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.
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