Traitement des boues

Traitement des boues

 

Théorie : 

Une fois l’étape de décantation réalisée, la boue extraite est envoyée en traitement; traitement qui permettra par la suite une valorisation de cette matière. 

Le traitement des boues présente plusieurs étapes qui peuvent être placées différemment en fonction des propriétés des boues existantes et de la finalité visée. 

Nous avons choisi de décrire chacune des étapes, dans un ordre chronologique, pouvant se produire lors du traitement des boues. 

  • La concentration 

Elle consiste, comme son nom l'indique, à augmenter la concentration des boues liquides de trois à dix fois selon le procédé employé. Les boues liquides deviennent donc plus épaisses et, de ce fait, les ouvrages aval de stabilisation ou encore de déshydratation vont en être réduits. 

Plusieurs techniques peuvent être utilisées :

Épaississeur : cette étape permet d’augmenter la teneur en matière sèche des boues  secondaires par décantation et par récupération du surnageant. Un ouvrage statique est le plus souvent employé pour les boues primaires, ce dispositif étant relatif à l'emploi d'une cuve cylindro-conique. 

Flottateur : il repose sur le principe d’adsorption des boues sur de fines particules d’air. Les boues sont ensuite récupérées, en surface du système, par l’intermédiaire d’un racleur. Les fines bulles d’air proviennent d’une détente de l’eau soutirée du milieu. C'est un procédé particulièrement adapté aux boues biologiques.

 

Source : www.eauxindustrielles.fr                       Flottateur avec racleur en surface

Deux autres systèmes, reposant sur un conditionnement avec des réactifs chimiques appelés polyélectrolytes, peuvent être employés :

Grille d’égouttage : les boues, précédemment conditionnées, passent sur une grille horizontale de très faible espacement de barreau (500µm). Cette grille, sous forme de chaîne sans fin, permet une évacuation des boues par adjonction d’eau de décolmatage. Elle est placée au dessus d’un silo permettant de stocker les boues.

 

Source : www.ademe.fr                                                                      Grille d'égouttage des boues

Tambour d’égouttage : les boues sont admises dans un tambour incliné vis-à-vis de l’horizontale. Ce tambour permet ainsi une évacuation des eaux par filtration et des boues par ajout d’eau de lavage. 

  • La stabilisation

Elle permet de réduire la part de matière organique au sein des boues. Cette étape permet également d’éliminer les réactions de dénitrification ou d’anaérobiose et donc de maintenir les boues en leur état. Elle peut être présente en plusieurs points du procédé global de traitement des boues c'est à dire sur des boues liquides ou devenues pâteuses. 

La stabilisation n'est pas obligatoire mais permet une réduction des odeurs pouvant être générées par transformation ou encore conduit à une amélioration de la déshydratation des boues.  

Il existe différents types de stabilisateur :

Une digestion anaérobie reposant sur une dégradation de la matière organique par des bactéries. Lors de cette phase, une production de méthane est réalisée conduisant à une valorisation potentielle de cette ressource. Cette étape consiste à placer les boues au sein d’un digesteur chauffé et brassé. Il existe deux types de digestion : une mésophile s’opérant à 35°C puis une thermophile avec 50°C. Une diminution de près de 20 % de la matière organique peut être obtenue mais pendant une période relativement longue.

Une stabilisation aérobie qui consiste également à employer des bactéries mais, cette fois-ci, en présence d’oxygène. L’aération est assurée par une insufflation d’air en fond de bassin ou brassage en surface. En fin de traitement, du dioxyde de carbone et de l’eau sont produits.

Toutefois, ces deux étapes sont très fortement influencées par la température. En effet plus la température est faible, plus le temps de séjour des boues au sein du système est grand.

Une stabilisation chimique reposant sur l’ajout de chaux. Cet ajout, sous forme de lait de chaux préalablement préparé à partir de chaux vive $CaO(s)$, permet de suspendre l’évolution de la boue par réaction bactérienne. Une dose de l’ordre de 200-250 g de chaux $CaO(s)$ par kg de matière sèche, est nécessaire. La technique de mélange chaux/boue sera différente en fonction de la forme des boues finales souhaitée. 

  • Le conditionnement

Cette étape facilite la réduction de l’eau intersticielle, eau résiduelle présente au sein des boues. Pour effectuer cette étape, une solution de polyélectrolyte est réalisée puis ajoutée au mélange de boue. Cet ajout permet ainsi un rapprochement des particules de boue.  L’ensemble est ensuite agité conduisant à une étape de déshydratation.  

  • La déshydratation 

Elle conduit à une réduction plus poussée de l’eau présente, constituant ainsi une seconde étape d'élimination de cette eau en plus de la phase d'épaississement. Cette étape peut se réaliser, après ajout d’un floculant de polyélectrolyte, par la présence de trois outils : une centrifugeuse, un filtre à bande ou un filtre à presse.

Dans le cas de la centrifugation, le mélange boue/polymère est conduit au sein de l’appareil dans laquelle une vis convoyeuse est présente. Par rotation de cette vis les boues, ainsi séparées, sont évacuées au fur et à mesure. 

 

Source : www.atlantiqueindustrie.fr                                             Boue en sortie de centrifugeuse

Un filtre à bande ou à presse repose sur l’évacuation de l’eau du mélange boue/polymère par application sur une surface filtrante. Ces deux types de filtration se réalisent sous pression.

Les boues, ainsi obtenues, passent de l'état liquide à pâteux avec des siccités allant de 15 à 35 %; la siccité représentative de la part de matière sèche : 1 % de siccité est équivalent à 10 g/L de matière sèche. La siccité obtenue est cependant plus importante dans le cas du filtre à presse. D'ailleurs cette technique convient, tout à fait, à une valorisation en incinération.  

  • Le séchage 

Il permet une élimination de l’eau présente. Diverses techniques existent reposant sur une voie naturelle avec par exemple l’emploi de lit de séchage et donc d’énergie naturelle provenant du soleil ou encore thermique en utilisant des traitements à forte température.

Concernant les lits de séchage, il existe le cas particulier des lits dits "à plantations macrophytes". Dans ce cas, les boues sont filtrées sur un massif composé de roseaux. Dans cette technique, la réduction de l'eau des boues mais aussi leur stockage sont réalisées. 

La siccité des boues, finalement obtenue, varie de 60 à 90 %. 

 

Source : www.ademe.fr                                                                           Séchage sous serre des boues

Application pratique :

Dans le cas de notre projet, nous avons choisi de réaliser un tableau résumant les principaux avantages et inconvénients de certaines techniques. On constate ainsi que, en vue des exigences de notre étude en terme de capacité de traitement et de main d'oeuvre réduite, de nombreuses techniques peuvent être supprimées. 

Le choix escompté se réalisera en fonction des technique de valorisation choisie. De plus, la forme physique des boues conduira également à la détermination de ces techniques. 

Si une stabilisation venait à être choisie, cette dernière pourrait déjà être réalisée en amont. En effet, pour de faible charge c'est-à-dire pour une aération prolongée, le temps de séjour est tel qu’une stabilisation s’opère déjà au sein du bassin d'aération.

Avantage et inconvénient des techniques de traitement des boues avec les siccités attendues (Avantage/inconvénient propres à notre étude)

Technique  Avantage  Inconvénient  Siccité attendue (%)

Épaississeur (statique)

Simplicité du procédé

Pas de consommation énergétique

Nuisance olfactive 

Ouvrage de taille importante 

2,5 à 5
Flottation  Réduction d'ouvrage par rapport à l'épaississeur statique 

Importante consommation électrique

Pas de stockage des boues possible (comme dans le cas épaississeur) 

Très grande capacité de traitement (supérieure à 75000 équivalents habitants)

4
Égouttage  Volume de stockage des boues réduit Petite capacité de traitement  5 à 10
Digestion anaérobie 

Très bonne efficacité en terme d'élimination de la matière organique 

Valorisation énergétique du méthane formé

Exploitation plus rigoureuse que le cas aérobie

Investissement important

Très grande capacité de traitement (supérieure à 70000 équivalents habitants)           

  15 à 20 
Stabilisation aérobie  Bonne efficacité en terme d'élimination de la matière organique  Consommation énergétique supérieure au cas anaérobie  15 à 20
Stabilisation chimique  Très bonne efficacité en terme d'élimination de la matière organique 

Technique élevée

Emploi produit chimique dangereux 

15 à 20
Filtre presse  Siccité élevée des boues 

Main d'oeuvre importante

Coût investissement important 

25 à 28 (conditionnement amont) 
Filtre à bandes  Faible consommation énergétique 

Forte consommation eau 

Siccité moyenne (plus faible que dans le cas du filtre presse)  

15 à 20 
Centrifugation 

Économie de surface (encombrement réduit) 

Coût réduit par rapport aux filtres presse

Technique rapide de séparation boue/eau (ordre d'une dizaine de seconde)

Forte consommation énergétique (plus grande que celle des filtres presse) 20 
Lit de séchage naturel 

Pas de nuisance olfactive (boues stabilisées en amont)

Grande capacité de traitement (si condition météorologique favorable)

Main d'oeuvre importante 

Surface de terrain importante

Petite capacité de traitement en général 

15 à 25 (selon condition météorologique)
Lit de séchage à "plantations macrophytes" 

Automatisation possible du procédé

Stockage des boues sur très long terme (intéressant dans le cas d'une valorisation agricole, épandage des boues)  

Main d'oeuvre importante 

Coût d'investissement élevée

Dépendance vis à vis des cultures

Petite capacité de traitement en général 

15 à 25 (selon condition météorologique)
Séchage solaire 

Faible consommation d'énergie 

Maintenance limitée 

Très grande emprise au sol 

Variation des conditions de traitement en fonction de la saison 

70 à 75 (moyenne)
Séchage thermique  Très bonne efficacité de réduction de l'eau (siccité de l'ordre de 90%) 

Forte consommation énergétique 

Investissement très important 

Très forte capacité de traitement (supérieure à 300000 équivalents habitants) 

60 à 92 

Source : Guide technique de l'assainissement - quatrième édition - R.Bourrier