Brevet FR2237127A1 — publié le 19750207

La présente invention concerne un procédé d1inciné- ration de boues. On se heurte depuis peu au problème grave du traitement des boues contenant des matières organiques dans les installations de traitement terminal des boues de rivières, de ports, des bassins de sédimentation, des eaux d1égouts et desgadoues. On a proposé de nombreux procédés de traitement, mais il n'existe pas de procédé décisif. Bien que de façon g#énérale, il ne soit pas très difficile d'incinérer les boues, on n a pas totalement résolu des problèmes difficiles tels que la déshydration de la boue, le traitement de la cendre incinérée et la désodorisation du gaz d'incinération malodorant. Les cendres produites par l'incinération des boues renferment une poudre fine dont le composant principal est généralement de l'oxyde de silicium. Ces cendres se dispersent pendant le stockage et le transport. De plus, comme la cendre contient certaines matières organiques, elle nta pas d'utilisation pratique. Lorsqu'on pulvérise de l'eau sur la cendre, elle se transforme en une matière argileuse qui est encore plus difficile à manipuler L'invention concerne un procédé d'incinération de boues contenant des matières organiques. On filtre et on déshydrate les boues obtenues dans un bassin de sédimentation ou similaires ayant une teneur élevée en eau et en matières organiques et on les déshydrate en obtenant un gâteau de filtre. On introduit ee-gateau dans un dispositif de séchage et on sèche en utilisant la chaleur d'autocombustion d'un incinérateur -ou la chaleur - de - combustion d'un combustible auxiliaire Ensuite, on pulvérise le gateau de filtre séché pour l'introduire dans une cuve de stockage, la poudre de boue stockée étant introduite dans l'incflnérateur par un transporteur à air etc; qui l'éjecte dans l'incinérateur pour qu'elle y soit brûlée en suspension.Dans ce cas, pour maintenir la température de l'inc-iné- rateur au point de fusion des cendres de la boue, ou au-dessus, on règ#le l1alîmentation en air à la valeur théorique nécessaire à la combustion de la poudre de boue introduite. Lorsque le point de fusion des cendres de la boue est élevé, on l'abaisse en ajoutant des composés de sodium ou de calcium à la poudre sèche de boue stockée dans la cuve de stockage. On brûle la poudre de boue dans l'incinérateur dont on maintient la température au point de fusion de la cendre ou au-dessus et on fait sortir la cendre incinérée par un côté du fond de l'incinérateur à l'état fondu pour qu'elle se refroidisse et se solidifie. Le gaz d'échappement de la combustion est introduit dans le dispositif de séchage pour sécher le gâteau de boue. Les poussières contenues dans le gaz d'échappement sortant du dispositif de séchage sont recueillies par un cyclone et similaires. Les poussières recueillies sont introduites dans la cuve de stockage. On lave à l'eau le gaz d'échappement du cyclone et similaires et on recycle l'eau souillée par la poussière dans le bassin de sédimentation ou similaires. L'invention a pour but de faciliter le traitement de la cendre incinérée. Dans l'invention, on fait s'écouler la cendre incinérée hors de l'incinérateur sous une forme fondue pour la refroidir et la solidifier en formant des granules ou des blocs permettant un transport facile des cendres et on utilise ces granules ou blocs pour le revêtement des routes. De plus, l'invention empêche de façon efficace la formation des poussières et des odeurs désagréables qui, dans les procédés d'incinération des boues de l'art antérieur, constituent des dangers en ce qui concerne lthyglène publique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un vue schématique d'un mode de réalisation de l'invent-ion et - la figure 2 représente unevue schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel on adopte le séchage par chauffage indirect. On filtre et on déshydrate la boue d'un bassin de sédimentation ou similaires contenant 95 % ou plus d'eau et des matières organiques, en obtenant un gâteau de filtre contenant 60 à 80 % d'eau. On introduit ensuite le gâteau de filtre dans un dispositif de séchage 2 par un transporteur 1 et on sèche avec de l'air chaud provenant d'un incinérateur 6, comme indiqué ci-après. Lorsque le gâteau de filtre contient trop d'eau, on le sèche en utilisant la chaleur de combu#stion d'un combustible auxiliaire, jusqu a ce que la teneur en eau du gâteau de filtre soit inférieure à 10 %; On pulvérise ensuite le gâteau de filtre et on le stocke dans une cuve de stockage 3. On peut utiliser un type quelconque de dispositif de séchage 2 dans l'invention. Cependant, 1orsquton utilise un dispositif de séchage à chauf fage indirecty on peut réduite la quantité de gaz d'échappement et traiter de façon avantageuse le gaz d'échappement dans les stades suivants. On recueille au moyen d'un cyclone, les poussières contenues dans le gaz d'échappement du dispositif de séchage 2. On introduit les poussières recueillies dans la cuve de stockage 3. On lave-à l'eau le gaz d'échappement du cyclone et on recycle lreau souillée par les poussières dans le bassin de sédimentation -ou Similaires. La poudre de boue presque totalement séchée obtenu#e est introduite ou éjectée en quantité déterminée dans l'incinérateur par un transporteur pneumatique 5 et brûlée en suspension dans le volume de l'incinérateur. Dans 11 incinération ci-dessus, lorsque le point de fusion dela cendre de la boue est élevé, on l'abaisse en ajoutant une petite quantité de composés de sodium ou de calcium à la poudre sèche de-boue stockée dans la cuve de stockage 3. On peut citer-comme exemples de sels de sodium ou de calcium, l'oxyde de calcium, le carbonate de calcium, la chaux éteinte, le sulfate de sodium,-- etc. #Le point de fusion de 1'oxyde de silicium est généralement compris entre 1500 et 1700 Go Cependant, les oxydes de silicium de forme cristalline différente ont des points de fusion différents. L'invention vise essentiellement à prélever l'oxyde de silicium à ltétat fondu, mais il est difficile du point de vue technique de chauffer ltoxyde desilrcium à des températures supérieures à 1500 - 170000. Donc, il est nécessaire de mélanger un alcali à la poudre sèche de boue, Lorsqu on mélange de la chaux éteinte à la boue pendant la filtration, dans le traitement d'une boue d'égout, etc., on peut supprimer cette addition de composés de sodium ou de calcium. On introduit ou on projette une quantité déterminée de poudre sènhe de boue mélangée à l'alcali dans l'incinérateur pré chauffé à 12000C ou#plus. La température d'inflammation des ma tièdes organiques contenues dans la boue est généralement de 5000C ou moins.De plus, les matières organiques ne contiennent pratiquement pas d'eau et, par conséquent, elles s'enflamment en suspension, dès qu'elles sont introduites ou projetées dans l'incinérateur et la température interne de l'incinérateur atteint 13000C ou plus sans combustion d'un combustible auxiliaire-. Dans ce cas, pour maintenir la température interne de l'incinérateur à une valeur supérieure au point de fusion des cendres (environ 12000C), on ajuste la quantité de poudre de boue et d'air simultanément pour que la quantité d'air introduite soit théoriquement suffisante pour brûler la poudre de boue introduite Cependant, la boue contient des matières organiques de nature différente et il est difficile de calculer la quantité théorique d'air, malgré une analyse précise des matières organiques. On préfère donc ajuster la quantité d'air à introduire, de façon que la teneur en oxygène résiduel du gaz d'échappement de combustion soit de 5 % ou moins (par rapport au gaz sec). En réglant ainsi l'air introduit, on maintient les cendres de boue incinérées an fond de l'incinérateur.Cependant, les cendres fondues peuvent ne pas heurter la paroi de l'incinérateur et les particules de cendre fondue peuvent ne pas se heurter entre elles Do#, il est préférable de disposer une conduite 9 pour introduire le gaz d'échappement sur le côté du fond de l'incinérateur 6 et pour conduire les cendres fondues et de disposer sur la conduite 9 un orifice de sortie 10 pour prélever les-cendres fondues Par suite de cette construction, les cendres fines fondues flottant dans le gaz d'échappement heurtent la paroi de la conduite sous l'effet de l'agitation violente par le gaz. Par conséquent, toutes les cendres fondues sont pratiquement captées et forment un ecu- rant de cendres fondues. Les cendres fondues sortant par l'ouverture de la conduite tombent goutte à goutte dans de l'eau courante en formant des granules ou sont recueillies dans un récipient où elles forment un bloc par refroidissement D'autre part, comme la température du gaz d'échappement de la conduite-est de l2000C ou plus, on a avantage à conduire le gaz d'échappement dans le dispositif de séchage 2 par l'intermédiaire d'une canalisation 14 pour l'utiliser pour sécher le gâteau de boue. On voit sur les figures ~ une soupape rotative 4, un dispositif d'insufflation 7, un brûleur de préchauffage 8, une-cuve-à eau 11, un agitateur 12, un orifice de prélèvement d'échantillon de gaz 1)3 une canalisation 14, un dispositif de transport 15, un passage de sortie de gaz d'échappement 16 et un dispositif d'alimentation 17 d'un milieu tel que de l'oxyde de calcium Un mode de réalisation de l'invention va maintenant être-expliquéO On filtre et on déshydrate la boue d'un bassin de sédimentation contenant des matières organiques, en obtenant un gâteau de boue contenant 70 ffi d'eau On introduit le gâteau de boue dans un dispositif de séchage 2 au moyen du transporteur 1 à un débit de 200 kg/h. On obtient ainsi 60 kg de boue séchée contenant 1 % ou moins d'eau. On stocke la boue séchée obtenue dans une cuve de stockage 3 et on mélange de la chaux éteinte à un débit de 20-kg/h. La poudre de boue séchée sort au--fond de la cuve de -stockage 3 par l'intermédiaire de la soupape rotative 4 et est introduite à la partie supérieure d'un incinérateur 6 par un transporteur pneumatique 5 qui ltéjecte vers le bas à l'intérieur de l'incinérateur à un débit de 80 kgXh sous l'effet d'un débit d'air de 60 m)/hX Le-pouvoir calorique de la poudre de boue séchée est environ 3000 keal /kg. L'incinérateur 6 comporte un cylindre vertical de 560. mm de diamètre, haut de 1530 mm, qui est isolé thermiquement pour diminuer autant que possible le rayonnement de chaleur. Un kilogramme de poudre de boue sèche nécessite environ 3,5 p d'air. Comme l'air introduit par le transporteur .pneumatique 5 est insuffisant, -un dispositif d'insu flation 7 introduit de l'air secondaire dans l'incinérateur 6. On préchauffe l'incinérateur 6 à 120000 ou plus, en utilisant un brûleur de préchauffage 8. Dès qu'on introduit la poudre de boue sèche dans l'#incinérateur, -ce brûleur de préchauffage devient inutile, car la température interne de l'incinérateur atteint 1300 à.13500C. Après incinération de la boue, les cendres fondues s'écoulent par le conduit 9 avec le gaz d'échappement et sortent par l'ouverture d'écoulement 10 Les cendres fondues tombent goutte à goutte dans le réservoir d'eau 11 placé en dessous de l'ouverture d'écoulement et se solidifient en formant des granules de 2 à 3 mm de diamètre. L'agitateur 12, monté dans le réservoir d'eau 11, à pour but d'empêcher l'explosion du réservoir par suite d'un chauffage irrégulier de l'eau qu 'il contient. Dans le présent mode de réalisation, cet agitateur est inutile par suite de la petite quantité de cendres fondues qui s'écoule. Au'échelle industrielle, on a intérêt à utiliser une auge dans laquelle s'écoule de l'eau. Après l'écoulement de la cendre fondue, on prélève des échantillons de gaz d'échappement par l'orifice 13 pour ajuster la quantité d'air à introduire par le dispositif d'insuf- flation 7, de façon que l'oxygène résiduel contenu dans le gaz d'échappement constitue 5 % ou moins du gaz sec. Bien que dans le mode de réalisation illustré, cette régulation de l'alimentation en air soit manuelle, dans un incinérateur industriel, on peut très facilement réaliser automatiquement cette régulation. Le gaz d'éèhappement est introduit dans le dispositif de séchage 2 par la canalisation 14 pour sécher le gâteau de boue sec. Dans le mode de réalisation illustré, il est nécessaire de brûleur une petite quantité de combustible auxiliaire. Cependant, ceci est dû au rayonnement important de chaleur du dispositif de séchage par suite de la taille réduite de l'inci- nérateur. Par suite, le rayonnement de chaleur d'un incinérateur industriel diminuant vers une valeur très proche de la valeur théorique du calcul thermique, le gâteau de boue de la présente expérience peut être séché dans ce cas sans combustion de combustible auxiliaire Dans le présent mode de réalisation, pour diminuer la production de gaz d'échappement dans un traitement de séchage de boue, comme illustré par la figure 2, on adopte un dispositif de séchage à chauffage indirect constitué d'un disque tournant 18 monté à l'intérieur de l'incinérateur et on introduit de la vapeur 19 dans le disque tournant pour sécher la boue qui vient au contact de sa surface. Lorsqu'on utilise un dispositif de séchage à chauffage direct, on obtient environ 1,4 m3 (environ 1,9 kg) de gaz d'échappement non condensable par kilogramme de vapeur. D'autre part, lorsqu'on utilise un dispositif de chauffage à chauffage indirect, on obtient seulement.0,05 m3 (environ 0,07 kg) de gaz d'échappement par kilogramme de vapeur. Lorsqu'on introduit le gaz d'échappement sec du dispositif de séchage à chauffage indirect dans un condenseur, le gaz d'échappement sortant du condenseur est totalement inodore. Au lieu d'utiliser de la chaux éteinte, comme dans le présent mode de réalisation, on ajoute à la boue la même quantité d'oxyde de calcium, de carbonate de calcium ou de sulfate de sodium, en obtenant les-memes résultats On a conduit des expériences pour abaisser le point de fusion des cendres incinérées, par addition de composés de calcium et de sodium. Les~résultats-expérimentaux sont les suivants : on ajoute respectivement 600 g de CaO, Ca(OH)2, Na2S04 et CaC03 à 1 kg de cendresde boue d'égout dont le point de fusion est de 1450 C et on détermine le point de fusion des cendres contenant ces composés de calcium et de sodium. Les points de fusion des cendres contenant respectivement CaO, Ca(0B)2, -Nà2S04 et CaCO3 sont respectivement de 1290 C, 125000, 122000 et 132000. Dans l'invention, on sèche la boue avec la chaleur d'autocombustion ou la chaleur de combustion d'un-combustiblé auxiliaire,-pour obtenir une poudre de boue et on introduit ou projette la poudre dans un incinérateur pour la brûler en suspension dans le- volume de l'incinérateur, puis on fait s'écouler les cendres fondues hors de l'incinérateur dont on maintient la température intérieure à une valeur supérieure au point de fusion des cendres, de façon à les refroidir et les solidifier Dans cette ineinération, lorsque le point de fusion des cendres de la boue est élevé, on ajoute des composés de sodium ou de calcium pour abaisser ce point de fusion. Donc, 1'invention élimine les installations classiques compliquées de prelèvement et de transport, supprime le danger pour l'hygiène publique que constitue la dispersion des cendres, permet un transport facile de la boue incinérée, l'utilisation des cendres incinérées pour revêtir ou réparer des routes et un traitement rationnel du traitement des boues permettant de les traiter à bas prix. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé d'incinération de boue selon lequel on sèche la boue par la chaleur d'autocombustion ou la chaleur de combustion d'un combustible auxiliaire pour obtenir une poudre de boue, on introduit ou on projette la poudre de boue dans un incinérateur pour la brûler en suspension dans le volume de ltincinérateur et on obtient des cendres qui stécoulent à ltétat fondu de l'incinérateur dont on maintient la température interne à une valeur supérieure au point de fusion des cendres de la boue, pour les refroidir et les solidifier, caractérisé en ce que lton sèche la-boue à traiter avec un dispositif de séchage à chauffage indirect. 2. Procédé dsincinération de boue selon lequel on sèche la boue par la chaleur dtautocombustion ou la chaleur de combustion d'un combustible auxiliaire pour obtenir une poudre de boue, on introduit ou on projette la poudre de boue dans un incinErateur pour la brûler en suspension dans le volume de ltin- cinérateur et on obtient des cendres qui ssécoulent à l'état fondu de Ir ltincinérateur:.dont on maintient la température interne à une valeur supérieure au point de fusion des cendres de la boue, pour les refroidir et les solidifier, caractérisé en ce que l'on abaisse le point de fusion des cendres de la boue en ajoutant des composés de sodium ou de calcium à ladite boue. 3. Procédé d'incinération de boue selon la revendication 1, caractérisé en ce que lton abaisse le point de fusion des cendres de la boue en ajoutant des composés de sodium ou de calcium à ladite boue. 4. Procédé dti.ncinération-de boue selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise le gaz d'échappement de combustion pour sécher la boue. 5. Procédé dsincinération de boue selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on maintient la teneur en oxygène résiduel du gaz d'échappement de combustion à 5 % ou moins par rapport au gaz sec. 6. Procédé d'incinération de boue selon la revendica-. tion 1, caractérisé en ce que l'on sèche la boue à traiter dans le dispositif de séchage à chauffage indirect à l'aide de vapeur fabriquée à partir des gaz d'échappement,