Brevet FR2233290A1 — publié le 19750110

Dans les installations d'épuration d'eaux d'égout on recueille, d'une part, des eaux usées clarifiées et, d'autre part, des boues digérées. Les deux produits ultimes sont dangereux du point de vue bactériologique, tant pour les humains que pour les animaux. En particulier, si l'on veut mettre en valeur les boues digérées, on doit les amener à un état exempt de danger. On connais plusieurs méthodes pour la pasteurisation des boues digérées. Ainsi, dans la revue périodique "Gas, Wasser, Abwasser" 51, 1971, N0 2, il est question d'un traitement par la vapeur surchauffée et d'une irradiation des boues digérées. toutefois, les deux procédés présentent certains inconvénients. te traitement par la vapeur surchauffée donne naissance à un développement intense d'odeurs incommodantes, détermine un apport d'eau indésirable et fournit un rendement défavorable. te traitement par irradiation, par exemple au moyens de rayons gamma, exige des investissements élevés et, de plus, crée de nombreux problèmes en raison de la radioactivité des produits ultimes. L'invention vise à établir un dispositif pour le traitement thermique de boues digérées où la pollution de l'environnement est réduite au minimum, où les boues digérées traitées peuvent être fournies à agriculture à l'état irréprochable du point de vue bactériologique et où le rapport entre les frais d'installa- tion et le résultat obtenu se situe dans des limites tolérables du point de vue économique. Suivant l'invention, ce but est atteint par le fait que l'installation comprend des moyens pour le réchauffage électrolytique des boues digérées, celles-ci constituant elles-mêmes le condueteur électrolytique. On obtient de cette façon un réchauffage rapide et homogène du produit traité. La transformation d'énergie s'effectue au sein même du produit, tout comme dans le chauffage diélectrique à haute fréquence, tel qu'il est appliqué avec succès dans l'industrie de transformation du bois (panneaux agglomérés et analogues), par exemple. La source d'énergie peut être un courant alternatif technique. Dans une forme de réalisation particulièrement favorable de l'invention, les boues digérées sont amenées à traverser un bassin présentant au moins deux électrodes isolées entre elles, bassin où les boues sont réchauffées par voie électrolytique. Des essais effectués ont montré qu'un temps de séjour de 30 minutes et une température finale des boues digérées légèrement supérieure à 700 C suffisent pour atteindre le but visé. En considérant une température d'entrée moyenne de 200 C des boues digérées, on doit fournir dans ce cas, par tonne de boues digérées, 50.000 kcal, soit 58 kWh, au maximum. Lorsqu'on branche en amont du bassin de traitement un échangeur thermique alimenté par le produit déjà traité, on peut récupérer une grande partie de l'énergie dépensée. En établissant convenablement cet échangeur thermique, on parvient à réduire presque de moitié la quantité d'énergie dépensée par tonne de boues digérées. Des détails plus précis du dispositif pour le traitement de boues digérées seront exposés ci-après en se référant aux exemples de réalisation représentés sur le dessin annexé. Dans ce dessin : La figure 1- est un exemple d'exécution d'un bassin pour le traitement électrolytique des boues digérées; La figure 2 est un exemple d'exécution de l'ensemble de l'installation de traitement; La figure 3 est une forme d'exécution particulièrement favorable d'un échangeur thermique installé en amont du bassin. te bassin représenté dans la figure 1 se compose d'une série de tubes isolants n entre lesquels sont -intercalées des électrodes, également tubulaires Eg, ER, Eg, Es, Eg, ET, Eoo Ces électrodes sont connectées respectlvement aux bornes R, S, T et O d'un réseau triphasé. Les boues digérées arrivent dans le bassin par la tubulure de raccordement 2 et le quittent par la tubulure de raccordement 2. Les électrodes étant susceptibles de se recouvrir d'un dépot en cours de fonctionnement, on prévoit un dispositif de nettoyage dans le bassin. Ce dispositif comprend un arbre isolant 5 entraîné par un moteur de commande 4 et muni, au niveau des électrodes, de raclettes 6 ou de brosses. La figure 2 représente un exemple d'exécution d'une installation complète. te processus de traitement comporte les phases suivantes Aspiration des boues digérées, à l'aide d'une pompe 2,à partir d'un bassin d'accumulation 8, 2. Préchauffage des boues digérées, par la chaleur perdue des boues déjà traitées, dans un échangeur thermique 9, 3. Réchauffage électrolytique à une température légèrement supérieure à 700 C, dans le bassin (suivant la figure 1), 4. Traversée d'un réacteur 10, avec une durée de séjour de 30 minutes environ, 5. Traversée secondaire de l'échangeur thermique q, dans le but de céder de la chaleur au circuit primaire (voir phase 2), suivie d'une évacuation vers un second bassin d'accumulation 11. La pompe 2 refoule les boues froides - qui sont, tant en été qu'en hiver, à une température de 200 C - à travers une soupape 12, vers l'échangeur thermique 2. La soupape 12 est constituée de telle façon qu'elle est en mesure de répartir les boues, dans un rapport règlable, entre la canalisation X allant'à l'échangeur thermique 9 et la canalisation de retour 14 allant au bassin d'accumulation 8 En réglant cette soupape, on peut non seulement déterminer la quantité de produit traversant l'échangeur thermique et les postes de traitement qui lui succèdent, mais aussi obtenir un débit constant de la pompe 2 et une homogénéisation adéquate des boues à traiter. L'échangeur thermique 9, qui n'est représenté que d'une manière schématique dans la figure 2, est montré d'une manière détaillée dans la figure 3. Il se compose d'une série de plaques métalliques 16 constituées en un matériau résistant aux boues digérées, Iraluminium ou un acier affiné par exemple, et séparées les unes des autres par des espaceurs '15. Les chambres ainsi constituées sont munies alternativement de fenêtres appropriées 18, qui mettent ces chambres en communication avec deux paires de canalisations collectrices 3 et 20. Pour la facilité du dessin, on n'a représenté dans la figure 3 - qui est une coupe horizontale par l'échangeur thermique - que les canalisations collectrices affectées à l'extrémité inférieure de 'échangeur. L'échangeur thermique fonctionne d' après le principe du contre-courant. - Les boues digérées non encore traitées (froides) sont acheminées vers les chambres 17 communiquant avec la n canalisation collectrice 19 et#quittent celles-ci par les ouvertures prévues dans l'extrémité supérieure de l'échangeur thermique- par la canalisation collectrice, vers le bassin. Conformément au-principe du contre-courant, les boues digérées (chaudes) venant du réacteur 10 sont introduites d'en haut dans les chambres 17s et quittent celles-ci à travers les ouvertures 18, par la canalisation collectrice 20, vers le bassin d'accumulation 11. Contrairement aux échangeurs thermiques courants, celui décrit ci-dessus offre l'avantage d'une construction plus simple et permet un échange thermique adéquat entre matières relativement visqueuses, qui participent aux circuits primaire et secondaire. Des essais ont démontré qu'un échangeur thermique ainsi construit permet de réduire la consommation d'énergie d'unemoitié environ. Après avoir parcouru l'échangeur thermique 9, les boues digérées, désormais préchauffées, parviennent dans le bassin B où elles sont soumises à un réchauffage électrolytique. Afin de remédier à l'élévation de la conductibilité électrolytique due au réchauffage, on adopte dans la zone d'entrée des boues des intervalles plus petits entre les électrodes E que dans la zone de sortie. Au lieu de modifier les intervalles entre électrodes (= longueur de la résistance électrolytique), on peut modifier la section efficace de ces électrodes, par exemple en donnant des dimensions appropriées à la section de l'arbre isolant 5 et/ou au diamètre intérieur du tube isolant Au bassin B est raccordée une canalisation 21 aboutissant au réacteur 10. Dans cette canalisation est montée une sonde thermique 22, qui permet de contrôler la température de sortie des boues. Le débit de la pompe 2 et le degré d'ouverture de la soupape 12 sont choisis de telle manière que, d'une part, les boues digérées possèdent à la sortie du bassin B une température de 700 C environ et que, d'autre part, ces boues séjournent dans le réacteur 10~pendant une durée de 30 minutes environ. Le réacteur 10 est muni d'un isolement thermique adéquat et présente des chicanes intérieures 23. Les boues digérées traitées parviennent dans la partie secondaire de l'échangeur thermique q, où elles cèdent une partie de leur chaleur aux boues digérées non encore traitées, et arrivent ensuite dans le second bassin d'accumulation 11. La conductibilité électrolytique des boues digérées et leur viscosité sont sujettes à de fortes variations. Toutes deux influencent la durée de la circulation, la température finale, la durée du séjour et la puissance électrique à fournir. Pour tenir compte de ces données, on a prévu les dispositions suivantes pour le règlage et le contrôle. Dans la canalisation 24 allant de l'échangeur thermique 9 au bassin B est intercalé un conductimètre 25. Dans le cas le plus simple, celui-ci consiste en deux électrodes isolées, raccordées à une tension constante. Le courant passant entre ces électrodes est une mesure pour la conductibilité électrolytique des boues digérées-. Le débit de la pompe 2 et/ou le degré d'ouverture de la soupape 2 peuvent alors être modifiés au moyen d'un système de commande 22 (ceci est indiqué d'une manière schématique dans le dessin par des lignes d'influence). Une vautre solution possible consiste à faire varier la tension appliquée entre les électrodes E, en fonction de la conductibilité électrolytique des boues digérées, par exemple en faisant varier la tension secondaire d'un transformateur de règlage triphasé 26. A titre de variante, le mode de branchement des électrodes E peut être modifié à l'aide d'un réseau de commutation convenablement établi. Il va de soi qu'au lieu d'être réglés à partir de la conductibilité des boues digérées, le débit et donc aussi la durée du séjour des boues digérées, peuvent être réglés à partir de la température finale dans le bassin B. Ce règlage est effectué par un régulateur, non représenté en particulier. Lorsque la température finale des boues digérées dépasse la valeur optimale désirée ou descend au-dessous de celle-ci, le régulateur agit sur la soupape 12 et/ou sur la tension de sortie de la source d'énergie électrique, par exemple sur le transformateur de règlage 26. La combinaison suivante de possibilités d'intervention et de réglage s'est affirmée dans la pratique Le réglage approximatif est opéré en agissant sur la tension appliquée au électrodes et/ou sur le mode de branchement de celles-ci, tandis que le réglage précis est effectué par l'intermédiaire de la soupape 12. En effet, on a constaté que la conductibilité électrolytique, précisément, des boues digérées, est sujette à des variations plus importantes,par exemple à la suite d'influences atmosphériques en hiver#égel),sous l'effet de sels dispersés et de nombreux autres facteurs et que, par suite, le réglage approximatif effectué en agissant sur la tension et/ou le mode de branchement des électrodes autorise une plus grande latitude, tout en permettant une utilisation optimale de l'installation électrique. On n'exposera pas ici d'autres particularités concernant le réglage de la température, des débits et/ou du temps de séjour, ce réglage pouvant être réalisé à l'aide de dispositions de contrôle et de réglage parfaitement connues. Lorsqu'vil s'agit de traiter des quantités plus importantes de boues digérées, on peut au besoin brancher en parallèle plusieurs échangeurs thermiques,bassins pour le réchauffage électrolytique et/ou réacteurs. Le dispositif suivant-l'invention pour le traitement thermique des boues digérées se distingue par son caractère très économique,car il comporte une transformation directe en chaleur,au sein du milieu traité, de l'énergie électrique fournie.Ce dispositif n'entraîne aucune pollution de l'environnement par des odeurs des vapeurs ou un rayonnement radio-actif.Il peut être réalisé d'une manière simple et économique. -REEEDICATI0NS 1.- Dispositif pour le traitement thermique de boues digérées, caractérisé en ce qutil est prévu des moyens B, 1, EO, ER' Es, ET pour le réchauffage électrolytique des boues digérées, ces dernières constituant elles-mêmes le conducteur électrolytique. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins un bassin B équipé d'au moins une paire d'électrodes E isolées entre elles et en contact électrique avec les boues digérées. 3.- Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce que les électrodes sont alimentées par une source de courant alternatif 26 à basse fréquence. 4.- Dispositif selon la revendication 2,caract#érisé en ce qu'il est prévu plusieurs électrodes E branchées en cascade. 5.- Dispositif selon la revendication 2,#aractérisé en ce que les électrodes sont alimentées par une source réglable de courant alternatif 26 en fonction de la conductibilité électrolytique des boues digérées. 6.- Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce que les électrodes sont alimentées par une source réglable de courant alternatif 26 en fonction de la température des boues dirigérées quittant le-bassin B. 7.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est prévu en amont du bassin B un échangeur thermique 2 que traversent les boues digérées quittant ce bassin. 8.- Dispositif selon la revendication 7,caractérisé en ce que l'échangeur thermique se compose d'une série de plaques métalliques 16 qui déterminent des chambres 17 ,'17'# espacées entre elles. 9.- Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce que le bassin B est constitué par des tubes isolants 1 séparés les uns des autres par des électrodes annulaires E. 10.- Dispo#sitif selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est prévu une pompe 7 pour le refoulement des boues#digérées et en ce qu'il est prévu en aval de la pompe 2 une soupape 12 qui, compte tenu de son degré d'ouverturc, ramène une partie du produit refoulé par la pompe IL vers un bassin d'accumulation 8 affecté à la pompe et dirige l'autre partie du produit vers le traitement thermique.