèches

Eau de lavage

Générateur gaz chauds Cheminée

Page 73 73

Filière de Traitement des boues ( 6)

Déshydratation par filtre presse

Page 74 74

Filtre presse - Principe

FILTRES PRESSES ‹ La

surface des plaques

⇒généralement limitée à 1,5 m X 1,5 m: sinon hétérogénéité de la siccité des gâteaux ‹ Le

lavage des toiles

⇒lavage sous pression indispensable ⇒grandes installations Î un système automatique

Page 75 75

FILTRES PRESSES ‹ Généralités:

⇒L’épaississeur des gâteaux » temps de filtration = f (épaisseur des gâteau)² » épaisseur Î main d’œuvre, temps de débâtissage et de préparation , mais cycles » épaisseur Î temps de pressée , temps de débâtissage et de préparation » boues d’ERU Î épaisseur de +/- 25 mm à 35 mm

⇒Pression de filtration » pression de +/- 15 bars (boues urbaine) » à 7 bars: siccité du gâteau de 3 à 5%

FILTRES PRESSES ‹ Conditionnement

minéral des boues

⇒alimentation chlorure ferrique et lait de chaux ⇒débit variable ‹ Conditionnement

organique des boues

⇒alimentation en chlorure ferrique et polymère ⇒débit variable

Page 76 76

FILTRES PRESSES ⇒dosage proportionnel difficile sur un débit variable. On est donc amené à: » transférer un débit de boues constant » doser sur ce débit constant un débit ajustable de chaux et FeCl3 dans 2 floculateurs en série » installer un bac tampon entre la floculation et le pompage d’alimentation

FILTRES PRESSES Les performances conditionnement minéral

Boues fraîches mixtes Boues digérées mixtes Boues primaires fraîches Boues biologiques Boues primaires digérées

Concentration alimentation (%) 6

Durée de filtration (heures) 1,5

Siccité (%)

Ca(OH)2 (%)

38

FeCl3 pur (%) 4,5

4

2

38

4,5

20

8

1

40

3,5

12

6

1,5 à 2h

35

10

30

5

1,5

40

3,5

12

20

Page 77 77

Grille Filtre-presse

Page 78 78

Page 79 79

Page 80 80

Résultats des essais conditionnement polymère Kerbach Mirecourt Type de boue épaissies épaissies Conc. boues 25-30 g/l 15-27 g/l IB 176 ml/g 250 ml/g MV 70 % 76 % Durée 1 à 3h/30 à 60’ 2h30/2h Polym. 9 à 14 kg/T 10 à 14 kg/T FeCl3 1.8 à 4.5% 1.8 à 4.5% Siccité 26 à 28% 29 à 31% Filtrat 200 à 300 mg/l 30 à 120 mg/l

DESHYDRATATION DES BOUES SUR FILTRE PRESSE La qualité des boues étant variable, les valeurs réelles pourront s’écarter des moyennes du tableau suivant

Boues fraîches mixtes

Concentration Durée de alimentation filtration (%) (heures) 6 1,5

Ca(OH)2 (%)

38

FeCl3 pur (%) 4,5

Siccité (%)

20

Boues digérées mixtes

4

2,0

38

4,5

20

Boues primaires fraîches

8

1,0

40

3,5

12

Boues primaires digérées

5

1,5

40

3,5

12

Page 81 81

Avantages et inconvénients ⇒ Un dispositif fiable ⇒ Une consommation d’énergie la plus faible ⇒ Une siccité supérieure à 30% (35% avec un conditionnement minéral), les boues sont donc gerbables et émottables ‹

Par contre elle présente tout de même certains inconvénients:

⇒ Le filtre presse fonctionne par bâchées; c’est donc un procédé discontinu ⇒ Il est également très encombrant ⇒ Le coût d’investissement est élevé

Filière de traitement des boues en fonction de la taille de station 200 à 1000

F iliè re E p a iss iss e m e n t

E p a iss iss e m e n t s to c k a g e

1000 à 5000

5000 à 10000

10000 à 50000

50000 à 150000

> 150000

E p a iss iss e u r F lo tta tio n D ra in a g e + S ilo D ra in a g e + s ilo

D é s h y d ra ta tio n

F iltre à b a n d e C e n trifu g e u se F iltre p re s se L its d e se c h a g e

S ta b ilis a tio n

DAT A n a é ro b ie

T ra ite m e n t th e rm iq u e

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Filière de Traitement des boues ( 6’)

LITS DE SECHAGE PLANTES DE ROSEAUX

Lit de séchage planté - principe ‹

‹

‹

‹

Le procédé est composé d’un massif filtrant constitué de différentes couches de sable de granulométries différentes qui reposent sur un radier. Des roseaux de type Phragmites communis sont plantés sur le massif qu’ils colonisent en développant un tissu complexe de racines (rhizomes)assimilable à un réseau de drainage. Les boues provenant directement du bassin d’aération sont épandues en surface du lit selon des cycles alternant période de repos et période d’alimentation. Lorsqu’une dose de boues est appliquée, les rhizomes vont favoriser le drainage des percolats, l’élimination de la matière organique et permettre une stabilisation des boues par compostage. La fréquence de curage des lits est généralement de 5 ans.

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Rôle de conductivité hydraulique des racines

Phragmites australis ou Phragm ites comm unis

LITS DE SECHAGE PLANTES DE ROSEAUX Roseaux (Phragmites communis) 4 plants / m2 de lit

Alimentation boues 150 g MES.m-2.j-1

Plantation de mai à septembre Ne supporte pas l'anaérobiose

Eh > 150 / 200 mV v = 0,8 - 1,2 m/s

Répartiteur 1,5 m

Cheminée de ventilation

BOUE 0,1 m 0,1 m 0,1 m 0,2 m

Evacuation des percolats vers tête de station Percolat : MES < 100 mg.l-1 Eh > 300 mV NH4+ + NO3 - < 100 mg.l-1

Terre végétale Sable lavé (2 / 4 mm) Gravier (2 / 8 mm) Cailloux (30 / 80 mm)

Drain (1pour 15 m2 de surface)

Page 84 84

Conception et dimensionnement » La charge maximale admissible est de 150 g MeS/m2/j. » Station à forte variation de charge estivale, on calculera la surface nécessaire avec une charge moyenne de 250 g MeS/m2/j. » il est nécessaire de prévoir un minimum de trois lits. » Il faut un minimum de 4 plants de roseau par m2 de lit. » La surface unitaire maximale d’un lit est de 100 m2 afin d’avoir une alimentation homogène. » Les caractéristiques géométriques préconisées sont hauteur totale maximale = 2 m, hauteur utile à la mise en service 1,5 m (augmentation de l’épaisseur de compost d’environ 20 à 30cm par an), largeur maximale = 5 m maximum (accessibilité pour le curage du lit), longueur = 20m.

Conception-dimensionnement

» L’alimentation s’effectue en prenant un point d’alimentation pour 25 m2 de surface unitaire. » Le diamètre de chaque canalisation d’alimentation est calculé sur la base d’une vitesse de passage de 0,6 à 1,2 m/s. Ce diamètre est au minimum de 60 mm. » Il est essentiel d’assurer une alimentation séquentielle (bâchée) pour optimiser la circulation de l’air (effet de piston). » Il s’agit de “napper” rapidement la surface du lit en cours d’alimentation pour permettre aussi l’homogénéité de la répartition. » Une bâchée correspond à une “hauteur d’eau” comprise entre 5 et 15 cm pour un temps d’extraction de 10 à 20 minutes. » Un débit de pompage de 0,15 m3 /h/m2 de lit est satisfaisant. On prévoira également un système de purge des canaux d’alimentation (gel, fermentations...). » Les drains sont à disposer sur la largeur des lits à raison d’un drain pour 15 m2. » Les percolats renvoyés en tête de station ne sont pas septiques et n’apportent pas de pollution supplémentaire. » Les coûts d’investissement sont situés entre 1500 et 2200 F/m2. ils comprennent le génie civil et les équipements.

Page 85 85

Exploitation ‹ ‹

‹ ‹

‹

‹

Plantation des roseaux La plantation s’effectue au début du printemps (fin mars à début mai) pour pouvoir assurer rapidement la colonisation racinaire (“rhizosphère”). En absolu, on peut planter jusqu ’en septembre. Entretien des roseaux Jusqu’à la repousse (pendant au moins un mois), il est essentiel de prévoir un arrosage des plants avec de l’eau traitée une fois par jour afin d’assurer l’humidification du lit. Ensuite, il convient d’alimenter en boues les lits à une charge moyenne de 50 g MES/jour/m2 le premier mois, puis à une charge moyenne de 100 g MES/jour/m2 pendant les deux mois suivants. Une suralimentation en boues provoque la mort des roseaux.

Performance attendues ‹ Qualité

des boues ‹ En période d’alimentation, a siccité moyenne des boues dans les lits se situe à des valeurs proches de 10 %. Après mise au repos forcé (plusieurs semaines, par exemple lors de l’évacuation du compost), la siccité peut atteindre 25 à 35 %. ‹ Du fait de l’important temps de séjour des boues, on obtient un abattement de 60 % des MVS. De ce fait la production de boues après “compostage” sera réduite d’environ 40 à 45 %. ‹ Qualité des percolats ‹ En terme de flux, ces retours sont négligeables.

Page 86 86

DISPOSITIF DE DESHYDRATATION PAR LITS A MACROPHYTES Schoenau (67)

DISPOSITIF DE DESHYDRATATION PAR LITS A MACROPHYTES Schoenau (67)

Page 87 87

FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (7)

LE COMPOSTAGE AEROBIE THERMOPHILE DES BOUES

Page 88 88

LE COMPOSTAGE AEROBIE DES BOUES ‹

‹ ‹

Le compostage est une transformation aérobie thermophile de la matière organique par des microorganismes, sous conditions contrôlées et qui conduit à un résidu organique partiellement stabilisé MO + Micro organismes + O2 Î CO2 + H2O + Produits oxydés + chaleur Apport d’un support carboné ⇒ rapport C/N=25 à 30 Î inférieur à 20 lors de l’épandage ⇒ porosité importante (30 à 40%) pour la circulation de l’air ⇒ rôle d’éponge (rétention de l ’humidité) ⇒ humidité de départ inférieur à 65%

4 phases dans le processus ‹ 1ère phase : mésophile avec dégagement de chaleur favorisant la croissance bactérienne (38°C) - 7jours ‹ 2ème

phase : la population mésophile est remplacée par une

population thermophile jusqu’à 60°C. Au dessus de 65°C, la dégradation est assurée par une autre flore( bactéries sporulées), la température monte jusqu’à 75°C. - 7 jours ‹ 3ème

phase : l’absence de développement bactérien induit

l’arrêt de l’oxydation et une phase de refroidissement- 7 jours ‹ 4ème

phase : la maturation du compost commence, avec

une humidification du produit et donc sa stabilisation.Durée minimale 1 mois.

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LE TRAITEMENT DES BOUES (7’)

Oxydation par voie humide

Oxydation thermique Dans la famille de l’oxydation thermique nous trouvons : † L’incinération ou co-incinération des boues (résidus de

traitement des fumées toxiques + cendres - machefers) † L’oxydation par voie humide † Le traitement pyrolytique ou gazéification, combustion de la matière organique sans oxygène (production de méthane valorisable )

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Oxydation par voie humide Les procédés d'OHV sont utilisés pour le traitement d'effluents liquides toxiques ou de boues de stations de traitement. L'oxydation est obtenu par un mélange d'eau et d'oxygène (O2/air) porte à très forte température et sous de très fortes pressions. Suivant la pression et le degré, l'eau est en état sous-critique ou supercritique, d'où l'existence de deux type de traitement: - l'OHV soussous-critique (de 175 a 350°C avec une pression de 2 a 20 Mega Pascal Mpa ou 20 à 200 bars) - l'OHV supercritique (de 375 a 600°C avec une pression de 25 a 35 Mpa ou 250 à 350 bars)

Oxydation par voie humide La principale caractéristique du procede d'OHV en conditions sous-critiques est d'oxyder, en phase aqueuse, - la matière organique contenue dans les effluents, - dans des gammes de température et de pression relativement correctes. L'oxydant a longtemps été l'oxygène de l'air. Cet oxygène provoque un " bouillonnement " dans la phase liquide du réacteur, d'où le terme d’Oxydation Oxydation par Voie Humide. Actuellement, l'air est enrichi jusqu'a 65% en oxygène, ce qui permet de traiter des effluents plus concentrés en matières organiques, sous des conditions moins sévères qu'avec l'air.

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Oxydation par voie humide Les paramètres de l'OHV sous-critique: Température = 175 - 350°C Pression = 2 - 20 Mpa ou 20 à 200 bars Durée de la réaction = 30 - 240 minutes Applications: boues de STEP (paramètres, 200°C et 2 Mpa), - destruction du composé initial > 99,9 % - COT = 80 - 98 % (rendement de destruction)

Oxydation par voie humide

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Oxydation par voie humide

On obtient : - un résidu minéral : 40à50% de siccité - déchet ultime ou additif dans le béton - CO2

- retour en tête ( NH3 + PO4 + MO + DCO réfractaire)

Oxydation par voie humide- retour en tête

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Oxydation par voie humide

Oxydation par voie humide

Page 100 100

Oxydation par voie humide ATHOS

OVH ATHOS

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OVH ATHOS ‹ Oxydation

dans un autoclave agité :

⇒ Température : 235 et 285°C ⇒Pression : 50 bars ⇒Tsh = 1h ‹ Résultats

à 285°C

⇒DCO = 85% avec DCO résiduelle = 10g/l ⇒MVS = 7,5% ⇒N-NH3 = 0,6 g/l

Oxydation par voie humide Minéralis

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Oxydation par voie humide Minéralis

OVH Minéralis ‹ Oxydation

dans un autoclave agité :

⇒ Température : 270 et 300°C ⇒Pression : 70 à 100 bars ‹ Résultats

⇒MVS = 3 %

Page 103 103

LE TRAITEMENT DES BOUES (7’’)

Séchage solaire

Séchage des boues Séchage par voie naturelle - lits de séchage à l’air libre sur des boues liquides, combine évaporation naturelle et drainage de l’eau libre à travers une couche filtrante de sables (siccité de 30% sur 3 semaines + impact météo)

- lits de séchage plantés de roseaux à l’air libre sur des boues liquides, combine drainage et évapotranspiration par les plantes et minéralisation des boues ‘(siccité de 15à 20% sur 5 ans) - séchage par rayonnement solaire sur des boues pâteuses, sous serre et fait appel au phénomène d’évaporation (siccité de 60 à 90% + ensoleillement)

Page 104 104

Séchage des boues Séchage par voie thermique - il permet l’élimination quasi-totale de l’eau - siccité obtenue de l’ordre de 90 à 95% - boues obtenues sont pulvérulentes ou en granules

Séchage solaire - principe

- Cette technique consiste à réchauffer de quelques degrés l’air qui va circuler à travers ou au-dessus de la boue - De faibles élévations de température suffisent à augmenter le pouvoir évaporatoire de cet air

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Séchage solaire - principe On distingue essentiellement trois modes de séchage solaire:

-Le séchage solaire à l‘air libre: on se contente simplement d’étendre le produit à sécher au soleil

- Le séchage solaire indirect: l’air est chauffé par un capteur qui peut être distinct de l’enceinte de séchage. - Le séchage solaire direct: le produit est placé sous une couverture transparente (vitre, feuille de plastique).

Séchage solaire- principe

Le séchage solaire indirect

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Séchage solaire- principe

Le séchage solaire direct

Séchage solaire- principe Les moyens essentiellement utilisés sont : - écarter les eaux de pluie, - augmenter le taux d’évaporation par effet de serre et créer un courant d’air, - retourner la boue pour libérer l‘eau capillaire emprisonnée.

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Séchage solaire - principe ‹

Dans les trois systèmes de séchage par rayonnement solaire, la construction de la serre est constituée d’une enveloppe en feuille plastique transparente ou en verre. On y mesure constamment les paramètres de fonctionnement qui sont :

- la température et l‘humidité de l’air à l‘intérieur, - la température et l’humidité de l‘air à l‘extérieur, - le rayonnement solaire, - la vitesse du vent. ‹

Cependant, les ventilations et le système de brassage des boues mis en place différent d’une technique à l‘autre.

Séchage solaire - IST

Page 108 108

Séchage solaire - IST

Séchage solaire - IST

Page 109 109

Séchage solaire - THERMO

Séchage solaire - THERMO

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Séchage solaire - Performances Système Rathus : évaporation 1,2 à 1,5 t H20/m2.an Système Thermo : surface de 1,5 à 3 t de MS/m2.an et consommation électrique (robot +ventilation) : 20 à 30 kwh/t d ’eau évacuée

Système IST : surface de 1 à 2,5t de MS/m2.an et consommation électrique (rouleau +ventilation) : 10 à 30 kwh/t d ’eau évacuée

LE TRAITEMENT DES BOUES (8)

INCINERATION DES BOUES

Page 111 111

Incinération - principe ‹ L’eau

interstitielle, transformée en vapeur, et les matières organiques transformées en gaz de combustion, sont rejetées à l’atmosphère. ‹ Les matières minérales, transformées en cendres, constituent le résidu ultime à mettre en décharge.

Page 112 112

Incinération - principe ‹ Le

processus d’incinération est tributaire de contraintes sévères sur la plan thermique: - l’évaporation de l’eau nécessite un apport de chaleur important - la combustion des matières organiques, génératrice de chaleur, nécessite un apport d’oxygène notable sous forme d’air comburant - la combustion complète oblige à porter les gaz de combustion à une température élevée, 850°C, ce qui nécessite également un apport de chaleur important.

Incinération - principe ‹ Ainsi,

afin de ne pas consommer d’énergie fossile d’appoint, il est souhaitable d’arriver à un bilan thermique équilibré, ‹ C’est à dire à ce que la chaleur fournie par la combustion des matières organiques soit suffisante pour assurer l’évaporation de l’eau, le réchauffage de l’air comburant et l’élévation à 850 °C de la température de la totalité des gaz de combustion. ‹ On dit que l’on est alors en présence de boues autocombustibles.

Page 113 113

Incinération des boues

Composition chimique de la matière organiques des boues La moyenne d’un certain nombre d’analyses sur des boues de provenance diverse donne comme formule approchée de la matière volatiles ;

- C : 50 à 60 % - H2 : 7 à 9 % - 02 : 25 à 35 % - N2 : 3 à 7 %

Page 114 114

Réaction de combustion Réaction de combustion

C + O2 ⇒ CO2 + 94 Kcal / mole H2 + ½ O2 ⇒ H2O + 57,8 Kcal / mole

Le pouvoir calorifique inférieure ‹

le pouvoir calorifique inférieur (PCI) ne comprend pas la chaleur de vaporisation de l’eau contenue dans les produits de combustion ( on considère donc que cette eau reste sous forme de vapeur).

‹

chaleur nécessaire pour évaporer l’eau à 100°C dont chaleur de vaporisation

‹

‹

: 630 kcal/kg : 540 kcal/kg

Le PCI moyen des matières organiques des boues urbaines : 4800 à 5800 kcal/kg La valeur de PCI dépendra du % de MV dépendant du type de boues (primaire, biologiques, digérées...)

Page 115 115

Calcul simplifié du PCI des boues Exemple : Boues à 28% de siccité avec 70 % de MV (MO/MS)

- PCI des MV = 5500 kcal/kg - PCI de la boues = [ % MV x 5500] - [% H20 x 630 kcal/kg] - PCI de la boues = [ 0,70 x 0,28 x 5500] [0,72 x 630] = 624 kcal/kg

PCI des boues siccité de la boue 20% 65 %

PCI en kcal/kg 240 1920

95 %

3000

Remarques bilan proche de la neutralité pouvoir calorifique moyen des O.M (2000 kcal/kg) considéré comme un véritable combustible pauvre (3000 kcal/kg)

Page 116 116

Phénomène de combustion Les phases successives sont les suivantes:

- Echauffement à 100°C - Vaporisation de l’eau - Echauffement et distillation de la matière organique entre 100 & 500°C - Inflammation des gaz de distillation entre 400 & 700°C - Fin de réaction à 800-900°C

Apport en air Air comburant ‹

Air injecté dans le foyer pour apporter la quantité d’oxygène nécessaire à la réalisation des réactions de combustion. Il est en général réchauffé dans un échangeur air/fumée qui permet de récupérer une part importante de la chaleur contenue dans le fumée.

Air excès ‹

Surplus d’air comburant, au dessus de la quantité stoechiométrique, pour assurer une combustion complète de toutes les particules et une oxydation totale des matières organiques.

Page 117 117

Bilan thermique ‹

Le bilan thermique établit la relation entre la chaleur entrante et la chaleur sortante. - Chaleur entrante = PCI de la MO + Fioul + chaleur (air comburant + air en excès) - Chaleur sortante = chaleur sensible des gaz de combustion + chaleur sensible de l’eau contenue dans les boues + pertes thermiques (cendres et four)

‹ ‹

Si la chaleur entrante est supérieure à la chaleur sortante, les boues sont auto-combustibles. Dans le cas contraire, il faut apporter une quantité de chaleur d’appoint fournie par un combustible ( fioul, gaz...).

Quels traitements des boues avant incinération ‹ La

co-incinération de boues avec les ordures ménagères peut s’effectuer de deux façon différentes ; „soit par mélange d’une boue séchée de 60 à 90% de siccité avec les déchets ménagers, „soit par injection directe d’un boue pâteuse dans le four de l’UIOM

Page 118 118

Incinération - four fluidisé

Incinération-four fluidisé

Page 119 119

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Page 121 121

LE TRAITEMENT DES BOUES (9)

PERFORMANCES DES EQUIPEMENTS

LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES

Ä Epaississment

Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä

Page 122 122

SCHEMA GENERAL DU TRAITEMENT DES BOUES BOUES PRIMAIRES

BOUES MIXTES

BOUES D'AERATION PROLONGEE

BOUES DES SYSTEMES EXTENSIFS

CONCENTRATION

STABILISATION

CONCENTRATION

CONDITIONNEMENT

DESHYDRATATION

COMPOSTAGE

STOCKAGE

REPRISE - EPANDAGE

COMMERCIALISATION

INCINERATION

MISE EN DECHARGE CONTROLEE

COMPOSTAGE

VALORISATION AGRICOLE

VALORISATION AGRICOLE

Qualité physique des boues en fonction du traitement Liquide

Liquide épais

pâteux thixotrope

solide plastique

solide friable

épaississement statique épaississement dynamique Filtre à bandes presseuses Centrifugeuse Centrifugeuse HP Filtre presse Lit de séchage apport de Ca0

Page 123 123

Siccité sur boues biologiques selon les différentes filières F ilière

S iccité

E p aississeu r

2 5 à 3 0 g /l

F lo ttatio n

4 0 à 5 0 g /l 6 ± 1 %

S y stèm e d rain an t F iltre à b an d e

18 ± 2 %

C en trifu g eu se

20 ± 2 %

F iltre p resse - p o ly m ère F iltre p resse - m in éral L its d e sech ag e

28% 35 % 30 à 40%

Filière de traitement des boues en fonction de la taille de station 200 à 1000

F iliè re E p a iss iss e m e n t

E p a iss iss e m e n t s to c k a g e

1000 à 5000

5000 à 10000

10000 à 50000

50000 à 150000

> 150000

E p a iss iss e u r F lo tta tio n D ra in a g e + S ilo D ra in a g e + s ilo

D é s h y d ra ta tio n

F iltre à b a n d e C e n trifu g e u se F iltre p re s se L its d e se c h a g e

S ta b ilis a tio n

DAT A n a é ro b ie

T ra ite m e n t th e rm iq u e

Page 124 124

DESHYDRATATION SUR FILTRE A BANDE Les valeurs suivantes sont des valeurs obtenues sur des boues type urbain. Capacité kg MS/h.m

Siccité %

Boues fraîches mixtes

150

20

Doses de polymères kg/t MS 4

Boues digérées mixtes

150

20

4

Boues primaire fraîches

250

27

2,5

Boues primaires digérées

250

27

2,5

Boues biologiques moy. charge

100

18

5

Boues biologiques aér. prolong.

80-120

16-18

5

Avantages et inconvénients ‹ Les

filtres à bandes sont bien adaptés aux petites et moyennes installations, leurs avantages sont: ⇒ Un procédé continu et une bonne vision des phases de la déshydratation (égouttage, essorage, cisaillement, pressage ultime), ⇒ Une exploitation facile, ⇒ Une robustesse de l’installation, ⇒ Un investissement et une maintenance réduits ainsi qu’une consommation d’énergie faible.

Page 125 125

Avantages et inconvénients ‹ Ce

système présente cependant des inconvénients: ⇒ Les toiles peuvent se colmater ⇒ Nécessité d’une forte consommation d’eaux de lavage ⇒ Le système est encombrant ⇒ Un dispositif de ventilation est à prévoir en raison d’une atmosphère humide

‹1

: Tube d’alimentation ‹ 2 : Distributeur ‹ 3 : Bol ‹ 4 : vis convoyeuse

Page 126 126

Performances des centrifugeuses Diamètre du bol mm 300 Limite massique KgMS/h 180 3 10 Limite hydraulique m /h Nature de boues B.A très faible charge Boues primaires Boues digérées Boues agro-alimentaire

400 400 30

Non HP 15 à 18% 28 à 32 % 17 à 21 % 12 à 15%

500 600 50

600 1100 70

HP 18 à 22% 32 à 38 % 21 à 30% 14 à 17%

Avantages et inconvénients ‹ Une

centrifugeuse fonctionne en continu, ses principaux avantages sont: ⇒ Un traitement des boues rapide, ⇒ Le système est bien adapté pour le traitement des boues graisseuses, ⇒ le dispositif est compact, ⇒ La déshydratation se déroule en enceinte fermée donc pas de problème d’odeur.

Page 127 127

Avantages et inconvénients ‹ Cependant

ce système peu répandu présente des inconvénients: ⇒ Nécessité d’un personnel qualifié pour le faire fonctionner, ⇒ Appareil cher à l’achat et à l’entretien (abrasion par le sable, prévoir un dessablage), ⇒ Consommation d’énergie importante, ⇒ Consommation de polymère, ⇒ Dispositif bruyant,

DESHYDRATATION DES BOUES SUR FILTRE PRESSE La qualité des boues étant variable, les valeurs réelles pourront s’écarter des moyennes du tableau suivant

Boues fraîches mixtes

Concentration Durée de alimentation filtration (%) (heures) 6 1,5

Ca(OH)2 (%)

38

FeCl3 pur (%) 4,5

Siccité (%)

20

Boues digérées mixtes

4

2,0

38

4,5

20

Boues primaires fraîches

8

1,0

40

3,5

12

Boues primaires digérées

5

1,5

40

3,5

12

Page 128 128

Avantages et inconvénients ⇒ Un dispositif fiable ⇒ Une consommation d’énergie la plus faible ⇒ Une siccité supérieure à 30% (35% avec un conditionnement minéral), les boues sont donc gerbables et émottables ‹

Par contre elle présente tout de même certains inconvénients:

⇒ Le filtre presse fonctionne par bâchées; c’est donc un procédé discontinu ⇒ Il est également très encombrant ⇒ Le coût d’investissement est élevé

Typologie des boues Siccité Caractéristiques physiques Convoyage

Boue liquide

Boue pâteuse

Boue solide

Boue sèche

1 à 10%

10 à 30%

30 à 90%

> 90%

Boue non déshydratée

Boue déshydraté Mise en tas : OK Pelletable Boue gerbable et Mise en tas faible émottable pompage pompage tapis, vis, pompe centrifuge ou volumétrique ou volumétrique volumétrique par vis

Boue pulvérulente ou granulée tapis ou système pneumatique

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PERFORMANCES GDE

TAMBOUR D’EGOUTTAGE

SAC FILTRANTS

TASSTER U

FILTRE A BANDE

CENTRIFUGEUSE

SICCITE (%)

7

7à8

faible

10 à 12

14 à 17

16 à 20

35

-

TAUX DE CAPTURE (%) CONSOMMATION DE REACTIF (kg/T de MS) DIMENSIONNEMENT

-

-

-

-

95

98

-

-

6

7à8

-

-

-

-

-

-

80 (kg de MS/h/m de largeur de grille) espace entre barreaux : 500 µm

80 (kg de MS/h/m de largeur de grille) maille de 500 à 600 µm

80 (kg de MS/h/m de largeur de grille) -

600 (kg de MS/h)

80 à 100 (kg de MS/h/ m de largeur de bande) pression exercé 2 à 3,5 bars

-

-

-

vitesse relative : 2 à 20 t/min champs centrifuge : 500 à 300.000 g

-

pression de 15 bars pour les boues urbaines

CARACTERISTIQUE DES MACHINES

pression sur boues ~ 0,2 bars

LIT DE FILTRE A SECHAGE PRESSE

Adéquation entre les techniques de traitement et différents types de boues TYPE DE BOUE épaississement gravitaire GDE flottation centrifuge stabilisation anaérobie deux phases DAT déshydratation filtre à bandes centrifugeuse centrifugeuse HP filtre presse lit séchage

physicochimique

primaire

mixte

biologique après DP

biologique sans DP

biologique déphosph

tertiaire

OUI NON NON NON

OUI NON NON NON

déconseillé

NON NON NON

NON OUI OUI OUI

NON (1) OUI OUI OUI

NON OUI OUI OUI

OUI NON (2) OUI

OUI OUI NON

OUI OUI NON

OUI OUI OUI

NON (3) OUI OUI

NON OUI OUI

NON (7) NON (7) NON (7)

NON (4) NON (4) NON (4)

OUI OUI OUI OUI NON

OUI OUI OUI OUI OUI

OUI (5) OUI (6) OUI (6) OUI OUI

NON OUI OUI NON NON

OUI OUI OUI OUI OUI

OUI OUI OUI OUI NON

NON (4) OUI OUI OUI NON

Page 130 130

Dépense énergétique des filières d’épaississement FILIERE

ENERGIE

Epaississement gravitaire Epaississement gravitaire avec soutirage vers Flottation sans polymère atelier complet

1 - 7 kWh/tonne MS 12 - 20 kWh/tonne MS

60 - 120 kWh/tonne MS 0,16 – 0,5 kWh / m3 Centrifugation atelier complet sans 200 - 400 kWh/tonne MS polymère 1,2 – 1,6 kWh / m3 Grille ou tambour de drainage atelier 50 - 80 kWh/tonne MS complet avec polymère

Dépense énergétique des filières de déshydratation FILIERE

ENERGIE

Filtre bande atelier complet + chaulage des boues

120 - 160 kWh/tonne MS

Centrifugeuse atelier complet + chaulage des boues Filtre presse atelier complet Conditionnement minéral

210 - 240 kWh/tonne MS 65 - 80 kWh/tonne MS

Page 131 131

TRAITEMENT DES BOUES(10) APPROCHE ECONOMIQUE

COUT INDICATIF ‹ Incinération

⇒Investissement 60 - 140 F/T MS ⇒Coût d’exploitation 600 - 800 F/T MS ‹ Séchage

⇒4 à 8 millions - tonne H2O évaporée/h ⇒Coût d’exploitation 250 - 500 F/T MS ‹ Décharge

⇒250 - 350 F/T de produit (réception) ⇒Transport - 15 à 40 F/m3 (5 - 10 km) ⇒Stockage - manutention - ( 10 - 15 F/ m3) ⇒Coût d’exploitation 75 - 300 F/T boue ⇒Pour une boue à 35% 300 - 600 T MS/10 (25 km)

Page 132 132

COUTS DE MISE EN DECHARGE ‹ Aspects

économique

⇒Selon leurs carctéristiques, les boues seront disposées en site d’enfouissement de classe I ou de classe II. ⇒Les coût peuvent être estimés aux valeurs suivantes selon la destination » Par tonne de produit brut: classe II : 125 à 250 F classe I : 300 à 500 F

» Il est possible alors de déterminer les coût maximum et minimum pour la mise en décharge selo la siccité des boues. Siccité (%) Classe II maximum Classe II minimum Classe I maximum Classe I minimum

20 1250

25 1000

30 835

35 715

40 625

625

500

420

360

316

2500

2000

1670

1430

1250

1750

1400

1170

1000

875

m inim um

DECHARGE ‹

Mise en décharge ⇒ Concerne actullement de l’ordre de 35% des boues résiduaires urbaines

‹

Réglementation ⇒ arrêté du 9.09.1997 : siccité, odeurs, qualité organique,....

‹

Evolution de la filière ⇒ Fermeture des décharges aux boues d’ici 2002.

‹

Contraintes techniques - coût ⇒ Exigences de qualité du produit: » déshydratation » stabilisation » métaux lourds

⇒ $ coût $: » de 225 à 350 F/t pour un centre de classe II » de 350 à 500 F/t pour un centre de classe I

Page 133 133

COUT EPANDAGE AGRICOLE

» Aspect économique

une station de 5.000 éq.hab utilisée à 100% de sa charge nominale avec épandage liquide et une station de 20.000 éq.hab avec épandage de boues pâteuses, filière: depuis la sortie du concentrateur situé sur la station d’épuration jusqu’aux interventions de la mission chargée de la valorisation des déchets, stockage de 6 mois, boues liquides à 30 g MS/l; boues de filtre à bandes à 17% de MS, besoin de stockage de boues liquides: 400 F/M3 (amortissement sur 20 ans), aire de stockage couverte pour les boues pâteuses: 20 à 40 F/éq.hab., coût moyen de l’épandage réalisé par les agriculteurs (ADEME,Agences de l’eau, Ministère de l’Agriculture, 1992), – - Boues liquides:15 à 70 F/m3 – - Boues pâteuses: 80 à 120 F/ m3 à 17% de MS – rayon moyen d’épandage: 4 km S ic c ité E p a n d a g e seu l F /T M S S to c k a g e + r e p r ise + ép andage F /T M S V a l e u r a g r o n o m iq u e ( N - P : 3 à 4 F /k g ) F /T M S

2%

5%

10%

20%

35%

1 0 0 0 -2 0 0 0

400 - 1400

200 - 700

100 - 350

60 - 200

2000 - 3000

800 - 2000

400 - 1000

200 - 500

100 - 350

80 - 160

80 - 160

80 - 160

80 - 160

50 - 100

FILIERE BOUE Dépense énergétique des filières d’épaississement FILIERE Epaississement statique Epaississement statique avec soutirage épaississeur Flottation sans polymère atelier complet sans polymère Centrifugation atelier complet sans polymère Tampbour de drainage atelier complet avec polymère

ENERGIE 1 - 7 kWh/ tonne MS 12 - 20 kWh/ tonne MS 60 - 120 kWh/ tonne MS 0,16 - 0,5 kWh/m3 200 - 400 kWh/ tonne MS 1,2 - 1,6 kWh/M3 50 - 80/ tonne MS

Page 134 134

FILIERE BOUE Dépense énergétique des filières de déshydratation FILIERE

ENERGIE

Filtre bande atelier complet+ chaulage des boues

120 - 160 kWh / tonne MS

Centrifugation atelier complet avec chaulage des boues Filtre presse conditionnement minéral atelier complet

210 - 240 kWh / tonne MS 65 - 80 kWh / tonne MS

Dépense énergétique des filières de déshydratation ‹ Filtre

bande atelier complet ‹ avec chaulage des boues : 120-160 kWh/ tonne MS ‹ Centrifugeuse atelier complet ‹ avec chaulage des boues : 210-240 kWh/tonne MS ‹ Filtre presse atelier complet : 65-80 kWh/tonne MS ‹

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