Brevet FR2156729A1 — publié le 19730601

L'invention concerne un procédé de traitement des boues d'égout provenant d'installations de décantation, en particulier d'installations de décantation à boues activées, en vue du séchage et/ou de ltenlèvement ultérieurs des boues. Les exigences toujours croissantes en ce qui concerne la puissance d'épuration des installations de décantation obligent à repanier dans une proportion croissante des stations d'épuration uniquement biologique et à compléter les installations d'épuration mécanique par des étages d'épuration biologique des eaux d'égout. Ceci est obligatoirement lié à une augmentation appréciable des boues de curage à enlever. On peut employer pour l'enlèvement ou ltélimination des boues de curage, suivant les conditions locales, les procédés les plus divers. A condition que des dépôts suffisants ou l'utilisation des boues dans l'agriculture soient possibles ou réalisables, il est, en règle générale, suffisant de soumettre la boue à un traitement stabilisant dans lequel des fractions appréciables des constituants organiques des boues sont dégradées et grâce auquel des odeurs désagréables gênantes lors des manipulations ultérieures des boues sont supprimées, La stabilisation des boues par putréfaction (ou fermentation) des boues dans des bacs de putréfaction fermes et chauffés s'est répandue assez largement et une fermentation méthanique se produit, à l'abri de l'air, dans ces bacs.Les installations d'épuration. des eaux existantes avec un étage mécanique de purification ne sont, étant donnée la capacité, et par conséquent le débit, de leur bac de putréfaction, prévues et installés en règle générale qu'en vue de l'augmentation prévue de la quantité de boues-ayant subi une clarification préliminaire- à faire fermenter ou, dans le cas le plus favorable, compte tenu de l'augmentation de la production de boues résultant d'une épuration biologique partielle. La quantité accrue de manière appréciable, de boues résultant de l'addition d'une station d'épuration entièrement biologique ne peut par conséquent être traitée par les installations existantes de traitement des boues.Du fait des conditions locales variables, en particulier dans les agglomérations, des objections graves s'opposent à un agrandissement du volume prévu pour la fermentation, étant donné que, dans un temps prévisible, l'utilisation de la boue fermentée sous forme de boue éclaircie ou sous forme desséchée ne peut plus être garantie à coup sûr. Dans les installations où les boues sont conditionnées en vue de leur dessiccation et de leur enlèvement ultérieurs, par exemple par coibustion ou traitement à haute température, on se heurte à une difficulté, à savoir que les réacteurs pour boues sont détériorés par les constituants grossiers de ces boues.Avec un mode opératoire connu, la boue est chauffée pendant environ 1 à 2 h à l'abri de l'air au-delà de 175 0C; avec un autre mode opératoire, la boue est oxydée en atmosphère d'air sous des pressions d'environ 80 à 130 atm.effect., et oxydée à des températures voisines de 250 0ça Grâce au traitement thermique précité, les substances entravant la dessiccation sont oxydées ou passent en solution, si bien que les boues peuvent ensuite être débarrassées de l'eau dans de bonnes conditions. Le traitement à haute température constitue un mode particulier de stabilisation et doit par conséquent entre considéré ci-après de ce point de vue. Le procédé de traitement selon l'invention des boues d'égout provenant d'installations de décantation, en particulier dtinstallations de décantation à boues activées, a pour objet le traitement des boues à peu de frais afin d'augmenter notablement le débit des installations d'épuration des eaux d'égout, même si la capacité de leurs installations de stabilisation reste inchangée et pour que, en outre l'opération de stabilisation de la boue se déroule Si possible dans des conditions améliorées. L'invention prévoit, pour atteindre ce but, que la boue soit séparée en une première fraction contenant principalement les ma trières solides grossières, c'est-à-dire en grosses particules, et en une seconde fraction, contenant principalement les matières solides fines, c'est-à-dire en particules de petites dimensions et que ladite seconde fraction soit soumise à une stabilisation par un procédé connu. L'invention est basée sur le fait établi que l'ensemble des constituants des boues provenant des eaux d'égout, en particulier quand celles-ci proviennent d'une canalisation mixte, constitue un mélange de matières extrêmement hétérogènes parmi lesquelles de préférence seuls des constituants déterminés sont à soumettre à ltopération connue de stabilisation.L'invention repose en particulier sur le fait établi que, lorsque la qualité de 1? épuration des eaux d'égout s'améliore, la proportion de petites particules dans la boue de curage augmente et que ces matières solides des boues en petites particules sont constituées principalement par des matières organiques, dont la stabilisation est réalisable de manière particulièrement satisfaisante, tandis que les matières soliaes en pius grosses particules, tant qu'elles sont de nature organique, ne sont minéralisables que par des durées de putréfac tion prolongées.La fraction grossière des boues contient de plus des matières minérales, par exemple du sable, qui ne représentent, pour l'étage ae stabilisation, qu'une surcharge inutile et par conséquent ne sont pas soumises, selon l'invention, à une stabilisation. il est certes aéjà connu de classer les matières présentes dans les eaux d'égout, cependant le but visé par ce mode opératoire connu est différent ae celui visé par l'invention. Une installation de décantation est en règle générale précédée d'un séparateur de sable dans lequel se déposent également des constituants des boues générateurs d'odeurs. Il est connu de classer et de laver les matières retenues par le séparateur de sable. De plus, les séparateurs de sable ont souvent une efficacité limitée, si bien que des quantités appréciables de sable parviennent, en passant par l'installation de décantation en aval, aux installations de stabilisation.A cause de cela on a déjà prévu, pour les installations de décantation, de procéder à un dessablage supplémentaire de la boue ayant subi une épuration préliminaire, par ltemploi dthydro- cyclones. ces moues opératoires et installations connus ont pour but de rendre possible le dépôt des matières peu odorantes retenues dans le séparateur de sable ou d'éviter des pannes ou des perturbations intéressant les installations de traitement des boues placées en aval. ais elles ne sont ni prévues pour, ni destinées à, influencer la proportion de boue fraîche qui est amenée aux installations de stabilisation. La courbe de répartition de la grosseur des grains et de la masse des grains des matières solides constituant les boues présentes dans les eaux d'égout aécantées peut varier largement suivant l'origine des boues d'égout. Cependant, la subdivision des matières solides en deux fractions avec des grosseurs moyennes des grains différentes peut être ajustée sans difficultés particulières. Normalement, cette séparation aes boues est réalisée de telle manière que la fraction fine ait une grosseur moyenne des grains inférieures à 20 #1t#= 0,001 mm) et la fraction grossière une grosseur moyenne des grains des matières solides supérieure à I mm. Pour réaliser un fractionnement convenable de la quantité totale de boue, il peut être avantageux, pour des boues relativement grossières, d'augmenter la dimension moyenne des grains des matières solides dans la fraction fine jusqutà environ 100ffiz , ou bien d'abaisser, pour des boues en grains relativement fins, la grosseur moyenne des grains des matières solides dans la fraction grossière de la boue jusqu'à environ 200# . Les avantages qu'on s'efforce d'obtenir sont régulièrement obtenus meme dans ces cas. Pour faciliter la séparation des boues en deux fractions, on peut, selon une autre caractéristique de l'invention, tamiser la boue avant la séparation en séparant au préalable les constituants fibreux et très volumineux des boues. Les matières retenues sur le filtre, sont dans ces conditions, presque entièrement débarrassées de leur eau. Leur grosseur de grains doit, conformément aux dispositions prises, ttre nettement supérieure à la grosseur moyenne des grains de la fraction grossière de la boue au cours de la séparation ultérieure de cette boue en deux fractions. Il est connu de débarrasser de leur eau par tamisage les boues d'égout provenant des installations de décantation. L'ensemble des matières solides de la boue doit rester dans le refus au tamis et ce qui traverse le tamis doit être constitué par de l'eau claire, débarrassée des constituants solides de la boue Par conséquent, ce mode opératoire comporte plusieurs phases et il est possible d'utiliser des tamis à mailles resserrées qui-par conséquentont une forte tendance au colmatage. Ce mode opératoire n'avait pas encore pu stimposer en pratique. Au traitement décrit ci-dessus des boues, succède, en tant que phase ultérieure du procédé, une stabilisation classique des boues qui n'intéresse plus, conformément aux dispositions prises, qu'une partie de la totalité des boues qui se forment. Par suite, on peut, conformément à l'invention, stabiliser la seconde fraction des boues contenant essentiellement les matières solides en petites particules par une fermentation anaérobie. La seconde fraction de la boue, contenant essentiellement les matières solides en petites particules peut également être stabilisée, par exemple par un traitement thermique à haute température, le cas échéant sous pression élevée et/ou avec injection d'oxygène.La première fraction des boues qui se forme lors de la séparation des boues en deux fractions et qui contient essentiellement les matières solides en grosses particules a une composition telle et se trouve dan un tel état qu'elle peut être débarrassée de son eau sans auxiliaire particulier, en particulier sans addition de floculant coûteux, soit telle quelle, soit encore, grâce à un mode d'exécution avantageux du procédé, être produite sous une forme déjà débarrassée de l'eau. On peut utiliser, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, un appareillage dans lequel la conduite de décharge des boues de l'installation de décantation débouche dans une centrifugeuse, dont le concentrat ae centrlf.gation est introauit par une conduite dans un réacteur destiné à stabiliser les boues. Certains types ae centrifugeuses permettent d'cbtenir que, dans le cas d'une bonne séparation granulométrique, le concentrat ae centrifugation formant la fraction des boues à petites particules et le produit constituant la fraction grossière des boues conviennent en ce qui concerne Tordre de grandeur aes quantités et la teneur en matières solides.L'étage de stabilisation est ainsi nettement soulagé en ce qui concerne son débit et on n'introduit dans cet étage que la proportion de matières solides à petites particules convenant particulièrement pour la stabilisation. La fraction des boues sous forme de grosses particules est facilement débarrassée de liteau sans grands frais. On a trouvé que, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, une centrifugeuse à vis à bol plein avec trop-plein, souvent dénommée "décanteur", convient particulièrement bien, en particulier quand ltépaississeur du concentrat de centrifugation est branché en aval d'un séparateur à buse à production continue ou d'un séparateur à disque à production discontinue. Le décanteur permet de réaliser une séparation très nette entre les grains des deux fractions aes boues et de plus le produit de la centrifugation (la fraction grossière) est déjà presque complètement débarrassé de lteau. L'utilisation d'un séparateur à buse comme épaississeur présente l'avantage que - étant donné le rendent élevé, par exemple de 95 ;o - les produits sépares au concentrat de centrifugation ne contiennent qutune faible proportion de matières solides et, par conséquent, peuvent être renvoyés dans l'installation de décantation sans charger celie-ci de façon appréciable et que l'épaissis- sement est très poussé, même pour un grand débit. La séparation granulométrique nette des boues dans le 11décanteur" donne en général une sécurité suffisante pour que le séparateur à buse sensible aux matières en grosses particules et fibreuses, puisse fonctionner sans panne.Pour faire encore quelque chose pour augmenter la sécurité de fonctionnement et supprimer tout entretien, un tamis rotatif à brosses peut être placé directement en amont du séparateur à gicleur et/ou on peut intercaler, entre la conduite de décharge des boues sortant de l'installation de décantation et la centrifugeuse, une machine à tamis oscillant à effort limité ou à course limitée. L'utilisation d'une machine à tamis oscillant pour la séparation préliminaire de constituants à très grosses particules et fibreux des boues est, par ailleurs, particulièrement recommandable quand le concentrat de centrifugation constituant la fraction des boues à fines particules est introduite dans le bac de putréfaction en passant simplement par un épaississeur à gravité, ou meme directement.La séparation préliminaire très simple par tamisage permet de soulager la centrifugeuse de séparation branchée en aval et permet de choisir la granulométrie de séparation de manière que le réacteur branché en aval dans ces conditions puisse aussi fonctionner en toute sécurité pour la stabilisation des boues, en particulier quand il s'agit d'un bac à putréfaction et qu'il soit alimenté en utilisant une substance organique à grains fins, de préférence déjà traitée. Les machines à tamis oscillant à fond perforé "en harpe" ou fond constitué par une couche de fibres non tissées se sont bien comportées. Elles réalisent à coup sur une séparation préliminaire des matières à grains grossiers, qui sont obtenues à l'état relativement sec et le liquide trouble qui passe au tamis contient encore toutes les matières solides qui doivent être soumises à un traitement supplémentaire par l'appareillage branché en aval. Ces couches filtrantes n'ont même aucune tendance au colmatage et peuvent être utilisées par conséquent en toute sécurité. D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation, description faite en se référant au dessin annexé sur lequel la figure 1 est une vue schématique d'une première forme de réalisation, la figure 2 est une vue schématique d'une seconde forme de réalisation, et la figure 3 représente les courbes donnant le refus au tamis en fonction de la grosseur aies grains ~our des boues fraîches communales séparées à l'aide d'un décanteur à vis. Dans l'exemple ae la figure 1, la boue déposée dans le bassin de décantation i est refoulée par la conduite d'évacuation 2 à l'aise a'une pompe à vis à excentrique, réglable, en direction àtune machine j à tamis oscillant à fonc perforé tt "en harpe". Les matières fibreuses et à grosses particules sont retenues au titre de refus au tamis, débarrassées de la plu grance partie ae leur eau et éliminées automatiquement. bes matières troubles qui passent au tamis parviennent dans l'épaississeur 4, 'où la toue épais sie est introduite, en passant par la conduite 5, Qans la centrifugeuse 6 à l'aide d'une pompe à vis.La séparation des matières solides aes boues en deux fractions a lieu dans cette centrifugeuse. La fraction fine sortant sous forme d'un concentrat de centrifugation, qui contient principalement des matières solides des boues organiques, stabilisables dans de bonnes conditions, est dirigée, soit directement par la conduite 8 -soit le cas échéant par l'épaississeur 7-dans le réacteur thermique 9 représenté de façon très simplifiée. La fraction des boues sortant de la centrifugeuse o par la conduite 10 est débarrassée de l'eau en meme temps que de la boue stabilisée arrivant par la conduite 11 et/ou est envoyée directement aux emplacements habituels d'enlèvement des boues.Les concentrats sortant des épaississeurs 4 et 7 sont renvoyés par les conduites 12 dans les bacs de décantation 1. Dans l'installation de la figure 2, les eaux d'égout à purifier parviennent par l'entrée 13-après avoir traversé une grille 14, un séparateur de sable 15 et un basin ae décantation préliminaire lo- à ltétage ae purification biologique 17 qui est constitué par un bassin d'activation 18 et un bassin de décantation complémentaire ii d'ou s'écoulent par la conduite 20 les eaux d'égout épurées.Les boues engendrées dans ltétage 17 a'épuration biologique sont introduites, en même temps que les boues résultant de la uécantation préliminaire, par la conauite commune 21 de décharge aes boues, aans l'épaississeur 22 par gravité, dont le trop-plein 23 est ramené Qans le basin @@ de décantation préliminaire. Le produit 24 sortant ae i'épaiseisseur est introduit dans le aécan- teur 25.Jans cette centrifugeuse, les boues sont séparées en deux fractions, ae telle manière que la fraction contenant les constituants volumineux de la boue arrive, par la conduite de décharge 26,déjà débarrassée de l'eau et est évacuée#, tandis que la fraction fine aes boues, enrichie en constituants organiques, est introduite par la conduite 27 de concentrat de centrifugation dans un séparateur à buse 28. La boue fraîche épaissie est introduite dans le bac de putréfaction 30,par la conduite de décharge 29, cependant que le concentrat sortant du séparateur a buse qui, grâce à son rendement élevé voisin de 95 ,#, n'est que faiblement chargé en matières solides, est renvoyé par la conduite 31 gans le bac 16 de décantation préliminaire. On indique ci-après des valeurs numériques, en référence aux conduites de raccordement de la figure 2, qui sont valables en ce qui concerne leur ordre de grandeur quand l'installation de décantation reçoit une quantité d'eau d'égout correspondant apProxima- tivement, à la valeur moyenne dans le temps, pour 5GO OGO habitants.On soutire du bassin 16 de décantation préliminaire et de l'étage d'épuration biologique 17, par la conduite 21, environ 1 000 m3/j de boues fraîches avec 4 6,X0 en poids de matières sèches, soit 40 t de matières sèches. 603 m3/j d'une fraction de boues fines, enrichies en matières organiques, contenant 3,3 t/o en poids de matières sèches, soit 20 t de matières sèches, circulent dans la conduite 27 du concentrat de décantation cependant que 67 t/j d'une fraction grossière des boues sont évacuées par la conduite de décharge 26; cette fraction est déjà débarrassée en grande partie de liteau donc ne nécessite pas d 'addition de floculant coûteux, et donne 30 ss en poids de matières sèches, soit 20 t de matières sèches.La fraction grossière des boues débarrassées de l'eau peut par conséquent, mélangée aux matières retenues à la grille, pauvres en eau, de la conduite 33 ainsi qu'aux matières également pauvres en eau retenues par le séparateur de sable de la conduite 24, être introduite dans l'appareillage courant d'élimination, par exemple après incinération. Grâce à l'utilisation du décanteur 25, la quantité de matières solides des boues à soumettre à la purification est réduite d'environ 50 ,0, étant donné que, comme on l'a expliqué cl-dessus- la fraction grossière des boues évacuée par la conduite 26 représente environ 50 tic de la quantité totale de matières solides présentes dans la boue. 603 m3/j de boue sont envoyés au séparateur à injecteur par la conduite 27 et 250 m3/j de boues épaissies sortent du séparateur à injecteur 28. Par conséquent, sur un volume de boues de 1 000 m3/j contenant 40 t de matières sèches, seulement environ 1/4 de ce volume (250 m3/j est introduit dans le bac de putréfaction.Cette quantité de boue à soumettre à la putréfaction est soutirée par la conduite 32 et on peut ensuite se débarrasser de cette boue de manière connue, de préférence sous forme séchée, par exemple par dépôt ou utilisation dans l'agriculture. Pour mieux faire connaître la séparation, réalisée dans le décanteur 25 de la figure 2- d'une boue fraîche communale en une fraction grossière et une fraction fine, la figure 3 représente la courbe de fréquence cumulée des grosseurs de grains constituant à chaque fois le refus au tamis. Le produit de départ (boue fraîche épaissie dans la conduite 24) avait des grains d'une grosseur moyenne dk de 100# . Le produit obtenu (fraction grossière des boues dans la conduite 26) avait des grains d'une grosseur moyenne voisine de 1 mm. Le concentrat de centrifugation (fraction fine dans la conduite 27) était constitué par des grains de grosseur moyenne dk inférieure à 20*o .Cette séparation relativement nette par grosseur des grains rend possible - comme on l'a indiqué cidessus - un épaississement très efficace de la fraction fine des boues dans le séparateur à injecteur 28 placé en aval, avec un rendement élevé. Les avantages obtenus grâce à l'invention sont surtout mis en évidence par le fait, que grâce à la diminution du volume des boues et de la masse de matières solides par rapport à la quantité totale de boues produite, il suffit d'un volume de traitement relativement faible pour la stabilisation des boues par putréfaction ou bien pour la stabilisation des boues par traitement à haute température. La dépense pour ltélimination-de l'eau des boues, en particulier en ce qui concerne les floculants coûteux, est réduite en conséquen-ce,étant donné que la fraction des boues grossières séparée s au préalable est obtenu déjà débarrassée de l'eau ou sous une forme facile à débarrasser de l'eau. Lorsqu'on utilise des bacs de putréfaction, on n'ajoute pas de sable fin susceptible de se putréfier et on n'a pas recours à des matières organiques à grosses particules exigeant une durée de putréfaction assez longue dans l'étage de putréfaction; par contre, on n'observe pas la formation, dans le bac de fermentation, d'une écume flottante qui est extrêmement indésirable en raison aes colmatages qu'elle risque de produire. REYENDICATIONS I - Procédé de traitement des boues dtégout provenant d'installations de décantation, en particulier d'installations de décantation à boues activées, en vue de la dessiccation ultérieure et/ou de l'enlèvement des boues, caractérisé par le fait que les boues fraîches sont séparées en une première fraction contenant principalement les matières solides à grosses particules et en une seconde fraction contenant principalement les matières solides à fines particules et cette seconde fraction est soumise à une opération de stabilisation connue. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel cette séparation est réalisée de telle manière que la grosseur moyenne des grains des matières solides qui constituent la fraction fine est de préférence inférieure à 20*w , tout au moins inférieure à lQOys et la grosseur moyenne des grains des matières solides de la fraction grossière est de préférence supérieure à 1 mm, tout au moins supérieure à 2CO 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel avant la séparation des boues en deux fractions, on procède à un tamisage des boues tranches en vue d'en séparer les matières solides constitutives fibreuses et à très grosses particules. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la seconde fraction, constituée essentiellement par les matières solides à petites particules, est stabilisée par putréfaction ana érobie. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la seconde fraction, constituée essentiellement par les matières solides en fines particules, est stabilisée à haute température, le cas échéant sous une pression élevée et/ou avec injection d'oxygène. 6 - Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications I à 5, caractérisé par le fait que la conduite de décharge des boues de l'installation de décantation débouche dans une centrifugeuse dont la conduite, dans laquelle passe le concentrat de centrifugation, amène les boues à un réacteur destiné à la stabilisation des boues. 7 - Appareillage selon la revendication o, dans lequel ladite centrifugeuse est une centrifugeuse à vis, à bol plein, avec trop-plein, ou "décanteur". 8 - Appareillage selon l'une des revendications o et 7, dans lequel un épaississeur est intercalé entre la centrifugeuse et le réacteur destiné à la stabilisation des boues. r -Appareillage selon la revendication a, dans lequel l'épais- sisseur est un séparateur à injecteur à fonctionnement continu ou un séparateur a asques à fonctionnement discontinu. 10 - AppareilLage selon l'une aes revendications 6 à 9, dans lequel une machine à tamis oscillant à effort imité ou course limitée est intercalée entre la conduite de sortie de l'installation de décantation des boues et la centrifugeuse. li - Appareillage selon la revendication IL;, dans lequel ladite machine à filtre oscillant comporte un fona perforé "en harpe", ou un fona filtrant constitué par une couche de fibres non tissées.